風(fēng)電軸承技術(shù)專利現(xiàn)狀分析

劉 然，陶洪敏

（國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作北京中心，北京 100160）

風(fēng)電軸承技術(shù)是風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)之一，對于保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行和提高發(fā)電效率具有重要意義。隨著全球?qū)稍偕茉吹男枨蟛粩嘣黾?，風(fēng)力發(fā)電作為清潔能源的代表之一得到了廣泛應(yīng)用。而風(fēng)電軸承作為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的核心組件之一，直接影響著機(jī)組的可靠性、效率和壽命。風(fēng)電軸承技術(shù)的發(fā)展不僅關(guān)系到風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的安全性和可靠性，還直接影響到發(fā)電效率和經(jīng)濟(jì)性。風(fēng)電軸承技術(shù)主要包括軸承結(jié)構(gòu)、材料、潤滑和密封等方面。由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組工作環(huán)境的特殊性，軸承材料需要具備優(yōu)異的抗腐蝕、耐磨損和高溫性能。常見的軸承材料包括鋼鐵、陶瓷和復(fù)合材料等，各具特點(diǎn)。潤滑和密封技術(shù)對于風(fēng)電軸承的正常運(yùn)行和壽命有著重要影響。良好的潤滑系統(tǒng)可以減小摩擦和磨損，提高軸承的工作效率；而有效的密封裝置則可以防止外界灰塵和濕氣侵入軸承內(nèi)部，延長軸承的使用壽命。專利分析是評估風(fēng)電軸承技術(shù)發(fā)展趨勢和競爭態(tài)勢的重要手段。通過對相關(guān)專利的檢索和分析，可以了解到該領(lǐng)域的最新技術(shù)進(jìn)展、主要技術(shù)方向以及各家企業(yè)的專利布局情況。

1 風(fēng)電軸承概況

風(fēng)電軸承是指在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中用于支撐轉(zhuǎn)子和傳遞載荷的關(guān)鍵部件。它們承受著旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和大量載荷，對于保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行和提高發(fā)電效率具有重要意義。風(fēng)電軸承主要包括滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承兩種類型。滾動(dòng)軸承利用滾珠或滾柱來減小摩擦和磨損，具有較低的摩擦系數(shù)和較高的承載能力，適用于高速轉(zhuǎn)動(dòng)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。而滑動(dòng)軸承則通過潤滑膜的形成來減小摩擦和磨損，適用于低速轉(zhuǎn)動(dòng)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組[1]。

隨著風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的不斷發(fā)展，風(fēng)電軸承技術(shù)也在不斷進(jìn)步。新型材料、優(yōu)化設(shè)計(jì)和先進(jìn)制造工藝的應(yīng)用，使得風(fēng)電軸承的承載能力、壽命和可靠性得到了顯著提升。此外，專利分析和技術(shù)研究也為風(fēng)電軸承技術(shù)的創(chuàng)新和發(fā)展提供了重要支持。風(fēng)電軸承作為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的關(guān)鍵部件，在保證安全運(yùn)行和提高發(fā)電效率方面起著至關(guān)重要的作用[2]。

2 風(fēng)電軸承全球?qū)＠暾埱闆r

2.1 國際情況

風(fēng)電軸承專利申請?jiān)谌蚍秶鷥?nèi)都有較為均衡的分布。除了傳統(tǒng)的發(fā)達(dá)國家和地區(qū)，如德國、日本，新興市場也逐漸崛起，如中國、印度等。這些地區(qū)都在積極推動(dòng)風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，并加大對相關(guān)技術(shù)的研發(fā)和創(chuàng)新投入。

作為風(fēng)力發(fā)電的先行者和主要市場之一，歐洲國家在風(fēng)電軸承技術(shù)方面具有豐富的經(jīng)驗(yàn)和領(lǐng)先地位。德國、丹麥和荷蘭等國家的企業(yè)在風(fēng)電軸承設(shè)計(jì)、制造和測試方面處于領(lǐng)先地位。

美國是另一個(gè)重要的風(fēng)力發(fā)電市場，其在風(fēng)電軸承技術(shù)方面也有較高水平的研究和應(yīng)用。美國的一些公司和研究機(jī)構(gòu)致力于開發(fā)新型材料、改進(jìn)潤滑系統(tǒng)和設(shè)計(jì)優(yōu)化等方面的技術(shù)。

圖1 鐵姆肯公司湘潭工廠交付首批超大型風(fēng)電軸承

圖2 風(fēng)電軸承全球主要專利申請國家分布數(shù)量

日本在風(fēng)電軸承技術(shù)方面也有較為突出的貢獻(xiàn)。日本的企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)致力于提高軸承的耐久性、減小摩擦損失和振動(dòng)噪聲等方面進(jìn)行了積極的研究[3]。

2.2 國內(nèi)情況

在國內(nèi)，隨著風(fēng)力發(fā)電行業(yè)的迅猛發(fā)展，風(fēng)電軸承技術(shù)也在不斷進(jìn)步。

1.技術(shù)研發(fā)：中國的一些高校、科研院所和企業(yè)積極開展風(fēng)電軸承相關(guān)的技術(shù)研發(fā)工作，涉及軸承材料、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、潤滑系統(tǒng)和振動(dòng)控制等方面的創(chuàng)新。在該領(lǐng)域?qū)＠暾埩枯^多的企業(yè)包括：瓦房店軸承集團(tuán)有限責(zé)任公司、北京金鳳科創(chuàng)風(fēng)電設(shè)備有限公司、東方電氣集團(tuán)東方電機(jī)有限公司、新疆金鳳科技股份有限公司等。

