科创中国

行业领域

高端装备制造产业,海洋工程装备产业

需求背景

海上风电轴承（主轴承、变桨轴承）为特大型轴承，具有长寿命、高可靠性、免维护的特点，其研发过程需要地面全尺寸试验装备及试验数据支撑。目前，国内仍未建立用于10MW级海上风电轴承的全尺寸试验装备，严重阻碍了海上风电轴承技术革新与发展。为加快推动实现“3060”碳中和目标，针对特大型轴承研发过程中对地面全尺寸试验装备的迫切需求，项目旨在研制基于数字孪生的10MW级海上风电全尺寸轴承试验装备，建设海上风电轴承设计验证试验基地，解决国内风电轴承企业缺少轴承试验数据，无法实现产品设计与试验运行的数据融合、回溯修正问题，实现基于“设计—制造—试验”数据的风电轴承产品的迭代优化方法，推动建立国内大型风电轴承的设计、制造、试验标准体系。

需解决的主要技术难题

1、研制基于数字孪生的10MW级海上风电全尺寸轴承（主轴承、变桨轴承）试验装备，搭建风机真实“主轴—轮毂—叶片”全尺寸轴承试验机，模拟实际风机工况的多维大载荷加载系统。

2、研究轴承试验机多物理场（应力、温度、流体等）仿真模型，建设融合轴承“设计—制造—试验”数据的风电轴承试验数字孪生系统，形成基于仿真数据与试验数据迭代的风电轴承优化设计方法。

3、研发涵盖轴承多维感知系统的故障诊断AI算法，形成轴承失效在线故障诊断、产品质量回溯修正数据处理方法。

4、制定10MW级海上风电轴承（主轴承、变桨轴承）设计验证试验标准，建设基于数字孪生的10MW级海上风电全尺寸轴承试验基地。

期望实现的主要技术目标

1、试验装备能够模拟真实“主轴—轮毂—叶片”轴承支撑系统，实现弯矩、轴向力、径向力、惯性力等多维往复加载系统，试验机能够加载的最大力矩≥52000KNm，能够支持静态加载试验与疲劳加载试验；

2、试验装备可以实现小角度（±6°）往复运动加载与整周回转加载两种加载方式；变桨轴承试验转速范围0.5~1.2rpm，能够实现往复摆动；主轴承试验转速范围8rpm~25rpm，能够实现连续回转；试验装备可以满足最大的轴承尺寸≥6000mm；

3、试验装备测试系统范围涵盖轴承振动、轴承内部温度、轴承变形与位移、润滑油脂检测、轴承承载载荷测试，轴承局部应力场等内容，≥100个采集数据点，可实现≥500h连续数据采集；

4、试验装备搭载轴承试验数字孪生系统，能够通过虚拟仿真的方式实现对试验台虚拟可视化，模拟轴承运行与实际采集物理量数据相差≤10%。

5、试验装备搭载故障诊断与轴承寿命预测AI算法，能够识别轴承在试验过程中的典型故障≥10类，并根据轴承试验数据对轴承寿命进行预估评价。

6、适用于10MW级海上风电机组主轴承、变桨轴承全尺寸设计验证试验，包含极限加载试验、疲劳加载试验等。

7、制定10MW级海上风电轴承（主轴承、变桨轴承）设计验证试验标准2项；试验装备需要经过国内或国际相关行业认证机构认证，并对国内外轴承企业、主机企业提供试验技术服务。

处理进度