Roulement d'arbre à basse vitesse pour grande éolienne - Glisse au lieu de rouler

Ce rapport présente le remplacement des roulements traditionnels (roulements à rotule sur rouleaux SRB / roulements à rouleaux coniques à double rangée TRB) dans les grands arbres principaux d'éoliennes (vitesse 10 à 30 tr/min) par des roulements lisses. Les roulements reposent sur un contact point/ligne, tandis que les roulements lisses utilisent un film d'huile hydrodynamique entre le tourillon et les patins de roulement pour la transmission de charge par contact avec la surface.

« Glisser au lieu de rouler » est une tendance déterministe motivée par le développement des éoliennes, la réduction des coûts et les exigences de fiabilité. Cette transition est déjà mature dans les boîtes de vitesses et dans l'entrée en production en volume (ZF a livré plus de 3 000 unités, NGC 12 000+, les roulements lisses développés par Envision ont dépassé les 1 000 unités sans aucune panne). L'arbre principal (arbre à basse vitesse) est la prochaine frontière – Goldwind a installé le premier prototype d'arbre principal coulissant au monde en 2021, et l'industrie passe de la validation des prototypes à la production en petits lots. Le taux de remplacement théorique des arbres principaux peut atteindre 100 %, avec un potentiel de marché mondial dépassant les 20 milliards de RMB.

1. Configuration système typique

Douille de roulement radial de type fendu (par exemple, conception à 9 patins) autour du tourillon, chacun remplaçable indépendamment.

Patins de butée (par exemple, conception à 6 patins) pour supporter des charges axiales.

Système de lubrification forcée : circulation d'huile, refroidissement, filtration et joints à labyrinthe.

Structure à patin inclinable/segmentée pour s'adapter à la déflexion et au désalignement de l'arbre.

Paramètres typiques de l'institut de recherche de Chongqing de l'université Jiao Tong de Shanghai : faible vitesse <0,1 m/s, charge lourde >15 MPa, démarrages et arrêts fréquents, durée de vie de 20 ans.

2. Trois goulots d'étranglement des roulements en cas de mise à l'échelle

De nos jours, les éoliennes deviennent de plus en plus grandes et robustes. La technologie mégawatt des éoliennes offshore s’améliore constamment, ce qui oblige à remplacer les technologies.

1. Goulet d'étranglement de taille : onshore >15 MW, offshore >20 MW – le diamètre du chemin de roulement des roulements de l'arbre principal se rapproche des limites de fabrication.

2. Goulot d'étranglement en cas de défaillance : les fissures de gravure blanche (WEC) et les piqûres électriques sont devenues des modes de défaillance courants ; Les statistiques NREL montrent que les pannes de roulements représentent plus de 67 % des pannes de boîtes de vitesses.

3. Goulet d'étranglement en matière de coût et de localisation : le taux de localisation des roulements de l'arbre principal n'est que d'environ 35 %, les roulements de la boîte de vitesses sont presque tous importés – un « point d'étranglement » critique.

De 1 MW à 10 MW, le moment de flexion de l’arbre principal augmente environ 25 fois, dépassant de loin la croissance de la poussée (~ 11 fois) – les conditions dominées par le moment de flexion sont exactement celles où le contact avec la surface du roulement lisse excelle.

3. Avantages des roulements lisses par rapport aux roulements

• Coût d'approvisionnement réduit d'environ 30 %, coût d'exploitation et de maintenance d'environ 60 %, réduction du coût total de la turbine d'environ 6,5 % (CICC) ; réduction des coûts du cycle de vie d’environ 4,5 % (Guosheng).

• Aucun élément roulant, évitant ainsi les piqûres, le WEC et les piqûres électriques ; L'amortissement du film d'huile absorbe les vibrations.

• Les patins segmentés permettent le remplacement d'un seul patin au sommet de la tour ; le remplacement offshore des paliers principaux nécessite un navire-grue avec un loyer journalier d'environ 250 000 $ ; Goldwind revendique une réduction des coûts d'exploitation et de maintenance supérieure à 60 %.

