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風(fēng)力發(fā)電機組齒輪箱評估指南
1.1本指南適用于水平軸風(fēng)力發(fā)電機組（風(fēng)輪掃掠面積大于或等于40ｍ２）中使用平行軸或行星齒輪傳動的齒輪箱。1.2本指南根據(jù)中國船級社《風(fēng)力發(fā)電機組認證規(guī)范》對風(fēng)力發(fā)電機組齒輪箱的設(shè)計評估及制造檢驗的內(nèi)容、方法及程序作出規(guī)定。
2. 齒輪箱的設(shè)計評估
2.1送審文件
當申請我社對齒輪箱進行設(shè)計評估時，設(shè)計方至少應(yīng)向我社提交以下圖紙及技術(shù)文件：
（1） 齒輪箱裝配圖、部件圖、箱體圖、傳動軸和齒輪的單獨部件圖及附有材料數(shù)據(jù)的零件清單；
（2） 所有傳扭零部件的強度分析報告，齒輪軸承尺寸及在功率傳輸過程中重要螺紋連接件的分析報告；
（3） 潤滑系統(tǒng)圖及有關(guān)監(jiān)控裝置和輔助設(shè)備資料；
（4） 防腐技術(shù)要求；
（5） 采用該齒輪箱的風(fēng)力發(fā)電機組的技術(shù)規(guī)格書，其中應(yīng)包括對齒輪箱的技術(shù)參數(shù)要求（備查）。
2.2齒輪箱的設(shè)計原則應(yīng)符合本社《風(fēng)力發(fā)電機給認證規(guī)范》第6.5.2條的要求。
2.3齒輪箱的設(shè)計載荷
（1） 風(fēng)力發(fā)電機組安裝地點的典型載荷譜是齒輪箱計算的基礎(chǔ)。載荷譜既可以通過測量又可以根據(jù)本社《風(fēng)力發(fā)電機組認證規(guī)范》第４章計算確定。
（2） 齒輪箱傳扭零件在運行中，同時承受驅(qū)動力矩施加的靜載荷和動載荷。動載荷取決于驅(qū)動側(cè)（風(fēng)輪）和被驅(qū)動側(cè)（發(fā)電機）的特性，驅(qū)動部分和被驅(qū)動部分（軸和聯(lián)軸器）的質(zhì)量、剛度和阻尼值，以及外界條件作用在風(fēng)力發(fā)電機組上的載荷。
（3） 當采用實測載荷譜計算時，取動載荷放大因子KA＝1。
（4） 當采用本社規(guī)范計算載荷譜時，放大因子KA應(yīng)按規(guī)范中相應(yīng)規(guī)定選取。
2.4 齒輪箱的極限載荷
（1） 應(yīng)按本社接受的規(guī)范／標準對輪齒進行極限狀態(tài)分析，且應(yīng)提供齒根抗斷裂疲勞強度和齒面抗點蝕強度的計算報告。
（2） 應(yīng)對抗斷裂和抗點蝕進行靜強度分析。
2.5 強度計算
2.5.1齒輪
（1） 靜強度計算：靜強度分析應(yīng)以作用于齒輪箱上的最大轉(zhuǎn)矩為基礎(chǔ)。靜強度計算應(yīng)按GB/T3480（或DIN3990）規(guī)定的方法進行。安全系數(shù)的選取應(yīng)符合本社《風(fēng)力發(fā)電機組認證規(guī)范》6.5.3條的要求。
（2） 疲勞強度計算：輪齒的疲勞強度分析應(yīng)建立在輪齒應(yīng)力分析和確定其疲勞特性（S－N曲線）基礎(chǔ)上。前者可根據(jù)載荷譜采用應(yīng)力分析程序進行，后者可查有關(guān)手冊或通過試驗獲得。疲勞損傷破壞根據(jù)線性損傷累積理論來確定。疲勞分析可按GB/T3480或DIN3990規(guī)定的方法進行。安全系數(shù)的選取應(yīng)符合本社《風(fēng)力發(fā)電機組認證規(guī)范》第6.5.3條的要求。
2.5.2 軸及其連接件
（1） 所有的軸均應(yīng)進行疲勞強度和靜強度分析。對連接件（如鍵、伸縮接頭）一般可僅進行靜強度分析。
（2） 靜強度計算應(yīng)以最大轉(zhuǎn)矩為基礎(chǔ)，其最大計算應(yīng)力相對于材料的屈服點應(yīng)具有大于1.1倍的安全系數(shù)。
（3） 疲勞強度計算應(yīng)符合本社《風(fēng)力發(fā)電機組認證規(guī)范》6.5.4的要求。
（4） 在功率傳輸過程中采用螺紋聯(lián)接時，應(yīng)按有關(guān)標準進行螺紋聯(lián)接強度分析。
（5） 如箱體要承受風(fēng)輪載荷時，應(yīng)對箱體進行強度或變形的有限元分析。
2.5.3 滾動軸承
