Cuscinetto per albero a bassa velocità di una turbina eolica di grandi dimensioni: scorrevole anziché rotolante

Questo rapporto introduce la sostituzione dei tradizionali cuscinetti volventi (cuscinetti orientabili a rulli SRB / cuscinetti a rulli conici a doppia fila TRB) negli alberi principali delle turbine eoliche di grandi dimensioni (velocità 10–30 giri/min) con cuscinetti radenti. I cuscinetti volventi si basano sul contatto punto/linea, mentre i cuscinetti scorrevoli utilizzano un film d'olio idrodinamico tra il perno e i cuscinetti del cuscinetto per la trasmissione del carico a contatto con la superficie.

Lo 'Scivolare invece di rotolare' è una tendenza deterministica guidata dall'upscaling delle turbine eoliche, dalla riduzione dei costi e dalle esigenze di affidabilità. Questa transizione è già matura nei riduttori e sta entrando nella produzione in serie (ZF ha consegnato oltre 3.000 unità, NGC 12.000+, i cuscinetti radenti sviluppati internamente da Envision hanno superato le 1.000 unità con zero guasti). L'albero principale (albero a bassa velocità) è la prossima frontiera: Goldwind ha installato il primo prototipo di albero principale scorrevole al mondo nel 2021 e l'industria sta passando dalla convalida del prototipo alla produzione in piccoli lotti. Il rapporto di sostituzione teorico per gli alberi principali può raggiungere il 100%, con un potenziale di mercato globale superiore a 20 miliardi di RMB.

1. Configurazione tipica del sistema

Boccola del cuscinetto radiale di tipo diviso (ad esempio, design a 9 pastiglie) attorno al perno, ciascuna sostituibile in modo indipendente.

Pattini di spinta (ad esempio, design a 6 pattini) per sostenere carichi assiali.

Sistema di lubrificazione forzata: circolazione dell'olio, raffreddamento, filtrazione e tenute a labirinto.

Cuscinetto inclinabile/struttura segmentata per accogliere la deflessione e il disallineamento dell'albero.

Parametri tipici dell'Istituto di ricerca di Chongqing dell'Università di Shanghai Jiao Tong: bassa velocità <0,1 m/s, carico pesante >15 MPa, frequenti avviamenti e arresti, durata di servizio di 20 anni.

2. Tre colli di bottiglia dei cuscinetti volventi in fase di upscaling

Al giorno d'oggi, le turbine eoliche stanno diventando di grandi dimensioni e pesanti. La tecnologia dei megawatt delle turbine eoliche offshore è in costante miglioramento, il che a sua volta impone la sostituzione delle tecnologie.

1. Collo di bottiglia dimensionale: onshore >15 MW, offshore >20 MW – il diametro delle piste dei cuscinetti volventi dell’albero principale si avvicina ai limiti di produzione.

2. Collo di bottiglia nei guasti: le cricche bianche (WEC) e le vaiolature elettriche sono diventate modalità di guasto comuni; Le statistiche NREL mostrano che i guasti ai cuscinetti volventi rappresentano oltre il 67% dei guasti ai riduttori.

3. Collo di bottiglia in termini di costi e localizzazione: il tasso di localizzazione dei cuscinetti dell'albero principale è solo del 35% circa, i cuscinetti del cambio sono quasi tutti importati: un 'punto di strozzatura' critico.

Da 1 MW a 10 MW, il momento flettente dell’albero principale aumenta di circa 25 volte, superando di gran lunga la crescita della spinta (~11 volte): le condizioni dominate dal momento flettente sono esattamente quelle in cui il contatto con la superficie del cuscinetto scorrevole eccelle.

3. Vantaggi dei cuscinetti radenti rispetto ai cuscinetti volventi

• Costo di approvvigionamento ridotto di circa il 30%, costo di O&M di circa il 60%, riduzione del costo totale della turbina di circa il 6,5% (CICC); riduzione dei costi del ciclo di vita ~4,5% (Guosheng).

• Nessun elemento volvente, evitando intrinsecamente vaiolatura, WEC e vaiolatura elettrica; lo smorzamento del film d'olio assorbe le vibrazioni.

• I cuscinetti segmentati consentono la sostituzione di un singolo cuscinetto in cima alla torre: la sostituzione offshore dei cuscinetti principali richiede una nave gru con un affitto giornaliero di ~$ 250.000; Goldwind dichiara una riduzione dei costi di O&M superiore al 60%.