4.Progrès OEM et chaîne d’approvisionnement

4.1 OEM nationaux

OEM	Progrès
Vent d'or	Octobre 2021 - premier prototype de palier principal coulissant au monde connecté au réseau et à pleine charge à Dabancheng, Xinjiang (entraînement semi-direct de 4 MW, densité de charge +20 %, coût de maintenance -60 %) ; Unité offshore de 16 MW réservée avec interface universelle roulante/coulissante ; construit un banc d'essai à degré de liberté total de 6 MW.
Imaginer	Référence mondiale pour les paliers lisses de boîtes de vitesses : première boîte de vitesses à paliers lisses de 3,3 MW en 2021, les installations cumulées ont dépassé les 1 000 unités avec 5 ans de zéro panne ; les nouvelles unités adopteront >90 % de roulements coulissants ; Le modèle Z Pro 2025 (14-18 MW), équipé de roulements coulissants auto-développés, prévoit de s'étendre aux roulements d'arbre principal/générateur.
Autres	Electric Wind Power a acheté des roulements coulissants radiaux + butée Chongde ; Vérification du prototype CSSC Haizhuang 6,25 MW, Harbin Electric 2 MW.

4.2 Fournisseurs de roulements :

SUND : n°1 en Chine (n°6 mondial) des paliers lisses hydrodynamiques ; banc de conception et d'essai certifié DNV-GL ; première ligne de production de revêtement laser entièrement automatique ; Roulements coulissants à axes planétaires de 16 MW en essai en petits lots ; Chiffre d’affaires des paliers éoliens 2023 + 275 %, qui devrait doubler en 2025 ; SKF détient 6,96 % et coopère sur « le glissement au lieu du roulement » ; Chiffre d'affaires 2025 619 millions RMB (+19,5%), T1 2026 162 millions RMB (+34,6%).

Shenke : première société cotée en bourse pour les paliers lisses à parois épaisses, fournit Goldwind et Mingyang ; créer une filiale éolienne offshore en 2025 ; le groupe public a pris une participation majoritaire début 2026.

Roulement Chang Sheng : essais de roulements lisses de boîte de vitesses à entraînement semi-direct de 6 MW terminés, livrés pour un essai sur le terrain.

Shuangfei : production en série de roulements coulissants de très grande taille pour boîtes de vitesses de puissance ; Jinlei a terminé la livraison des échantillons.

International : Miba (production de masse depuis 2019, capacité en expansion, revendique 20 MW réalisables), Winergy, RENK, Kingsbury, Waukesha, GGB, etc.

5. Chronologie de l'adoption

Les unités à aimants permanents à double alimentation et à entraînement semi-direct/à vitesse moyenne sont les principales cibles des roulements lisses de l'arbre principal ; les unités à entraînement direct ont une vitesse extrêmement faible et un grand diamètre, ce qui rend la formation d'un film d'huile très difficile, avec le moins de progrès public.

Les principaux défis techniques actuels : formation de film d'huile à très faible vitesse (<0,2 m/s), usure start-stop et compromis taille/poids pour les plaquettes de grande taille. À mesure que les turbines évoluent vers des MW plus importants et des eaux plus profondes, le roulement de l'arbre principal est confronté à une augmentation des contraintes de contact, à des contraintes de durée de vie en fatigue et à des coûts d'exploitation et d'entretien élevés. « Glisser au lieu de rouler » – utilisant de grands roulements lisses pour remplacer les roulements traditionnels – offre un partage de charge par film d'huile, une répartition uniforme des contraintes, une résistance aux chocs, une structure compacte et un meilleur coût du cycle de vie, devenant ainsi une direction d'exploration clé pour la technologie d'arbre principal de nouvelle génération.

Notre entreprise a des années d'expérience dans les grands roulements lisses , avec des capacités de chaîne complète depuis la sélection des matériaux, la conception structurelle, la simulation de lubrification, la fabrication de précision, jusqu'aux tests et à la validation. Nous avons appliqué nos produits dans les équipements lourds, la marine, la métallurgie et dans d'autres conditions de charge élevée, accumulant une riche expérience en ingénierie. Pour le domaine émergent des roulements lisses pour arbres principaux d’éoliennes, nous sommes impatients d’explorer la coopération avec les équipementiers, les pairs en matière de roulements et les instituts de recherche – pour faire progresser conjointement la faisabilité technique, les essais de prototypes et la validation sur le terrain – afin d’apporter des solutions innovantes pour la réduction des coûts, l’amélioration de l’efficacité et une plus grande fiabilité dans l’industrie de l’énergie éolienne.