（1） 軸承應(yīng)按GB/T6391或軸承制造商的計算指南進行計算。
（2） 軸承在最大載荷下的靜承載能力fs系數(shù)應(yīng)不小于2.0。輸入軸軸承的靜強度計算須計入風(fēng)輪的附加靜負荷。
（3） 軸承使用壽命采用擴展壽命計算方法進行，計算中所用的失效概率設(shè)定為10％。
（4） 計算壽命應(yīng)不小于130000小時。
2.6 齒輪箱設(shè)計評估檢驗項目表
在齒輪箱設(shè)計評估過程中，可參照以下檢驗項目表，逐項審查是否符合本社規(guī)范及本社接受的其它規(guī)范或標準的要求。
表1 送 審 文 件 項 目 表
① 設(shè)計方是否提交了下述圖紙： 是 否 備 注
1. 齒輪箱裝配圖2. 箱體詳圖3. 齒輪詳圖4. 軸系詳圖5. 軸承詳圖 6. 零部件清單（包含材料數(shù)據(jù)）7. 潤滑系統(tǒng)圖8. 潤滑系統(tǒng)材料清單
② 設(shè)計方是否提交了下述計算書
1. 齒輪計算書2. 軸承計算書3. 軸計算書4. 箱體計算書5. 螺紋連接件計算書
表2 齒 輪 設(shè) 計 評 審 項 目 表
① 檢查齒輪圖中是否確定了下列參數(shù)： 是 否 備 注
1. 齒數(shù)（Z）2. 螺旋角（β）3. 面寬（b）4. 剖面變換系數(shù)（X）5. 跨距（Wk）6. 通用模數(shù)（mn）7. 通用壓力角（αn）8. 端部倒角9. 邊緣倒角10. 剖面修正11.螺旋修正
② 精度及公差 是 否 備 注
1. 精度說明書2. 精度等級3. 剖面總偏差4. 剖面傾斜偏差5. 剖面形式偏差6. 總的螺旋偏差7. 螺旋斜面偏差8. 螺旋形式偏差9. 單螺距偏差10. 總累積螺距偏差11. 外形尺寸公差12. 螺旋公差13. 輪齒表面硬度公差
③ 齒輪材料特性
1. 材料形式2. 合金材料3. 材料等級4. 熱處理5. 有效打磨深度6. 核心硬度7. 回火表面點蝕
④ 齒輪計算書
下列參數(shù)的取值是否合理？
1. 載荷譜2. 材料等級3. 輪齒精度4. 表面硬度5. 載荷分布系數(shù)6. 動力系數(shù)7. 輪齒溫度8. 潤滑運動粘度9. 潤滑壓力－粘度系數(shù)10. 輪齒表面糙度11. 壽命12. 橫向接觸率13. 軸向接觸率
表3 軸 承 設(shè) 計 評 審 項 目 表
① 軸承下列參數(shù)是否符合規(guī)范要求： 是 否 備 注
1. 軸承壽命2. 軸承類型3. 軸承布置4. 軸承軸與箱體的配合5. 軸承支架6. 軸承內(nèi)部余量7. 軸承裝配8. 潤滑方式9. 行星齒輪輪緣厚度10. 軸承材料
② 軸承圖是否確定了下列參數(shù)
1. 軸尺寸2. 軸材料3. 軸硬度4. 直徑公差5. 長度公差6. 平直度公差7. 圓度公差8. 平行度公差9. 表面硬度公差
③ 鍵槽的設(shè)計是否避免了應(yīng)力集中
④ 鍵槽邊緣是否光順
⑤ 鍵槽應(yīng)沒有延伸到軸承的邊緣
⑥ 若軸采用合金鋼是否具有足夠硬度
⑦ 齒輪箱的裝配是否會損壞軸
⑧ 軸與軸承內(nèi)表面是否配合緊密
⑨ 軸計算書是否滿足以下要求？
1. 是否采用認可的計算方法2. 計算扭矩時是否忽略了鍵的影響3. 軸與齒輪的配合是否考慮了公差4. 滑動扭矩是否足夠傳遞峰值載荷5. 是否用最小疲勞載荷計算了變形量6. 最大變形量是否考慮了載荷分布系數(shù)7. 軸承最大斜度是否在軸承廠推薦范圍內(nèi)8. 疲勞安全系數(shù)9. 屈服安全系數(shù)
表4 密 封 設(shè) 計 評 審 項 目 表
① 圖紙中是否確定了下列參數(shù)？ 是 否 備 注
1. 密封類型2. 密封尺寸3. 密封材料4. 密封與軸的間隙5. 軸直徑、表面糙度、間隙公差6. 外殼直徑、表面糙度、安裝間隙
② 裝配 備 注
1. 齒輪箱的裝配是否可能損壞密封部件2. 是否提供了密封安裝程序3. 密封件與軸的間隙是否符合密封廠家的推薦值4. 邊界尺寸是否符合軸封廠家的推薦值
③ 密封設(shè)計是否符合規(guī)范或標準要求
1. 是否采用V型圈使油封與雜物隔離2. 密封壽命3. 密封類型4. 密封布置5. 密封間隙6. 密封更換
表5 潤 滑 系 統(tǒng) 設(shè) 計 評 審 表
① 圖中提供了下列潤滑系統(tǒng)參數(shù)嗎： 是 否 備 注
1. 潤滑系統(tǒng)材料清單2. 潤滑系統(tǒng)備件清單3. 潤滑系統(tǒng)維護手冊4. 潤滑油類型5. 潤滑油粘度6. 潤滑油質(zhì)量7. 潤滑油更換間隔期
