单点式支承越来越多应用于大兆瓦风机主轴承 。目前风机主轴承支撑方 式依据支承数量分为三种:三点式支承、两点式支承、单点式支承 。其 中,三点式支承多用于小兆瓦风机;两点式支承选用单列圆锥、双列圆 锥为主,广泛用于中兆瓦机型;单点式支承选用双列圆锥滚子轴承,能 承受较大的径向和轴向载荷,越来越多应用于大兆瓦风机主轴承 。未来 轴承支承方式的选择会向更低应力的支承轴承结构、更高自调控能力的 智能化轴承、更优载荷分布的柔性化系统发展 。
2022 年国内主轴轴承市场规模约 50 亿元 。根据新强联中标公告,并考虑到大功率 轴承存 在一定技 术溢价,2021 年<3MW、3-5MW、 5-8MW、>8MW 主轴轴承均价分别是 7.8 万元/MW、7.8 万元/MW、9 万元/MW、16.7 万元/MW,据此估算 2022 年国内主轴轴承市场规模约 50 亿元 。
主轴轴承国产化率逐年提高 。据 CWEA 数据,国产品牌市场份额(陆 上风电)逐步提高至 32%,洛轴等轴承厂商已批量供货 3~6.25MW 主流 机型主轴轴承,10MW 以下的海风主轴轴承进入研发、样机试用阶段 。国产调心轴承价格较进口产品低 40%~50%,三排滚子轴承价格低 20%~30%,故障率也更低 。由于国产轴承具备价格优势、物流运输距离 更短、交付能力受保障,2022 年国产陆风主轴轴承国产化率有望突破 40%,3~5 年内与国外品牌并驾齐驱 。
国内企业已经逐步掌握无软带淬火技术 。主轴轴承的热处理方式主要有 两种:1)渗碳淬火,主要是国外厂商采用,将轴承在渗碳介质中加热 并保温,使工件获得一定深度的硬化层,增强韧性,可提高轴承的耐磨性和抗压强度,缺点是变形大、生产工期长、能耗高 。2)无软带淬火,国内轴承厂商以感应淬火为主,新强联等厂商采用无软带淬火技术,即 改良的感应淬火,配备预热感应器和加热感应器 2 个感应器,能耗更低、 生产工期更短 。该技术有望克服传统感应淬火的回火软带缺陷,替代传 统渗碳工艺,提高国产设备和产品的渗透率 。
国产轴承厂商推进大兆瓦主轴轴承进口替代进程,有望填补国产空白 。主轴轴承是风电机组中技术壁垒最高、最难突破国产化的轴承,5MW 以上的风电轴承尺寸放大带来技术难度几何级增加,对主轴轴承的热处 理变形、滚动体修形、滚道凸度等提出了全面升级的要求 。目前新强联 5.5MW 主轴轴承处于样机交付;洛轴自 2005 年起完成 2.8 万套主轴配 套,7.0MW、8.0MW 配套风电主轴轴承研发成功,预计 2022 年供货数 量超过 6000 套,装机量全国第一;瓦轴、大冶轴陆续参与大兆瓦主轴 轴承的研发,国内主轴轴承与国外产品的差距正在缩小 。
部分国内轴承厂商绑定头部风电主机厂,未来 2-3 年有望诞生国内龙头 。风电轴承测试严格,需在风机上长时间试装测试,打入供应链需十数年 。一旦公司获取头部整机厂认可,则会发挥先发优势,持续吸引新客户 。国内新强联等头部厂商技术研发投入力度较大、产能扩张激进、产品进 入主机厂的验证环节 。随着市场认可度提升,头部轴承厂商有望在未来 2-3 年内抢占可观的市场份额,加快国产市占率,开拓市场空间 。
2.5. 齿轮箱轴承:所需轴承数量多,国产化进程开启
齿轮箱运行条件苛刻,内部结构复杂,所需轴承数量多 。2020 年齿轮箱 轴承国产化率为 0.58%,亟需国产化 。齿轮箱轴承载荷会突然变化、温 度变化范围大,运行条件比较苛刻 。每个齿轮箱内部均需要齿轮箱轴承 支承,以 3-6MW 的风电齿轮箱精密零部件为例,一个齿轮箱中需要约 20 个齿轮箱轴承,9 个齿轮和 1 个输出轴 。外径基本均在 0.5 米以内,以 3-6MW 的风电齿轮箱精密零部件为例,20 个齿轮轴轴承中,10 个外 径为 0.31 米,7 个外径为 0.48 米,2 个外径为 0.95 米,1 个外径为 1.64 米 。齿轮箱轴承外径小,转速快以及精度高,对轴承有更高的技术要求,关键生产设备需要国外进口 。
齿轮箱轴承增速快、外径小,技术壁垒较高 。齿轮箱的主要作用是将低 速的叶轮增速,传递给发动机使之运转 。由于齿轮箱轴承外径小、转速 快、精度高,齿轮箱轴承加工车床的规格尺寸和精度与其他风电轴承的 加工设备均不同,大部分关键设备需要国外进口 。2022 年中国齿轮箱轴承市场规模超 50 亿元 。据新强联公告,齿轮箱零 部件在风电机组价值量中的占比为 18.87%,陆风、海风齿轮箱零部件均 价 60 万元/套、127 万元/套,而齿轮箱轴承在零部件中的占比为 71%,据此测算,陆风、海风齿轮箱零部件单 MW 价值量为 9.5 万元/MW、11.3 万元/MW,2022 年全球齿轮箱轴承市场规模约 90 亿元,其中,中国齿 轮箱轴承市场超 50 亿 。
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