Vòng bi trục tốc độ thấp của tuabin gió lớn - Trượt thay vì lăn

Báo cáo này giới thiệu việc thay thế các loại vòng bi truyền thống (Vòng bi cầu SRB / Vòng bi côn hai hàng TRB) trong trục chính tuabin gió cỡ lớn (tốc độ 10–30 vòng/phút) bằng vòng bi trượt. Vòng bi lăn phụ thuộc vào sự tiếp xúc điểm/đường, trong khi vòng bi trượt sử dụng màng dầu thủy động giữa cổ trục và miếng đệm vòng bi để truyền tải tiếp xúc bề mặt.

'Trượt thay vì lăn' là một xu hướng tất yếu được thúc đẩy bởi nhu cầu nâng cấp tuabin gió, giảm chi phí và độ tin cậy. Quá trình chuyển đổi này đã hoàn thiện trong hộp số và bước vào sản xuất số lượng lớn (ZF đã phân phối hơn 3000 chiếc, NGC 12000+, vòng bi trượt tự phát triển của Envision đã vượt quá 1000 chiếc mà không xảy ra lỗi nào). Trục chính (trục tốc độ thấp) là biên giới tiếp theo – Goldwind đã lắp đặt nguyên mẫu trục chính trượt đầu tiên trên thế giới vào năm 2021 và ngành đang chuyển từ xác nhận nguyên mẫu sang sản xuất hàng loạt nhỏ. Tỷ lệ thay thế lý thuyết cho trục chính có thể đạt 100%, với tiềm năng thị trường toàn cầu vượt quá 20 tỷ RMB.

1. Cấu hình hệ thống điển hình

Ống lót ổ trục hướng tâm loại tách rời (ví dụ: thiết kế 9 miếng đệm) xung quanh cổ trục, mỗi ống lót có thể thay thế độc lập.

Miếng đệm lực đẩy (ví dụ: thiết kế 6 miếng đệm) để chịu tải trọng trục.

Hệ thống bôi trơn cưỡng bức: tuần hoàn dầu, làm mát, lọc và bịt kín mê cung.

Cấu trúc đệm nghiêng / phân đoạn để điều chỉnh độ lệch và lệch trục.

Các thông số tiêu biểu từ Viện nghiên cứu Trùng Khánh thuộc Đại học Jiao Tong Thượng Hải: tốc độ thấp <0,1 m/s, tải nặng >15 MPa, khởi động-dừng thường xuyên, tuổi thọ 20 năm.

2. Ba điểm nghẽn của vòng bi khi nâng cấp quy mô

Ngày nay, tua-bin gió đang có quy mô lớn và công suất lớn. Công nghệ megawatt của tua bin gió ngoài khơi không ngừng được cải tiến, điều này buộc phải thay thế các công nghệ.

1. Nút thắt kích thước: trên bờ >15 MW, ngoài khơi >20 MW – đường kính mương của ổ lăn trục chính đạt đến giới hạn sản xuất.

2. Nút thắt cổ chai do lỗi: vết nứt khắc màu trắng (WEC) và rỗ điện đã trở thành những dạng lỗi phổ biến; Thống kê của NREL cho thấy lỗi ổ lăn chiếm hơn 67% lỗi hộp số.

3. Điểm nghẽn về chi phí và nội địa hóa: tỷ lệ nội địa hóa vòng bi trục chính chỉ khoảng 35%, vòng bi hộp số gần như đều được nhập khẩu – một 'điểm nghẹt thở' quan trọng.

Từ 1 MW đến 10 MW, mô men uốn trục chính tăng khoảng 25 lần, vượt xa mức tăng lực đẩy (~11 lần) – các điều kiện chi phối mô men uốn chính xác là nơi tiếp xúc với bề mặt ổ trục trượt vượt trội.

3. Ưu điểm của Vòng bi trượt so với Vòng bi lăn

• Chi phí mua sắm giảm ~30%, chi phí O&M giảm ~60%, tổng chi phí tuabin giảm ~6,5% (CICC); giảm chi phí vòng đời ~4,5% (Guosheng).

• Không có bộ phận lăn, tránh rỗ, WEC và rỗ điện; giảm xóc màng dầu hấp thụ rung động.

• Các miếng đệm phân đoạn cho phép thay thế miếng đệm đơn ở đỉnh tháp – việc thay thế vòng bi chính ngoài khơi cần có tàu cẩu với giá thuê hàng ngày ~ 250.000 USD; Goldwind tuyên bố giảm chi phí O&M >60%.

