风力发电机组齿轮箱评估的指南
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1.2本指南根据中国船级社《风力发电机组认证规范》对风力发电机组齿轮箱的设计评估及制造检验的内容、方法及程序作出规定。
2. 齿轮箱的设计评估
2.1送审文件
当申请我社对齿轮箱进行设计评估时,设计方至少应向我社提交以下图纸及技术文件:
(1) 齿轮箱装配图、部件图、箱体图、传动轴和齿轮的单独部件图及附有材料数据的零件清单;
(2) 所有传扭零部件的强度分析报告,齿轮轴承尺寸及在功率传输过程中重要螺纹连接件的分析报告;
(3) 系统图及有关监控装置和辅助设备资料;
(4) 防腐技术要求;
(5) 采用该齿轮箱的风力发电机组的技术规格书,其中应包括对齿轮箱的技术参数要求(备查)。
2.2齿轮箱的设计原则应符合本社《风力发电机给认证规范》第6.5.2条的要求。
2.3齿轮箱的设计载荷
(1) 风力发电机组安装地点的典型载荷谱是齿轮箱计算的基础。载荷谱既可以通过测量又可以根据本社《风力发电机组认证规范》第4章计算确定。
(2) 齿轮箱传扭零件在运行中,同时承受驱动力矩施加的静载荷和动载荷。动载荷取决于驱动侧(风轮)和被驱动侧(发电机)的特性,驱动部分和被驱动部分(轴和联轴器)的质量、刚度和阻尼值,以及外界条件作用在风力发电机组上的载荷。
(3) 当采用实测载荷谱计算时,取动载荷放大因子KA=1。
(4) 当采用本社规范计算载荷谱时,放大因子KA应按规范中相应规定选取。
2.4 齿轮箱的极限载荷
(1) 应按本社接受的规范/标准对轮齿进行极限状态分析,且应提供齿根抗断裂疲劳强度和齿面抗点蚀强度的计算报告。
(2) 应对抗断裂和抗点蚀进行静强度分析。
2.5 强度计算
2.5.1齿轮
(1) 静强度计算:静强度分析应以作用于齿轮箱上的最大转矩为基础。静强度计算应按GB/T3480(或DIN3990)规定的方法进行。安全系数的选取应符合本社《风力发电机组认证规范》6.5.3条的要求。
(2) 疲劳强度计算:轮齿的疲劳强度分析应建立在轮齿应力分析和确定其疲劳特性(S-N曲线)基础上。前者可根据载荷谱采用应力分析程序进行,后者可查有关手册或通过试验获得。疲劳损伤破坏根据线性损伤累积理论来确定。疲劳分析可按GB/T3480或DIN3990规定的方法进行。安全系数的选取应符合本社《风力发电机组认证规范》第6.5.3条的要求。
2.5.2 轴及其连接件
(1) 所有的轴均应进行疲劳强度和静强度分析。对连接件(如键、伸缩接头)一般可仅进行静强度分析。
(2) 静强度计算应以最大转矩为基础,其最大计算应力相对于材料的屈服点应具有大于1.1倍的安全系数。
(3) 疲劳强度计算应符合本社《风力发电机组认证规范》6.5.4的要求。
(4) 在功率传输过程中采用螺纹联接时,应按有关标准进行螺纹联接强度分析。
(5) 如箱体要承受风轮载荷时,应对箱体进行强度或变形的有限元分析。
2.5.3 滚动轴承
(1) 轴承应按GB/T6391或轴承制造商的计算指南进行计算。
(2) 轴承在最大载荷下的静承载能力fs系数应不小于2.0。输入轴轴承的静强度计算须计入风轮的附加静负荷。
(3) 轴承使用寿命采用扩展寿命计算方法进行,计算中所用的失效概率设定为10%。
(4) 计算寿命应不小于130000小时。
