基于ABAQUS的风电齿轮箱箱体热分析
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｗｉｎｄ ｔｕｒｂｉｎｅ ｇｅａｒｂｏｘ；ＡＢＡＱＵＳ；ｔｈｅｒｍａｌ ａｎａ ｌｙｓｉｓ；ｃｏｎｖｅｃｔｉｖｅ ｈｅａｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ；ｓｔｅａｄｙ－ｓｔａｔｅ
ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｆｉｅｌｄ
Ｕ 刖 罱
风能 作 为 一种 清 洁 可 再 生能 源 ，在 世 界 能 源计 划 中 占很 大 的 比重 Ｊ。在 兆 瓦 级 风力 发 电机 组 中 ， 增 速齿 轮箱 是关 键 部 件 之 一 ，损 坏 率 也 较 高 ２］。齿 轮箱箱体承受来 自风轮的作用力和齿轮传动时产生
ＤＯＩ￣１０．１６５０８／ｊ．ｃｎｋｉ．１１—５８６６／ｎ．２０１８．Ｏ１．００３
基 于 ＡＢＡＱＵＳ的 风 电 齿 轮 箱 箱 体 热 分 析
李 乐 ２，王 茜 ，朱礼 安ｚ，曾盼文２
（１．北京信息科技大学 机电工程学院 现代测控技术教育部重点实验室 ，北京 １００１９２； ２．江麓机 电集团有限公司 ，湖南 湘潭 ４１１１００）
关 键 词 ：风 电齿轮 箱 ；ＡＢＡＱＵＳ；热分 析 ；对流换 热 ；稳态 温度 场 中图分 类号 ：ＴＨ １２３ 文 献标 志码 ：Ａ
Ｔｈｅｒｍ ａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｓｉｍ ｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｗｉｎｄ ｔｕｒｂｉｎｅ ｇｅａｒ
ｂｏｘ ｂａｓ Ｑｉａｎ ．ＺＨＵ Ｌｉ ａｎ 。ＺＥＮＧ Ｐａｎｗｅｎ
ｌｏａｄｅｄ ｉｎｔｏ ＡＢＡＱＵＳ ｔｏ ｓｉｍｕｌａｔｅ ｔｈｅ ｓｔｅａｄｙ．ｓｔａｔｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｆｉｅｌｄ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｂｏｘ．Ｉｔ ｉｓ ｆｏｕｎｄ ｔｈａｔ
ｈｉｇｈｅｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｐｐｅａｒｓ ｉｎ ｔｈｅ ｂｅａｒ ｉｎｇ ａｎｄ ｔｈｅ ｍｅｓｈｉｎｇ ｐａｒｔ，ｗｈｉｌｅ ｌｏｗｅｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｐｐｅａｒｓ ｉｎ ｔｈｅ ｔｈｉｃｋｅｒ ｗａｌ１． Ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｏｕｔｅｒ ｗａｌｌ ｏｆ ｔｈｅ ｂｏｘ ｉｓ ａｆｆｅｃｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ａｉｒ ｆｌｏｗ ｒａｔｅ．ａｎｄ ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｎｅｒ ｗａｌｌ ｏｆ ｔｈｅ ｂｏｘ ｉｓ ｍａｉｎｌｙ ａｆｆｅｃｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｓｔｅａｄｙ ｓｔａｔｅ ａｍｂｉｅｎｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ． Ｔｈｅ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｔｈｅ ｈｅａｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｃａｎ ｂｅ ｕｓｅｄ ｔｏ ｓｉｍｕｌａｔｅ ｔｈｅ ｔｅｍ ｐｅｒａｔｕｒｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｇｅａｒ ｂｏｘ，ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｐｒｏｖｉｄｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｒｅｌｉａｂｌｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｇｅａｒ ｂｏｘ．
摘 要 ：建 立 了风 力发 电齿轮 箱箱体 三 维模 型及 传 热有 限元模 型 ，计 算 了箱体 各 壁 面在 空气 、润 滑油不 同流 速 下 的对 流 换 热 系数 。在 ＡＢＡＱＵＳ中加 载 仿 真 ，得 到 箱 体 稳 态温 度 场 云 图。 发 现较 高温度 出现在 各轴 承座 和 内齿 圈啮 合 部位 ，箱体 壁 较 厚地 方温度 较 低 ；箱体 外壁 温度 受 空 气流速 影 响 ，箱体 内壁 温度 受箱体 内稳 态环 境 温度影 响 。所建 立 的热 传导 有 限元 分析 模 型 能够 较 好 地仿 真 齿轮 箱温 度分 布 ，可对 齿轮 箱 的可靠 运行研 究提 供参 考 。