② 潤滑系統(tǒng)設(shè)計
1. 潤滑油質(zhì)量是否符合要求2. 油泵容量是否足夠3. 釋放閥壓力是否≥3.5bar4. 過濾器易于更換嗎？5. 潤滑油冷卻器容量是否足夠6. 加熱器容量是否足夠7. 潤滑管系內(nèi)表面是否打了油漆8. 潤滑管系內(nèi)表面是否光順9. 排油口是否處在最低點 簽發(fā)齒輪
2.7 評估結(jié)論
本社確認齒輪箱的設(shè)計符合本社規(guī)范及本社接受的相關(guān)標準的要求后，將箱設(shè)計評估符合證明，并在相應(yīng)的圖紙、技術(shù)文件上蓋評估合格章。
3.齒輪箱的檢驗
3.1齒輪箱的制造廠應(yīng)按本社《產(chǎn)品檢驗規(guī)則》的要求向本社申請產(chǎn)品檢驗。3.2齒輪箱的型式認可
有下列情況之一時，齒輪箱生產(chǎn)廠應(yīng)向本社申請型式認可：
（1） 新產(chǎn)品的試制定型鑒定時；
（2） 產(chǎn)品的設(shè)計、工藝等方面有重大改變時；
（3） 出廠檢驗的結(jié)果與上次型式認可有較大差異時。
3.3型式認可后的制造檢驗
本社驗船師在齒輪箱的制造過程中應(yīng)到工廠進行有重點的檢驗，如對主要材料、零部件、工序質(zhì)量進行檢查和監(jiān)督。見證有關(guān)的試驗、測量等，并包括審查有關(guān)質(zhì)量記錄和核查外購的或分包方提供的材料、零部件是否符合要求，及在產(chǎn)品完工后參加有關(guān)試驗和進行檢查。檢驗滿意后，在齒輪箱上加以本社檢驗標志和其它有關(guān)項目（如產(chǎn)品證書號等）的標識，并頒發(fā)產(chǎn)品合格證書。
3.4檢驗項目與方法
除另有規(guī)定外，齒輪箱的檢驗項目和檢驗方法應(yīng)符合表1的規(guī)定。
表1 檢驗項目和方法
序號 檢驗項目 型式檢驗 出廠檢驗 檢驗方法
1 材質(zhì) △ △ GB/T8539等有關(guān)標準
2 外觀 △ △ 目測
3 接觸斑點 △ － GB/T13924
4 清潔度 △ － JB/T7929
5 空載試驗 △ * 表2
6 性能試驗 △ － 表2
7 齒面接觸疲勞壽命試驗 △ － 表2
8 噪聲 △ － GB/T6404
9 振動 △ － GB/T8543
10 空載功率損耗 △ △ 表2
11 密封 △ △ 目測
注：打“△“為進行的檢驗項目；對“－”為不作規(guī)定的檢驗項目；打“*”為按照制造廠試驗臺位作部分加載試驗。
3.5運載試驗
齒輪箱運轉(zhuǎn)試驗應(yīng)符合表2的規(guī)定。
表2試驗內(nèi)容
序 號 項目名稱 試驗項目 說明
序號 試驗內(nèi)容
I 空載試驗 在額定轉(zhuǎn)速下，正、反兩方向運轉(zhuǎn)不少于1h。要求：
1 連接件、緊固件不松動；
2 密封處接合處不漏油、不滲油；
3 運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、無沖擊；
4 潤滑充分。檢查軸承和油池溫度。每5min記錄一次油壓、油溫。
II 性能試驗 空載試驗合格后，在額定轉(zhuǎn)速下進行逐級加載試驗。按規(guī)定25％、50％、75％的額定負載各運轉(zhuǎn)30min。按100％額定負載運轉(zhuǎn)120min，110%超負載運轉(zhuǎn)30min，要求： 可根據(jù)制造廠試驗條件確定加載要求
5 在正常運轉(zhuǎn)情況下，每隔10min測定并記錄一次轉(zhuǎn)速、負載（扭矩）、油溫、油壓及各軸承擋外殼溫度。
6 在額定轉(zhuǎn)速和100％額定負載下，測定齒輪箱的噪聲、振動。 可根據(jù)制造廠試驗條件，在臺位最大負荷下進行
7 齒面接觸斑點，輪齒齒面狀況檢查
III 空載功率損耗測定 8 在額定轉(zhuǎn)速，油溫穩(wěn)定在45℃～65℃，空載工況下測定齒輪箱功率損耗。
IV 齒面接觸疲勞壽命試驗 9 在額定負荷下高速齒輪的應(yīng)力循環(huán)數(shù)：調(diào)質(zhì)齒輪、淬火齒輪為5×107。檢驗項目與本表序號5～7相同。 允許用工業(yè)應(yīng)用試驗代替疲勞壽命試驗
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