概述

寻求意向单位合作开展面向风电、盾构等行业的大型重载轴承设计与制造关键技术研究及产业化应用

需求详情

1. 技术需求描述与常规轴承不同，风电、盾构等装配轴承是一种法兰安装的薄壁重载轴承，主要特点是低速、重载、薄壁、尺寸大、波动工况、本身结构刚度小、法兰式安装、运维难以到达、有很高的可靠性要求。经过对现有产品失效模式的研究、文献查阅，这类轴承的设计和制造比普通轴承复杂的多，普通轴承重点关注滚道的滚动接触疲劳，而风电、盾构轴承很少发生滚道滚动接触疲劳，支撑结构的系统刚性、轴承滚道表面和结构设计摩擦学特性、套圈在复杂工况下的结构性疲劳损伤等是风电、盾构轴承的主要失效诱因。因此轴承设计的时候需要建立复杂的数值模型，离散轴承周边的的支撑结构，将支撑结构的系统刚度纳入轴承设计的考虑；大型薄壁轴承的结构变形很大，远超Hertz接触变形，常规轴承的设计假设已经不再成立；现有的设计理论都是基于滚动次表层源起的接触疲劳理论，目前行业内还没有针对大重型轴承的表面源起失效的设计理论。风电、盾构装备用轴承对产品的可靠性要求非常高，一旦发生在线失效，损失至少数十倍于轴承产品本身价值，甚至造成重大项目事故或者人身安全事故，因此对制造过程的质量管控近乎苛刻，必须实现关键质量管控点零逃逸。因为轴承尺寸规格大，每个工序、检测过程周期较长，尤其热处理无损探伤、磨削烧伤探伤等过程持续时间长、工作环境相对恶劣、对检测人员依赖性强。为了保证产品质量，需要最大限度地提高质量管控过程的自动化和数字化程度，减少人为干预；另外，数字化工艺系统实施统计产品质量指标，基于生产过程的大数据统计提前预警质量风险。因其设计理论不完善、质量要求严苛，产品设计和工艺定型、量产交付前须经历严谨的测试验证。目前行业内还没有成熟的可以模拟产品实际工况的测试设备，更没有开发出可靠可行的测试验证规范。2. 行业代表性近年来，中国风电产业经历了爆发式的增长，已成为全球最大的风电市场，产品研发也已经从“跟随”走向“引领”。2020年9月我国提出“30.60”碳达峰、碳中和目标，预计“十四五”期间风电将合计新增250GW装机，年均新增装机不低于50GW，有望带来14万亿元的绿色能源投资空间。截至2023年，中国风电并网装机容量突破3亿千瓦，连续12年稳居全球第一，目前，中国风电装机规模和发电量仅次于煤电和水电，正在实现从补充电源向替代电源的转变。风电产业的发展极大推动了国内整机配套零部件产业的发展，目前大型风力发电机的关键零部件大多已经完全实现了国产化，但是大型风机主轴承截至目前为止还没有完全实现国产化，虽然有个别生产厂商已经开始少量生产和交付，但是仍然改变不了进口轴承交付的绝对主导地位，并且没有形成系统的设计理论和制造工艺。盾构机行业与风电行业非常相似，成套装备虽然已经可以完全国产生产，但是轴承等关键零部件仍需要实现进一步突破。安徽省在马鞍山已经形成了低速重载轴承的产业集群，但是主要聚焦于工程机械、建筑机械使用的回转支承类产品，附加值极低，产能过剩，竞争激烈，技术和效益上都不能形成区域产业优势，本项目实施可以有效实现安徽省关联产业升级，形成区域新的产业优势。3. 需求合理性经纬支承长期从事回转支承类轴承产品的设计、制造、销售，产品广泛应用于三一重机等行业龙头企业，目前正处于产业升级、策划上市的关键时期。长期工程机械回转支承的生产和制造为公司积累了高端轴承生产和制造的基础技术和工艺能力，在当前产品升级和企业上市的关键时期，亟需外部关键资源合作研发，快速掌握产品应用工况和技术要求、设计理论和方法、制造工艺和关键管控点、测试验证装备和测试技术。4. 技术需求创新性1）实现安徽关联产业的升级以及风电、盾构等高端装备轴承的产品和产业突破；2）突破当前轴承设计的Hertz理论假设，引入系统整体刚性问题，考虑大型薄壁轴承实际应用特点，将轴承套圈结构性损伤纳入薄壁轴承设计理论和方法；3）突破当前行业内轴承滚动接触疲劳设计理论局限，结合产品低速、重载的特点建立轴承摩擦学设计理论和方法；4）关键管控点智能化，制造过程数字化；5）实验方法突破，建立关键产品的测试验证规范。【需求详情】1. 项目执行期内产品示范应用，并且至少有一个型号产品形成批量交付能力，轴承直径不小于3m；2. 设计模型和工艺模型须满足风电、盾构等装备常用轴承结构，至少须包括TRB、SRB、3CRB、DTRB等，模型计算误差与实验测试误差不超过15%；3. 热处理无损自动探伤校验准确率100%，不得出现漏报警；4. 试验台至少可实现轴承25000kN的加载，最大转速可实现20rpm，可根据产品实际应用工况组合加载。