中车福伊特传动技术(北京)有限公司研发总监高小平:风电齿轮箱模块化设计开发方法的研究与应用

能见App 2023年10月18日 5160

2023年10月16日-19日,2023北京国际风能大会暨展览会(CWP2023)在北京如约召开。作为全球风电行业年度最大的盛会之一,这场由百余名演讲嘉宾和数千名国内外参会代表共同参与的风能盛会,再次登陆北京,聚焦中国能源革命的未来。

本届大会以“构筑全球稳定供应链 共建能源转型新未来”为主题,将历时四天,包括开幕式、主旨发言、高峰对话、创新剧场以及关于“全球风电产业布局及供应链安全”“双碳时代下的风电技术发展前景”“国际风电市场发展动态及投资机会”“风电机组可靠性论坛”等不同主题的21个分论坛。能见App全程直播本次大会。

10月18日下午,中车福伊特传动技术(北京)有限公司研发总监高小平在风电产业技术创新论坛II上发表题为《风电齿轮箱模块化设计开发方法的研究与应用》的主题演讲。

以下为发言全文:

大家下午好!首先非常感谢组委会能提供这么一个机会和大家交流,今天分享的内容是《风电齿轮箱产品研究与应用》,介绍分为三个部分。

首先是方法研究,模块划分要考虑独立性,指实现某一个功能,支撑变速润滑,每一个模块都有自己的函数参数,下面举一个模块的例子,以行星模块为例介绍一下参数定义和函数表达。

首先是从圆柱体的接触,推导出赫兹接触应力国外文献会介绍,我们会对赫兹接触应力的构成分析,同时要参考相关的著作确定可以知道实际的赫兹接触应力系数。

体积函数,体积是与速比有关,它的曲线会有一个最小值,我们会找到行星轮系体积的最小值,也同样可以找出两级加起来的最小值,通过数比分配和优化齿轮箱的方法之一。

环型比小会造成振动影响,推导出行星轮的模块函数,同时也可以推导出扭矩范围,也就是说某一个行星轮系,它的扭矩范围也是确定的,这个是规划产品平台大概是2000牛米的范围。

其他的模块也可以推导设计限制函数,可以是一个或者两个,以及构建关键函数的构成,完成数字化模块的定义。

模块的数据建议,将模块数字化定义入库,我们有历史产品相关数据放在里面,供以后的计算分析类比。数据库建立后,很方便的按照齿轮箱结构顺序选模块,选完某一个模块都会评估可行性,把所有的模块都评估完,我们的概念设计就完了。设计可行的齿轮箱,同时所有的汇总信息想知道的,轴承重量,材料成本是多少都读出来了,方便以后决策,甚至给详细设计使用。

下面介绍系统开发,实际上就是方法研究的程序化实现,为了获得产品的各类信息便设计参考比较优化推演,我们开展系统的研发平台。这个是数据流图,分为用户需求、产品设计、生产制造、仿真测试、产品故障等五大类型的数据,各种数据和信息在此基础上,开展模块化设计、零部件设计评估前端的工具,这是简单的功能界面。

左边是模块塑型结构展示,分为三个程序模块和数据库管理模块。这边是主界面区,目前显示的是概念设计的界面,前面方法已经介绍完了,主要介绍一下评估。

零部件的设计评估方面,齿轮方面选两个介绍一下。一是齿轮传动力齿数匹配的评估,通过计算各级各阶的拟合频率找出最小差,看齿数配比是不是有问题。重点评估最小差是多少,传统质量也是很方便的计算,所有项目各机的重合度,同时直观的参考看到历史产品滑动力是多少,设计的时候也可以纠正评估方法。

二是滑动轴承重点评估,简单的可行性评估算PV值,要在一个框架里面就是可行的,这个框根据历史产品数据推导出来的。所以这里面主要说的问题,目前随着风电行业的快速发展,新材料、新结构的应有加快,随着产品和评估标准的建立非常迫切。现在没有标准,有一些是内控标准,如果是要求的严了,齿轮箱也干不过人家,要求的宽了,自己心里面也不是那么有底,这个比较纠结的地方。这里有好多的模块,它是怎么样添加和更新的过程。

产品匹配性分析,应用工程师在出去和用户沟通时的工具。主要是载荷的应用、添加以及载荷怎么样等效到轴承和齿轮的方法。工具是和客户沟通的过程当中,客户按照这个机型找到与最接近的产品,这个产品会分析出匹配度,哪些需要改,哪些不需要改,这个是为了应用工程师和客户方便的沟通。

这也是规划平台,只要知道很多重要客户的数据就会对比分析,对于平台的细分。比如说4S到6S平台,细分到5S怎么分,分到哪吒都是有帮助的。

平台规划,这是模块化总揽,蓝色是现有的,在产品规划过程当中,充分考虑模块的结构,减少零部件数量。目前我们建立6大产品平台,涵盖从2兆瓦到18兆瓦全谱系风电齿轮箱产品。这是一个案例,6兆瓦风电齿轮箱产品,设计的平行轴,二级和三级完全套平台的产品,这样使得轴承复用率达到90%。9兆瓦的产品,轴承复用率达到80%,刚刚获得产品的设计认证。

模块化研发平台从实践中来到实践中去,以产品数据和历史经验为基础,推研未来产品研发的方向性和可行性,使产品具有生命拥有灵魂,不断的优化产品性能,提高产品的标准化、模块化、集成化的水平,加快产品的开发速度,从而提升产品的竞争力。我的介绍完毕,谢谢大家。

(根据演讲速记整理,未经演讲人审核)

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