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｗｉｎｄ ｔｕｒｂｉｎｅ ｇｅａｒ ｂｏｘ ｉｓ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ，ａｎｄ ｔｈｅ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍ ｅｎｔ ｍ ｏｄｅｌ ｏｆ ｔｈｅ ｈｅａｔ ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｂｏｘ ｉｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ． Ｔｈｅ ｗａｌｌ ｏｆ ｔｈｅ ｂｏｘ ｉｓ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ａｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｆ ｌｏｗ ｒａｔｅｓ ｏｆ ａｉｒ ａｎｄ ｌｕｂｒｉｃａｔｉｎｇ ｏｉｌ． Ｔｈｅ ｃｏｎｖｅｃｔｉｖｅ ｈｅａｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｃｏｅｍ ｃｉｅｎｔ ｉｓ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ａｎｄ
第 ３３卷 第 １期 ２０１８年 ２月
北 京 信 息 科 技 大 学 学 报 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
Ｖｏ１．３３ Ｎｏ．１ Ｆｅｂ．２０１８
文 章 编 号 ：１６７４—６８６４（２０１８）０１—００１３—０５
的反 力 ，其 刚性 直 接 影 响 齿 轮 箱 运 转 的 平 稳 性 。 齿轮 箱 的工 作 性 能 还 取 决 于箱 体 内部 件 的发 热 强 度 。齿 轮 箱工作 时 ，齿轮 、轴 承等部 件都存 在 功率损 失 ，使得箱体内产 生较多热量 Ｊ。所产生的热量既
影 响 系统 的润滑 和 冷却 ，还影 响箱 内部 构 件 的正 常 工作及齿轮传动效果＿５ Ｊ。因此 ，风 电齿轮箱箱体 的
收 稿 日期 ：２０１７－０８－０９ 基 金 项 目 国家 自然科学青 年基金资助项 目（５１６０５０３５）；北京市教委科技计划面上项 目（ＫＭ２０１６１１２３２００４）；北京市财政经 费优秀人才培养资
（１．Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｓｃｈｏｏｌ，Ｔｈｅ Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｍｏｄｅｍ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １００１９２，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｊｉａｎｇ Ｌｕ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．Ｈｕｎａｎ Ｘｉａｎｇｔａｎ ４１ １ １００，Ｃｈｉｎａ）
ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｆｉｅｌｄ
Ｕ 刖 罱
风能 作 为 一种 清 洁 可 再 生能 源 ，在 世 界 能 源计 划 中 占很 大 的 比重 Ｊ。在 兆 瓦 级 风力 发 电机 组 中 ， 增 速齿 轮箱 是关 键 部 件 之 一 ，损 坏 率 也 较 高 ２］。齿 轮箱箱体承受来 自风轮的作用力和齿轮传动时产生
ＤＯＩ￣１０．１６５０８／ｊ．ｃｎｋｉ．１１—５８６６／ｎ．２０１８．Ｏ１．００３
基 于 ＡＢＡＱＵＳ的 风 电 齿 轮 箱 箱 体 热 分 析
李 乐 ２，王 茜 ，朱礼 安ｚ，曾盼文２
（１．北京信息科技大学 机电工程学院 现代测控技术教育部重点实验室 ，北京 １００１９２； ２．江麓机 电集团有限公司 ，湖南 湘潭 ４１１１００）
关 键 词 ：风 电齿轮 箱 ；ＡＢＡＱＵＳ；热分 析 ；对流换 热 ；稳态 温度 场 中图分 类号 ：ＴＨ １２３ 文 献标 志码 ：Ａ
Ｔｈｅｒｍ ａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｓｉｍ ｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｗｉｎｄ ｔｕｒｂｉｎｅ ｇｅａｒ
ｂｏｘ ｂａｓ Ｑｉａｎ ．ＺＨＵ Ｌｉ ａｎ 。ＺＥＮＧ Ｐａｎｗｅｎ
ｌｏａｄｅｄ ｉｎｔｏ ＡＢＡＱＵＳ ｔｏ ｓｉｍｕｌａｔｅ ｔｈｅ ｓｔｅａｄｙ．ｓｔａｔｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｆｉｅｌｄ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｂｏｘ．Ｉｔ ｉｓ ｆｏｕｎｄ ｔｈａｔ
ｈｉｇｈｅｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｐｐｅａｒｓ ｉｎ ｔｈｅ ｂｅａｒ ｉｎｇ ａｎｄ ｔｈｅ ｍｅｓｈｉｎｇ ｐａｒｔ，ｗｈｉｌｅ ｌｏｗｅｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｐｐｅａｒｓ ｉｎ ｔｈｅ ｔｈｉｃｋｅｒ ｗａｌ１． Ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｏｕｔｅｒ ｗａｌｌ ｏｆ ｔｈｅ ｂｏｘ ｉｓ ａｆｆｅｃｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ａｉｒ ｆｌｏｗ ｒａｔｅ．ａｎｄ ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｎｅｒ ｗａｌｌ ｏｆ ｔｈｅ ｂｏｘ ｉｓ ｍａｉｎｌｙ ａｆｆｅｃｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｓｔｅａｄｙ ｓｔａｔｅ ａｍｂｉｅｎｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ． Ｔｈｅ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｔｈｅ ｈｅａｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｃａｎ ｂｅ ｕｓｅｄ ｔｏ ｓｉｍｕｌａｔｅ ｔｈｅ ｔｅｍ ｐｅｒａｔｕｒｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｇｅａｒ ｂｏｘ，ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｐｒｏｖｉｄｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｒｅｌｉａｂｌｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｇｅａｒ ｂｏｘ．
摘 要 ：建 立 了风 力发 电齿轮 箱箱体 三 维模 型及 传 热有 限元模 型 ，计 算 了箱体 各 壁 面在 空气 、润 滑油不 同流 速 下 的对 流 换 热 系数 。在 ＡＢＡＱＵＳ中加 载 仿 真 ，得 到 箱 体 稳 态温 度 场 云 图。 发 现较 高温度 出现在 各轴 承座 和 内齿 圈啮 合 部位 ，箱体 壁 较 厚地 方温度 较 低 ；箱体 外壁 温度 受 空 气流速 影 响 ，箱体 内壁 温度 受箱体 内稳 态环 境 温度影 响 。所建 立 的热 传导 有 限元 分析 模 型 能够 较 好 地仿 真 齿轮 箱温 度分 布 ，可对 齿轮 箱 的可靠 运行研 究提 供参 考 。
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｗｉｎｄ ｔｕｒｂｉｎｅ ｇｅａｒ ｂｏｘ ｉｓ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ，ａｎｄ ｔｈｅ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍ ｅｎｔ ｍ ｏｄｅｌ ｏｆ ｔｈｅ ｈｅａｔ ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｂｏｘ ｉｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ． Ｔｈｅ ｗａｌｌ ｏｆ ｔｈｅ ｂｏｘ ｉｓ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ａｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｆ ｌｏｗ ｒａｔｅｓ ｏｆ ａｉｒ ａｎｄ ｌｕｂｒｉｃａｔｉｎｇ ｏｉｌ． Ｔｈｅ ｃｏｎｖｅｃｔｉｖｅ ｈｅａｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｃｏｅｍ ｃｉｅｎｔ ｉｓ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ａｎｄ
第 ３３卷 第 １期 ２０１８年 ２月
北 京 信 息 科 技 大 学 学 报 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
Ｖｏ１．３３ Ｎｏ．１ Ｆｅｂ．２０１８
文 章 编 号 ：１６７４—６８６４（２０１８）０１—００１３—０５
的反 力 ，其 刚性 直 接 影 响 齿 轮 箱 运 转 的 平 稳 性 。 齿轮 箱 的工 作 性 能 还 取 决 于箱 体 内部 件 的发 热 强 度 。齿 轮 箱工作 时 ，齿轮 、轴 承等部 件都存 在 功率损 失 ，使得箱体内产 生较多热量 Ｊ。所产生的热量既
影 响 系统 的润滑 和 冷却 ，还影 响箱 内部 构 件 的正 常 工作及齿轮传动效果＿５ Ｊ。因此 ，风 电齿轮箱箱体 的
收 稿 日期 ：２０１７－０８－０９ 基 金 项 目 国家 自然科学青 年基金资助项 目（５１６０５０３５）；北京市教委科技计划面上项 目（ＫＭ２０１６１１２３２００４）；北京市财政经 费优秀人才培养资
（１．Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｓｃｈｏｏｌ，Ｔｈｅ Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｍｏｄｅｍ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １００１９２，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｊｉａｎｇ Ｌｕ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．Ｈｕｎａｎ Ｘｉａｎｇｔａｎ ４１ １ １００，Ｃｈｉｎａ）