风力发电机组关键结构件设计评估指南编制说明

风力发电机组关键结构件设计评估指南  编制说明  一、背景  面对逐渐枯竭的常规能源以及不断被破坏的地球环境，近几十年来，可再生能源（例如风能、太阳能）作为 替代能源 不断地被加速研发。风能是非常可靠有效的可再生能源，具有清洁、安全、便利和高效等优点，被认为是二十一世纪最重要的能源之一，受到世界各国普遍地关注。近年来，风电产业增长迅猛，产业规模不断扩大。  在技术不断发展以及各国政府的激励政策的推动下，全球风能产业和市场得以迅速发展。截至 2015 年底，全球风能发电装机容量达到 432要集中在中国、欧洲、美国和 印度。根据全球风能理事会（ 测，至 2020 年，全球风能发电装机容量将达到 879国的风能发电装机容量增长将成为其中的主要贡献者。国家能源局在风能发展规划中指出，到 2020 年，全国风能发电装机总容量将要达到 250能产业前景广阔。  但随着我国风电设备制造产业的快速发展，市场上出现无序竞争局面、部分设备技术和质量方面有待极大提高、地方保护现象严重、市场监管需加强以及信息披露不及时等问题。为促进我国风电设备制造业的可持续健康发展，国家能源局于 2014 年 5 月发布国能新能 2014412 号文件 ，要求实施风电设备型式认证，强化型式认证结果信用。  我国已发布风力发电机组整机设计标准：  力发电机组  设计要求，  31517上风力发电机组  设计要求，部分部件认证标准如  19073力发电机组  齿轮箱，以及认证标准  25458力发电机组  合格认证规则及程序。整机设计标准规定了风力发电机组整机方面的技术要求，部件设计标准类似，认证标准规定了项目认证、型式认证及部件认证的组成模块及相关模块的评估范围。综合 上述标准后，发现对于作为风力发电机组重要组成部分的关键机械结构件应如何进行设计评估，均未提及。  据了解，目前国内就如何对风力发电机组关键性机械结构件进行设计评估处于一种比较模糊的状态，没有统一的指导性文件。主要原因是在设计评估过程中究竟该采用何种分析方法、评估哪些内容等缺乏统一的认识。在此情况下，对于关键机械结构件设计评估结果的正确性是存疑的。  此编制一份指导性质的风力发电机组关键结构件设计评估指南，规定关键结构件设计评估流程及各评估环节的要求，使风力发电机组关键机械结构件的设计评估工作有章可循，对于提升 认证机构关键结构件设计评估工作的质量水平，从而促进风能产业的健康发展，具有十分现实的意义。  二、 设计评估指南 编制工作过程综述  本 指南 风力发电机组关键结构件设计评估指南 是中国质量认证中心（英文简称承担 的 认监委科标部的认证认可技术 研 发项目 之一。 本指南项目 于 2016 年 1 月启动，以中国质量认证中心为主，联合 中车株洲电力机车研究所有限公司风电事业部、国电联合动力技术有限公司、北京金风科创风电设备有限公司等厂家， 在风力发电机组国家 标准的基础上， 对 国内 风力发电机组关键结构件设计评估工作 开展的 深入研究。  2016 年 2 月，组建完成本指南的编制小组，由中国质量认证中心为主编单位， 中车株洲电力机车研究所有限公司风电事业部、国电联合动力技术有限公司、北京金风科创风电设备有限公司、南京高速齿轮制造有限公司、重庆重齿风电齿轮箱有限责任公司等为参编单位 ，对国内 风力发电机组关键结构件设计评估 现状进行了调研分析，并在参考现有国际标准的基础上，开始了本指南草案的编写工作。  2016 年 6 月，在收集相关企业的反馈意见基础上，指南编制 小组就技指南的内容框架交换了意见并达成了一定的共识，并完成指南草案初稿。  2016 年 7 月，就一些关键技术问 题与行业专家讨论，并安排后续标准验证事宜；  2016 年 8 月 10 月，在型式认证过程中进行指南应用效果验证，收集反馈信息，并在此基础上进行修改和完善。  2016 年 11 月，主编单位根据专家讨论意见对指南内容进行进一步修改和完善，形成了指南征求意见稿。  三、与相关法律法规的关系  本技术规范的制定完全依据标准化的基本原理，即统一原理、简化原理、协调原理和最优化原理。本指南遵守现行法律、法规和强制性国家标准，与它们相符合，无冲突，相关技术指标符合目前我国风能产业的实际情况。  、与现行标准的关系  目前在国内风电 设备行业，已发布陆上风力发电机组设计标准 上风力发电机组的设计标准 31517及风力发电机组认的认证依据标准25458 设计标准规定了风力发电机组整机各个环节技术要求，认证标准规定了项目认证、型式认证及部件认证的组成模块及模块的评估范围。这些标准中对于关键机械结构件设计评估中应采用的计算方法与评估内容等，则未提及。  因此本指南填补了上述标准中关于风力发电机组关键机械结构件部分在设计评估要求方面的空白，是一份具有现实重要意义的指导性文件 。  五、主要起草单位情况简介  中国质量认证中心 是 由中国政府批准设立，被多国政府和多个国际权威组织认可的第三方专业认证机构，隶属中国检验认证集团。 中国质量认证中心 从事 风能、 太阳能、储能、生物质能 等新能源产品标准 技术 研究和产品认证，在新能源领域开展的主要认证业务 包括： 风能产品（整机和零部件）型式认证、 光伏产品 认证 、太阳能光热产品 认证 、储能及动力电池 认证 等。  六、 制定原则、 主要内容  在本指南的编制过程中，主要参考了 31517B/及德 国劳氏船级社发布的 则（ 010）。本指南通过中车株洲电力机车研究所有限公司风电事业部的 2组型式认证项目进行实际应用，收集了不少有益的反馈信息。最后再通过讨论会征求风电行业内有关专家的意见，编制成本指南征求意见稿。  本指南规定了风力发电机组关键结构件的设计评估流程及各环节评估内容要求，并介绍了基于有限元法的关键结构件静强度与疲劳强度计算流程与要点。  1、 适用范围  本指南所指风力 发电机组关键结构件主要包括轮毂、主轴、轴承座、主机架、发电机机架、齿轮箱扭力支撑臂与行星架，根据其生产方式可分为铸件、锻件及焊接件。  本指南适用于陆上风力发电机组与海上风力发电机组关键结构件的设计评估工作，小型风力发电机组结构件设计评估可参照执行。  、 规范性引用文件  本指南在编制过程中，引用了国内外风力发电机组设计标准与认证标准，如 则，同时引用了大量设计评估过程中适用的材料标准、测试标准及无损检测标准等。另外，关于设计评 估第二阶段设计的独立并行计算，计算方法引用了国际焊接协会编制的焊接分析指导规范。  3、术语和定义  本指南采用的术语和定义主要参考了国标 力发电机组  设计要求中有关术语。  4、 指南主要内容  本指南技术内容主要从以下几个方面对风力发电机组关键机械结构件设计评估进行了规定：  1） 图纸评审  2）技术规范评审  3）强度分析报告评审  4）独立并行计算  其中：  1）图纸评审  规定了提交图纸的要求、图纸评审目的、及每一种类图纸的具体评估要求。  2）技术规范评审  规定了不同种类机械 结构件技术规范的评估要求。  3）强度分析报告评审  规