Wind energy generation systems — Part 4: Design requirements for wind turbine gearboxes

IEC 61400-4:2025 is applicable to enclosed speed increasing gearboxes for horizontal axis wind turbine drivetrains with a power rating in excess of 500 kW. This document applies to newly designed gearboxes for wind turbines installed onshore or offshore. The technical requirements given in this document are not intended for repaired or refurbished gearboxes, or for the extension of the service life beyond the design life. This document provides requirements and guidance on the analysis of the wind turbine loads in relation to the design of the gear and gearbox elements. The gearing elements covered by this document include such gears as spur, helical or double helical and their combinations in parallel and epicyclic arrangements in the main power path. This document does not apply to power take off (PTO) gears. This document includes requirements, design recommendations, and rating of gearboxes with rolling bearings, plain bearings, or combinations of both bearing types. This document is supported by two Technical Reports: IEC TR 61400‑4‑2 provides additional information on lubrication of wind turbine drivetrains and IEC TR 61400‑4‑3 contains explanatory notes and supportive information to the requirements specified in this document. It is published as a double logo standard. This second edition cancels and replaces the first edition published in 2012. This edition includes the following significant technical changes with respect to the previous edition: - extension of the scope to wind turbines above 2 MW reference power; - considerations for converging differing approaches to reliability in gear, bearing and wind turbine standards; - new clause on wind turbine loads specific to drivetrains; - revised clause on verification and validation; - new clause on design requirements for plain bearings; - revised and expanded design considerations for rolling bearings; - revised clause on considerations and requirements in the design and analysis of gearbox structural elements; - updated considerations and requirements on lubricants and lubrication systems; - removal of requirements for documenting the compliance of a design with the requirements of the document in favour of reference to IECRE OD‑501‑2.

Systèmes de génération d’énergie éolienne — Partie 4: Exigences de conception des boîtes de vitesses des éoliennes

General Information

Status
Not Published
Technical Committee
Drafting Committee
Current Stage
6000 - International Standard under publication
Start Date
11-Jul-2024
Completion Date
19-Apr-2025
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IEC 61400-4 - Systèmes de génération d’énergie éolienne — Partie 4: Exigences de conception des boîtes de vitesses des éoliennes Released:9/18/2023
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PROJET DE NORME INTERNATIONALE
IEC/DIS 61400-4
ISO/TC 60 Secrétariat: ANSI
Début de vote: Vote clos le:
2023-09-22 2023-12-15
Systèmes de génération d’énergie éolienne —
Partie 4:
Exigences de conception des boîtes de vitesses des
éoliennes
Wind energy generation systems —
Part 4: Design requirements for wind turbine gearboxes
ICS: 27.180; 21.200
Le présent document est distribué tel qu’il est parvenu du secrétariat du comité.
CE DOCUMENT EST UN PROJET DIFFUSÉ POUR
OBSERVATIONS ET APPROBATION. IL EST DONC
SUSCEPTIBLE DE MODIFICATION ET NE PEUT
ÊTRE CITÉ COMME NORME INTERNATIONALE
AVANT SA PUBLICATION EN TANT QUE TELLE.
Ce projet est soumis à un vote parallèle à ISO et à IEC.
OUTRE LE FAIT D’ÊTRE EXAMINÉS POUR
ÉTABLIR S’ILS SONT ACCEPTABLES À DES
FINS INDUSTRIELLES, TECHNOLOGIQUES ET
COMMERCIALES, AINSI QUE DU POINT DE VUE
DES UTILISATEURS, LES PROJETS DE NORMES
INTERNATIONALES DOIVENT PARFOIS ÊTRE
CONSIDÉRÉS DU POINT DE VUE DE LEUR
POSSIBILITÉ DE DEVENIR DES NORMES
POUVANT SERVIR DE RÉFÉRENCE DANS LA
RÉGLEMENTATION NATIONALE.
Numéro de référence
LES DESTINATAIRES DU PRÉSENT PROJET IEC/DIS 61400-4:2023(F)
SONT INVITÉS À PRÉSENTER, AVEC LEURS
OBSERVATIONS, NOTIFICATION DES DROITS
DE PROPRIÉTÉ DONT ILS AURAIENT
ÉVENTUELLEMENT CONNAISSANCE ET À
© IEC 2023
FOURNIR UNE DOCUMENTATION EXPLICATIVE.