2.產(chǎn)業(yè)發(fā)展：中國已成為全球最大的風(fēng)力發(fā)電市場之一，風(fēng)電軸承產(chǎn)業(yè)也得到了快速發(fā)展。國內(nèi)眾多企業(yè)涉足這一領(lǐng)域，形成了完整的產(chǎn)業(yè)鏈，包括軸承設(shè)計(jì)、制造、測試和維修等環(huán)節(jié)。

3.國際競爭力提升：中國的風(fēng)電軸承技術(shù)在國際市場上逐漸贏得認(rèn)可，并開始向高端市場進(jìn)軍。一些國內(nèi)企業(yè)通過技術(shù)合作、引進(jìn)先進(jìn)設(shè)備和提高自主創(chuàng)新能力，提升了產(chǎn)品質(zhì)量和競爭力[4]。

3 風(fēng)電軸承技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)

3.1 承載能力

風(fēng)電軸承需要能夠承受高速旋轉(zhuǎn)和大量載荷，因此其承載能力是至關(guān)重要的。通過優(yōu)化軸承結(jié)構(gòu)、選擇合適的材料和表面處理等手段，提高軸承的承載能力，以滿足風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的要求。

3.2 壽命和可靠性

風(fēng)電軸承在惡劣的環(huán)境條件下工作，對壽命和可靠性要求較高。通過改善潤滑系統(tǒng)、降低摩擦和磨損、增強(qiáng)抗腐蝕性能等措施，延長軸承的使用壽命，并提高其可靠性。

3.3 摩擦和能耗

風(fēng)電軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生一定的摩擦和能耗。為了提高發(fā)電效率和降低運(yùn)行成本，需要采用低摩擦材料、優(yōu)化潤滑系統(tǒng)和減小能耗的設(shè)計(jì)，以降低風(fēng)電軸承的摩擦損失和能耗。

3.4 噪聲和振動(dòng)

風(fēng)電軸承在工作過程中可能會(huì)產(chǎn)生噪聲和振動(dòng)，對周圍環(huán)境和設(shè)備的影響較大[5]。通過優(yōu)化軸承結(jié)構(gòu)、改善表面質(zhì)量和減震設(shè)計(jì)等手段，降低風(fēng)電軸承的噪聲和振動(dòng)水平。

3.5 智能監(jiān)測和維護(hù)

風(fēng)電軸承的智能化監(jiān)測和預(yù)測維護(hù)是提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可靠性和運(yùn)行效率的關(guān)鍵。通過應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)、傳感器技術(shù)和數(shù)據(jù)分析，實(shí)時(shí)監(jiān)測軸承的工作狀態(tài)和健康狀況，并進(jìn)行精確的維護(hù)，以避免故障并延長軸承的使用壽命。

4 發(fā)展建議

4.1 加強(qiáng)科研創(chuàng)新

政府可以增加對風(fēng)電軸承技術(shù)研究和開發(fā)的經(jīng)費(fèi)投入，鼓勵(lì)高校、科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)進(jìn)行相關(guān)項(xiàng)目的科研工作。高校、科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)可以加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研合作，共同攻克風(fēng)電軸承技術(shù)的關(guān)鍵問題。通過建立聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室、開展合作研發(fā)項(xiàng)目、共享設(shè)備和資源等方式，促進(jìn)科研成果的轉(zhuǎn)化和應(yīng)用，推動(dòng)風(fēng)電軸承技術(shù)的創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)化。鼓勵(lì)企業(yè)和科研團(tuán)隊(duì)加強(qiáng)對風(fēng)電軸承技術(shù)的知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)，包括申請專利、商標(biāo)注冊等措施[6]。

4.2 加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化

相關(guān)部門應(yīng)組織專家團(tuán)隊(duì)，參考國內(nèi)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)要求，制定風(fēng)電軸承的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)明確產(chǎn)品性能要求、技術(shù)參數(shù)、測試方法等內(nèi)容，以確保產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性。針對風(fēng)電軸承的關(guān)鍵性能指標(biāo)，建立相應(yīng)的測試方法和評價(jià)體系。通過認(rèn)證、審核等方式，篩選出具備一定質(zhì)量和技術(shù)水平的企業(yè)和產(chǎn)品，提高整個(gè)行業(yè)的競爭力和可信度。

4.3 加大國際合作

積極與國外先進(jìn)企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)建立合作關(guān)系，共同開展風(fēng)電軸承技術(shù)研發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用等方面的合作項(xiàng)目。與國外風(fēng)電軸承相關(guān)企業(yè)合作，引進(jìn)先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備和技術(shù)，提升國內(nèi)風(fēng)電軸承生產(chǎn)工藝和質(zhì)量水平。與國際標(biāo)準(zhǔn)化組織合作，參與制定國際風(fēng)電軸承技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，提高國內(nèi)產(chǎn)品的競爭力和市場認(rèn)可度。同時(shí)，鼓勵(lì)企業(yè)申請國際質(zhì)量認(rèn)證，提升產(chǎn)品質(zhì)量和服務(wù)水平[7]。