4.Tiến trình OEM và chuỗi cung ứng

4.1 OEM trong nước

OEM	Tiến triển
gió vàng	Tháng 10 năm 2021 - nguyên mẫu ổ trục chính trượt đầu tiên trên thế giới được kết nối lưới và ở mức đầy tải ở DabanThành, Tân Cương (truyền động bán trực tiếp 4 MW, mật độ tải +20%, chi phí bảo trì -60%); Tổ máy ngoài khơi 16 MW được dự trữ với giao diện đa năng lăn/trượt; xây dựng giàn thử nghiệm bậc tự do đầy đủ công suất 6MW.
Hình dung	Tiêu chuẩn toàn cầu về vòng bi trượt hộp số: hộp số vòng bi trượt 3,3 MW đầu tiên vào năm 2021, số lượng lắp đặt tích lũy vượt quá 1.000 chiếc với 5 năm không xảy ra lỗi nào; các thiết bị mới sẽ sử dụng >90% vòng bi trượt; 2025 Model Z Pro (14-18 MW) được trang bị vòng bi trượt tự phát triển, có kế hoạch mở rộng sang vòng bi trục chính/máy phát điện.
Người khác	Electric Wind Power mua vòng bi hướng tâm + lực đẩy Chongde; Xác minh nguyên mẫu CSSC Haizhuang 6,25 MW, Harbin Electric 2 MW.

4.2 Nhà cung cấp vòng bi:

SUND: Số 1 tại Trung Quốc (Số 6 toàn cầu) về vòng bi trượt thủy động lực; thiết kế và thử nghiệm giàn khoan được chứng nhận DNV-GL; dây chuyền sản xuất tấm ốp laser hoàn toàn tự động đầu tiên; Vòng bi trượt chốt hành tinh 16 MW đang trong thử nghiệm lô nhỏ; Doanh thu vòng bi trượt gió năm 2023 +275%, dự kiến ​​tăng gấp đôi vào năm 2025; SKF nắm giữ 6,96% và hợp tác 'trượt thay vì lăn'; Doanh thu năm 2025 619 triệu RMB (+19,5%), Q1 2026 162 triệu RMB (+34,6%).

Shenke: công ty niêm yết đầu tiên về vòng bi trượt vách dày, cung cấp Goldwind và Mingyang; thành lập công ty con điện gió ngoài khơi vào năm 2025; tập đoàn nhà nước nắm cổ phần chi phối vào đầu năm 2026.

Vòng bi Chang S heng: đã hoàn thành các cuộc thử nghiệm vòng bi trượt hộp số truyền động bán trực tiếp 6 MW, được đưa đi thử nghiệm thực địa.

Shuangfei: sản xuất hàng loạt vòng bi trượt hộp số công suất cực lớn; Jinlei đã hoàn thành việc giao mẫu.

Quốc tế: Miba (sản xuất hàng loạt từ năm 2019, mở rộng công suất, tuyên bố khả thi 20 MW), Winergy, RENK, Kingsbury, Waukesha, GGB, v.v.

5. Tiến trình áp dụng

Các bộ phận nam châm vĩnh cửu được dẫn động kép và bán trực tiếp/tốc độ trung bình là mục tiêu chính cho vòng bi trượt trục chính; các bộ truyền động trực tiếp có tốc độ cực thấp và đường kính lớn, khiến việc tạo màng dầu trở nên khó khăn nhất và ít đạt được tiến bộ công khai nhất.

Những thách thức kỹ thuật cốt lõi hiện nay : sự hình thành màng dầu ở tốc độ rất thấp (<0,2 m/s), độ mài mòn khi khởi động-dừng và sự cân bằng giữa kích thước/trọng lượng đối với các miếng đệm lớn. Khi các tuabin di chuyển về phía công suất lớn hơn và vùng nước sâu hơn, ổ trục chính phải đối mặt với ứng suất tiếp xúc ngày càng tăng, hạn chế về tuổi thọ mỏi và chi phí O&M cao. 'Trượt thay vì lăn' – sử dụng vòng bi trượt lớn để thay thế vòng bi lăn truyền thống – mang lại khả năng chia sẻ tải trọng màng dầu, phân bổ ứng suất đồng đều, chống va đập, cấu trúc nhỏ gọn và chi phí vòng đời tốt hơn, trở thành hướng khám phá quan trọng cho công nghệ trục chính thế hệ tiếp theo.

Công ty chúng tôi có nhiều năm kinh nghiệm trong lĩnh vực lớn vòng bi trượt , với khả năng toàn chuỗi từ lựa chọn vật liệu, thiết kế kết cấu, mô phỏng bôi trơn, sản xuất chính xác đến thử nghiệm và xác nhận. Chúng tôi đã áp dụng các sản phẩm của mình trong các thiết bị nặng, hàng hải, luyện kim và các điều kiện chịu tải cao khác, tích lũy kinh nghiệm kỹ thuật phong phú. Đối với lĩnh vực mới nổi của vòng bi trượt trục chính gió, chúng tôi mong muốn tìm kiếm sự hợp tác với các OEM, các đối tác vòng bi và tổ chức nghiên cứu - cùng nhau nâng cao tính khả thi kỹ thuật, thử nghiệm nguyên mẫu và xác nhận tại hiện trường - để đóng góp các giải pháp đổi mới nhằm giảm chi phí, cải thiện hiệu quả và độ tin cậy cao hơn trong ngành điện gió.