IEC/DIS 61400-4:2023(F)
PROJET DE NORME INTERNATIONALE
IEC/DIS 61400-4
ISO/TC 60 Secrétariat: ANSI
Début de vote: Vote clos le:
2023-09-22 2023-12-15
Systèmes de génération d’énergie éolienne —
Partie 4:
Exigences de conception des boîtes de vitesses des
éoliennes
Wind energy generation systems —
Part 4: Design requirements for wind turbine gearboxes
ICS: 27.180; 21.200
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DOCUMENT PROTÉGÉ PAR COPYRIGHT
OBSERVATIONS ET APPROBATION. IL EST DONC
SUSCEPTIBLE DE MODIFICATION ET NE PEUT
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© ISO 2023
AVANT SA PUBLICATION EN TANT QUE TELLE.
Ce projet est soumis à un vote parallèle à ISO et à IEC.
Tous droits réservés. Sauf prescription différente ou nécessité dans le contexte de sa mise en œuvre, aucune partie de cette
OUTRE LE FAIT D’ÊTRE EXAMINÉS POUR
publication ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique,
ÉTABLIR S’ILS SONT ACCEPTABLES À DES
y compris la photocopie, ou la diffusion sur l’internet ou sur un intranet, sans autorisation écrite préalable. Une autorisation peut
FINS INDUSTRIELLES, TECHNOLOGIQUES ET
être demandée à l’ISO à l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
COMMERCIALES, AINSI QUE DU POINT DE VUE
DES UTILISATEURS, LES PROJETS DE NORMES
ISO copyright office
INTERNATIONALES DOIVENT PARFOIS ÊTRE
Case postale 401 • Ch. de Blandonnet 8
CONSIDÉRÉS DU POINT DE VUE DE LEUR
CH-1214 Vernier, Genève
POSSIBILITÉ DE DEVENIR DES NORMES
POUVANT SERVIR DE RÉFÉRENCE DANS LA
Tél.: +41 22 749 01 11
RÉGLEMENTATION NATIONALE.
Numéro de référence
E-mail: copyright@iso.org
Web: www.iso.org LES DESTINATAIRES DU PRÉSENT PROJET IEC/DIS 61400-4:2023(F)
SONT INVITÉS À PRÉSENTER, AVEC LEURS
Publié en Suisse
OBSERVATIONS, NOTIFICATION DES DROITS
DE PROPRIÉTÉ DONT ILS AURAIENT
ÉVENTUELLEMENT CONNAISSANCE ET À
ii
© IEC 2023 – Tous droits réservés
© IEC 2023
FOURNIR UNE DOCUMENTATION EXPLICATIVE.

