2.1.2 主轴用圆锥滚子轴承技术方案
对于海上风电更大兆瓦级别的风机来说，选择轴向定位更好以及承载更高的双圆锥滚子轴承也成为行业趋势。除了如调心滚子轴承已有技术方案，包括适当的滚动体修形以降低边缘应力的风险，进一步提高承载能力bm系数外，圆锥滚子轴承将面临更大的挑战，主要在于尺寸大型化后机加工难度大，加工精度难以保证，保持架结构复杂，热处理工艺复杂以及生产效率低。面对挑战，已有技术方案有：
1）保持架结构优化
已有大型圆锥滚子保持架结构如下图所示
图7 不同结构类型的圆锥滚子轴承
机加工钢保持架，其特点在于加工精度高，润滑空间大，轴承装配需要辅助加热装置热装，其整体成本较高。
穿销保持架，其最大特点在于能充分利用周向空间填充更多的滚动体，最大化承载，其润滑空间有限，尤其是销钉与滚动体内径面的常常润滑不良，易造成异常磨损。其次其加工过程复杂，加之滚动体需要通过氮碳共渗工艺处理，其整体成本同样很高。
分段保持架，其拥有易装配，生产难度低，效率高等特点，但目前由于各个分段之间通常不设置连接装置，往往仅能用于双列圆锥滚子轴承上使用。
2）热处理工艺选择
利用无缝感应淬火可以有效预防大尺寸轴承白色裂纹产生，其拥有工件变形小，尺寸稳定性能高，高生产效率等。表面淬火后的套圈其拥有较高的表面硬度和较高的芯部冲击韧性。目前最大的困难在于针对不同尺寸感应淬火头的参数无法准确预测，需要不断测试才能确定，开发周期长。
2.2 海上风电轴承材料
材料是直接影响轴承最终性能好坏的重要因素，由于海上风电的特殊可靠性需求，使用的轴承材料品质要求很高。已知影响轴承钢材质量的主要因素有钢材的含氧量、碳化物、偏析和夹杂物。
其中钢材中的夹杂物和含氧量密切相关，夹杂物随着含氧量的提高而增多，夹杂物的含量基本上决定了轴承钢的接触疲劳寿命。目前国际上以日本的SANYO以及瑞典的OVAKO为代表的钢材厂商对传统钢材含氧量控制已经达到5×10-6以下【4】，在此基础上两家经过超高纯冶炼工艺的改进，分别研发出超高纯轴承钢（EP钢）和各向同性轴承钢(IQ钢)，对钢材的含氧量控制甚至达到(2-3)×10-6以下。另外国外针对轴承的长寿命、高精密、耐高温及其他特殊性能的要求，也相继开发了特殊热处理轴承钢（SHX钢)、低密度轴承材料（60NiTi)、耐高温轴承钢CSS—42L及高耐蚀轴承钢Cronidur
30等新型轴承材料。
国内钢材厂未来需要缩短与国外差距，需要进一步提高轴承钢的洁净度，减小钢中夹杂物的含量与尺寸；通过工艺优化进一步提高碳化物的均匀性，降低和消除液析、网状和带状碳化物；进一步提高基体组织的晶粒度，使轴承钢的晶粒尺寸进一步细化；减少低倍组织缺陷；进一步降低轴承钢中的中心疏松、中心缩孔与中心成分偏析，提高低倍组织的均匀性。
2.3 海上风电轴承表面处理
表面涂覆技术包括：物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、射频溅射(RF)、离子喷涂(PSC)、化学镀等，可提高轴承零件的耐磨性、接触疲劳抗力，并降低表面摩擦因数。目前根据几大轴承厂家的技术趋势，其中主要应用在风电主轴轴承上的涂层有以下几种：
2.3.1 黑化涂层
发黑涂层处理后轴承将拥有更好的跑和性能，拥有轻微的防腐蚀以及抗磨损的性能，同时涂层在一定程度上增强了抵抗白色腐蚀裂纹(WEC)的能力。在以往陆上风电实际使用过程当中，往往选择在滚动体表面做黑化涂层处理，但风机从陆上转移到海上后，由于工况更加复杂和恶劣，建议套圈和滚动体均做黑化处理。
2.3.2 DLC涂层
DLC涂层是一种表面超硬的涂层，其具有和金刚石涂层非常相近的性能，即极高的硬度、电阻率、导热系数等【5】，该涂层可减少混合摩擦条件下的摩擦和磨损，使得轴承寿命和耐磨性大幅度提高，避免了滚子轴承因滚动接触面间的滑动引起的黏着磨损(涂抹)。
2.3.3 柱状硬铬涂层
该涂层主要附着在内圈内径面上，它能提供高的耐磨损能力（高硬度），尤其是容易发生微动腐蚀的配合表面。
2.3.4 磷化涂层
该涂层常用在浮动端轴承的外径面上，主要用于改善紧急润滑和磨损保护。例如防止微动腐蚀或摩擦腐蚀，通过钝化或涂油的相应的后处理可暂时提高防腐蚀性能。
2.4 国内海上风电轴承制造现状
国内风电轴承的制造水平与国外仍存在很大差距，尤其是大兆瓦级别的轴承受制于加工设备和工艺水平。随着外资企业高端产品的本地化需求日益迫切，主要轴承厂商也在不断加速本地化进程。如舍弗勒集团在南京已建成4号工厂，专用于大型风电轴承的生产，分别可加工外径800~2000 mm以及2000 mm以上的调心滚子轴承、圆柱滚子轴承以及圆锥滚子轴承，通过引进国外大型生产设备以及工艺技术，已实现多个型号轴承量产。
国内的生产水平的提高助力国内风电市场快速发展，在保证产品质量按照风电最高标准的情况下，实现快速交付和更低的成本，最大程度保证客户的利益。
3 结论
目前海上风电的特殊应用工况对轴承的承载能力、可靠性和使用寿命提出更高的要求。对于大尺寸海上风电用轴承未来可以从轴承设计、材料、表面处理以及工艺等诸多方面进行改善。对于轴承设计，需要进一步提高整体的承载能力，包括更优的结构特征，包括接触优化，对保持架的结构形式和材料选择，尤其对圆锥滚子轴承，需要考虑如何简化机加工过程和热处理方式等；对于材料，如何缩短与国外的差距，包括进一步提高轴承钢的洁净度，减小钢中夹杂物的含量与尺寸，提高碳化物的均匀性等；对于表面处理，开发更优的表面处理技术，包括如何解决边界摩擦以及外界污染物介入后的润滑问题等。