4.Progressi degli OEM e della catena di fornitura

4.1 OEM nazionali

OEM	Progressi
Vento d'Oro	Ottobre 2021 - il primo prototipo al mondo di cuscinetto principale scorrevole connesso alla rete e a pieno carico a Dabancheng, Xinjiang (azionamento semi-diretto da 4 MW, densità di carico +20%, costi di manutenzione -60%); Unità offshore riservata da 16 MW con interfaccia universale scorrevole/rotolante; ha costruito un banco di prova a pieno grado di libertà da 6 MW.
Immaginare	Punto di riferimento globale per i cuscinetti scorrevoli del cambio: primo riduttore con cuscinetto scorrevole da 3,3 MW nel 2021, le installazioni cumulative hanno superato le 1.000 unità con 5 anni senza guasti; le nuove unità adotteranno cuscinetti radenti >90%; 2025 Modello Z Pro (14-18 MW) dotato di cuscinetti scorrevoli sviluppati internamente, prevede di espandersi ai cuscinetti dell'albero principale/generatore.
Altri	L'energia eolica elettrica ha acquistato i cuscinetti radiali + reggispinta Chongde; CSSC Haizhuang 6,25 MW, verifica prototipo Harbin Electric 2 MW.

4.2 Fornitori di cuscinetti:

SUND: n.1 in Cina (n.6 a livello mondiale) per i cuscinetti radenti idrodinamici; progettazione e banco prova certificato DNV-GL; prima linea di produzione di rivestimento laser completamente automatica; Cuscinetti radenti a perno planetario da 16 MW in una sperimentazione su piccoli lotti; 2023 ricavi derivanti da attività eoliche +275%, che dovrebbero raddoppiare nel 2025; La SKF detiene il 6,96% e collabora allo 'scorrimento invece che al rotolamento'; Ricavi nel 2025 619 milioni di RMB (+19,5%), primo trimestre 2026 162 milioni di RMB (+34,6%).

Shenke: prima società quotata in borsa per cuscinetti radenti a pareti spesse, fornisce Goldwind e Mingyang; costituire una filiale per l’energia eolica offshore nel 2025; il gruppo statale ha acquisito la quota di controllo all'inizio del 2026.

Cuscinetto Chang S heng: completati test sui cuscinetti scorrevoli del cambio a trasmissione semidiretta da 6 MW, consegnati per la prova sul campo.

Shuangfei: produzione in serie di cuscinetti scorrevoli per riduttori di potenza ultra-grandi; Jinlei ha completato la consegna del campione.

Internazionale: Miba (produzione di massa dal 2019, espansione della capacità, dichiara 20 MW fattibili), Winergy, RENK, Kingsbury, Waukesha, GGB, ecc.

5. Cronologia dell'adozione

Le unità a doppia alimentazione e ad azionamento semi-diretto/a magneti permanenti a media velocità sono gli obiettivi principali dei cuscinetti di scorrimento dell'albero principale; le unità ad azionamento diretto hanno una velocità estremamente bassa e un diametro ampio, rendendo la formazione del film d'olio molto difficile, con il minimo progresso pubblico.

Le principali sfide tecniche attuali : accumulo di pellicola d'olio a velocità molto basse (<0,2 m/s), usura start-stop e compromessi dimensioni/peso per pastiglie di grandi dimensioni. Man mano che le turbine si spostano verso MW più grandi e acque più profonde, il cuscinetto dell’albero principale deve affrontare un aumento dello stress da contatto, limiti di durata a fatica ed elevati costi di gestione e manutenzione. Lo 'Scorrimento invece del rotolamento' - l'utilizzo di cuscinetti scorrevoli di grandi dimensioni per sostituire i cuscinetti volventi tradizionali - offre condivisione del carico del film d'olio, distribuzione uniforme delle sollecitazioni, resistenza agli urti, struttura compatta e migliori costi del ciclo di vita, diventando una direzione di esplorazione chiave per la tecnologia dell'albero principale di prossima generazione.

La nostra azienda vanta anni di esperienza nel settore large cuscinetti radenti , con funzionalità per l'intera catena, dalla selezione dei materiali, alla progettazione strutturale, alla simulazione della lubrificazione, alla produzione di precisione, fino ai test e alla validazione. Abbiamo applicato i nostri prodotti in attrezzature pesanti, marine, metallurgiche e altre condizioni di carico elevato, accumulando una ricca esperienza ingegneristica. Per il settore emergente dei cuscinetti radenti per alberi principali eolici, non vediamo l’ora di esplorare la cooperazione con OEM, produttori di cuscinetti e istituti di ricerca – promuovendo congiuntamente la fattibilità tecnica, la sperimentazione di prototipi e la convalida sul campo – per contribuire con soluzioni innovative per la riduzione dei costi, il miglioramento dell’efficienza e una maggiore affidabilità nel settore dell’energia eolica.