IEC/DIS 61400-4:2023(F)
IEC CDV 61400-4 © IEC 2023 – 2 –
SOMMAIRE
AVANT-PROPOS . 6
INTRODUCTION . 9
1 Domaine d’application . 10
2 Références normatives . 11
3 Termes, définitions, et conventions . 14
3.1 Termes et définitions. 14
3.2 Conventions . 17
4 Symboles, abréviations et unités . 20
4.1 Symboles et unités . 20
4.2 Abréviations . 22
5 Processus de conception . 24
5.1 Généralités . 24
5.2 Type de boîte de vitesses . 24
5.3 Durée de vie théorique, durée de vie en service et fiabilité. 25
5.4 Classe de composants et conséquence d’une défaillance . 26
5.5 Processus de conception . 26
6 Interfaces et charges des boîtes de vitesses . 29
6.1 Généralités . 29
6.2 Interfaces . 30
6.3 Charges . 30
6.4 Dynamique de train d’entraînement . 31
6.4.1 Introduction . 31
6.4.2 Exigences relatives au modèle. 31
6.4.3 Analyses exigées . 32
6.4.4 Évaluation de l’excitabilité . 33
6.4.5 Vérification du comportement dynamique dans l'environnement du
système . 33
7 Exigences en matière de conception et d’évaluation . 34
7.1 Engrenages . 34
7.1.1 Considérations de fiabilité. 34
7.1.2 Calcul de la capacité de charge des engrenages . 34
7.1.3 Facteurs de charge . 38
7.1.4 Matériaux . 40
7.1.5 Exactitude . 40
7.1.6 Fabrication . 41
7.2 Paliers à éléments roulants . 41
7.2.1 Considérations de fiabilité. 41
7.2.2 Matériaux . 42
7.2.3 Considérations de conception générale . 42
7.2.4 Exigences pour les interfaces . 47
7.2.5 Considérations de conception . 47
7.2.6 Lubrification des paliers . 50
7.2.7 Calculs d'évaluation . 51
7.3 Paliers lisses . 54
7.3.1 Considérations de fiabilité. 54
7.3.2 Cas de charge de conception et risques associés . 54
© IEC 2023 – Tous droits réservés

IEC/DIS 61400-4:2023(F)
IEC CDV 61400-4 © IEC 2023 – 3 –
7.3.3 Exigences pour les interfaces . 56
7.3.4 Ajustements de l'arbre et du carter . 57
7.3.5 Régime de lubrification hydrodynamique . 57
7.3.6 Calculs du régime de lubrifiant . 57
7.3.7 Exigences relatives aux paliers . 58
7.4 Arbres, clavettes, joints de carter, cannelures et fixations . 59
7.4.1 Arbres. 59
7.4.2 Raccordements arbre-moyeu . 60
7.4.3 Joints d'étanchéité des arbres . 61
7.4.4 Fixations . 61
7.4.5 Assemblages boulonnés . 61
7.4.6 Circlips . 63
7.5 Éléments structurels . 63
7.5.1 Généralités . 63
7.5.2 Interfaces, conditions aux limites et charges . 63
7.6 Lubrification . 64
7.6.1 Généralités . 64
7.6.2 Caractéristiques de performance des lubrifiants. 64
7.6.3 Viscosité du lubrifiant . 64
7.6.4 Méthode de lubrification et de refroidissement . 65
7.6.5 Quantité de lubrifiant dans le système de lubrification . 65
7.6.6 Températures de fonctionnement . 65
7.6.7 Régulation de la température . 66
7.6.8 Surveillance de l'état du lubrifiant . 67
7.6.9 Filtration du lubrifiant . 67
7.6.10 Orifices . 68
7.6.11 Indicateur de niveau de lubrifiant . 68
7.6.12 Bouchons magnétiques . 69
7.6.13 Orifice de reniflard . 69
7.6.14 Capteur de flux . 69
8 Vérification et validation de la conception . 69
8.1 Généralités . 69
8.2 Plan de vérification et de validation . 69
8.3 Catégorisation des modes de défaillance . 70
8.4 Méthodes de vérification . 70
8.4.1 Généralités . 70
8.4.2 Essais. 71
8.4.3 Similitude. 73
8.4.4 Simulation . 73
8.5 Matrice de vérification et de validation . 73
9 Fabrication et assurance qualité . 78
9.1 Généralités . 78
9.2 Plan qualité . 78
9.2.1 Généralités . 78
9.2.2 Inspection de l'état de surface des engrenages après rectification . 78
9.3 Processus critiques . 78
9.4 Contrôle statistique des processus . 79
9.5 Essais de réception en usine . 79
9.5.1 Objectifs des essais . 79
© IEC 2023 – Tous droits
...

Questions, Comments and Discussion

Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.