2.6 齿轮箱设计评估检验项目表
在齿轮箱设计评估过程中,可参照以下检验项目表,逐项审查是否符合本社规范及本社接受的其它规范或标准的要求。
表1 送 审 文 件 项 目 表
① 设计方是否提交了下述图纸: 是 否 备 注
1. 齿轮箱装配图2. 箱体详图3. 齿轮详图4. 轴系详图5. 轴承详图 6. 零部件清单(包含材料数据)7. 系统图8. 系统材料清单
② 设计方是否提交了下述计算书
1. 齿轮计算书2. 轴承计算书3. 轴计算书4. 箱体计算书5. 螺纹连接件计算书
表2 齿 轮 设 计 评 审 项 目 表
① 检查齿轮图中是否确定了下列参数: 是 否 备 注
1. 齿数(Z)2. 螺旋角(β)3. 面宽(b)4. 剖面变换系数(X)5. 跨距(Wk)6. 通用模数(mn)7. 通用压力角(αn)8. 端部倒角9. 边缘倒角10. 剖面修正11.螺旋修正
② 精度及公差 是 否 备 注
1. 精度说明书2. 精度等级3. 剖面总偏差4. 剖面倾斜偏差5. 剖面形式偏差6. 总的螺旋偏差7. 螺旋斜面偏差8. 螺旋形式偏差9. 单螺距偏差10. 总累积螺距偏差11. 外形尺寸公差12. 螺旋公差13. 轮齿表面硬度公差
③ 齿轮材料特性
1. 材料形式2. 合金材料3. 材料等级4. 热处理5. 有效打磨深度6. 核心硬度7. 回火表面点蚀
④ 齿轮计算书
下列参数的取值是否合理?
1. 载荷谱2. 材料等级3. 轮齿精度4. 表面硬度5. 载荷分布系数6. 动力系数7. 轮齿温度8. 运动粘度9. 压力-粘度系数10. 轮齿表面糙度11. 寿命12. 横向接触率13. 轴向接触率
表3 轴 承 设 计 评 审 项 目 表
① 轴承下列参数是否符合规范要求: 是 否 备 注
1. 轴承寿命2. 轴承类型3. 轴承布置4. 轴承轴与箱体的配合5. 轴承支架6. 轴承内部余量7. 轴承装配8. 方式9. 行星齿轮轮缘厚度10. 轴承材料
② 轴承图是否确定了下列参数
1. 轴尺寸2. 轴材料3. 轴硬度4. 直径公差5. 长度公差6. 平直度公差7. 圆度公差8. 平行度公差9. 表面硬度公差
③ 键槽的设计是否避免了应力集中
④ 键槽边缘是否光顺
⑤ 键槽应没有延伸到轴承的边缘
⑥ 若轴采用合金钢是否具有足够硬度
⑦ 齿轮箱的装配是否会损坏轴
⑧ 轴与轴承内表面是否配合紧密
⑨ 轴计算书是否满足以下要求?
1. 是否采用认可的计算方法2. 计算扭矩时是否忽略了键的影响3. 轴与齿轮的配合是否考虑了公差4. 滑动扭矩是否足够传递峰值载荷5. 是否用最小疲劳载荷计算了变形量6. 最大变形量是否考虑了载荷分布系数7. 轴承最大斜度是否在轴承厂推荐范围内8. 疲劳安全系数9. 屈服安全系数
表4 密 封 设 计 评 审 项 目 表
① 图纸中是否确定了下列参数? 是 否 备 注
1. 密封类型2. 密封尺寸3. 密封材料4. 密封与轴的间隙5. 轴直径、表面糙度、间隙公差6. 外壳直径、表面糙度、安装间隙
② 装配 备 注
1. 齿轮箱的装配是否可能损坏密封部件2. 是否提供了密封安装程序3. 密封件与轴的间隙是否符合密封厂家的推荐值4. 边界尺寸是否符合轴封厂家的推荐值
③ 密封设计是否符合规范或标准要求
1. 是否采用V型圈使油封与杂物隔离2. 密封寿命3. 密封类