风力发电正在全球范围内成为一个可再生能源的最大能量来源。为了继续满足这一日益增长的需求，大量风力涡轮机正在陆地和海上建造。采埃孚Friedrichshafen的一个业务部门——采埃孚风力发电是风力涡轮机齿轮箱设计、制造、供应和维修领域的领导者。自1979年采埃孚风电首次进入风力涡轮机市场以来，其制造工厂已出货变速箱超过65,000台，全球已安装风能容量功率超过120,000兆瓦。
通过冷却和润滑系统平衡齿轮箱发热 ![]()
风力变速箱是涡轮机的关键部分，因为它们将大叶片相对缓慢的旋转转换为机载发电机所需的更高转速。这些系统由多级行星齿轮组和斜齿轮组组成。在他们的设计中面临的一个挑战是，当变速箱工作时，在轴承和齿轮啮合接触处会产生大量的热量。如果产生的热量与所需冷却和润滑流量不平衡，多余的热量将导致表面过热等问题，从而导致磨损故障。这将最终导致机器故障，以及维修或更换带来的重大财务成本，并在极端情况下造成更大的灾难性损害。在变速箱的设计过程中，需要花费大量的工程时间来确认这些系统是否具有合适的流量和压力。“本来这个流程是使用Microsoft Excel电子表格完成的，根据齿轮箱油路各个部分的压降计算出预期流量。”采埃孚风电产品管理工程师Jo Loenders说。 “然而，这是一个非常复杂和耗时的过程，因为润滑分配系统可能涉及导致压力损失的成百上千个小部件，在这种规模复杂程度下，通过组件级测试验证数学模型并对系统进行昂贵验证是非常重要的。但是，Excel是一个相当不灵活的解决方案，因为需要大量的工程时间来进行模型构建和验证。” ![]()
应用Simcenter Flomaster软件进行热流体模拟 用系统级模拟取代繁琐且耗时的计算 ![]()
为了解决上述复杂性问题并提高工程生产力，采埃孚风电采用了热流体系统仿真工具Simcenter Flomaster软件。该软件提供内置的经验数据、大量组件库和案例教程可帮助提高工程效率。“使用Simcenter Flomaster可以大大简化开发流程，” Loenders说。
Simcenter Flomaster润滑系统模型“从一开始创建流体模型既简单又直观。模型构建通过将预定义的组件简单地添加到原理图中，并按设计将它们连接起来。当有必要变更模型时，它就像在Simcenter Flomaster模型中替换组件、更改连接或编辑一样简单，而不是更新输入数据或更改Excel计算表中的代码。”![]()
使用Simcenter Flomaster可以大大简化开发流程。从一开始，创建流体模型既简单又直观。”
Jo Loenders
Simcenter Flomaster还有助于缩短分配油路的尺寸设计时间。在风力涡轮机齿轮箱中，不只一个以上的流路需要润滑油流动。就管路压降方面，这些油路很少是自然相等的，对于某些油路中实施限制以确保流量平衡是必要的。在Simcenter Flomaster中，可以直接完成流量平衡功能而不是通过耗时的迭代设计过程。对于每个油路，只需在需要调整尺寸的部件（如节流孔、管道或阀门）中设置所需的流量，软件即可一键计算出所需的尺寸。使用Simcenter Flomaster还可以简单快速地验证模型，因为每个组件都来自于验证数据和结果。“不像in-house程序，设计变更需要更改代码和新的验证，Simcenter Flomaster模型更新不需要新的验证， ”Loenders说。“由于能够确定模型中任意位置的流量和压力，因此在真实环境下根据来自流量测量设备的测试数据对系统进行验证非常容易。” 降低系统验证的复杂性
减少手动数据输入和编程
自动调整组件大小以实现所需流量 ![]()
对于采埃孚风力发电而言，使用Simcenter Flomaster可为其风力涡轮机齿轮箱高效的开发润滑系统。它可以减少设计资源和验证工作量，从而产生良好的投资回报。
