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《如何确保风机高强度螺栓紧固连接规范在高空振动状态下二十年不断裂倒塌及风电行业长期繁荣景气》探讨

2011-06-23 浏览数:30748

  风电设备主要是野外作业。自然条件恶劣,风雨雷电,酷暑严寒,直接影响到风电设备的安全运行。而高强度螺栓又是风电机组极其重要的连接件,一旦螺栓失效,将会造成风机倒塌倾斜的严重后果。
  近来不断发生风电机组倒塌的事故,已经引起相关行业的高度重视。
  1、就高强度螺栓制造行业而言,应多探究如何保证产品质量达到国际同业技术标准。是否能充分满足GB3098.1对高强度螺栓的要求,特别是在抗拉强度σb、屈服强度σs、伸长率δ5、收缩率Ψ等基本参数的要求方面是高强度螺栓质量确保合格的硬指标。因此必须要达到GB3098.1的规定。
  2、就高强度螺栓连接副的安装而言,务必要按规定的预紧扭矩值及规定的施拧方式(分初拧和终拧)进行施工。
  不少风机倒塌事故是没有拧紧螺栓,即没有达到预紧力和预紧扭矩值,没有真正意义上的紧固到位。在风机运转所产生的强振作用下,产生轴向和横向的交变载荷,造成连接副松动,进而引起螺栓的疲劳和延迟断裂。
  3、风机在线实时监控设备需配套运营,尤其前二年安装风机已到了保质期,有些配件零部件进入损耗周期风机故障逐步显现。如用传感器监测风电机组叶片故障的振动,螺栓松动,齿轮箱故障引起的失速和轴承温度监测等。风电机组状态监测技术的滞后,配置不足也是风电机组发生倒塌事故无法事先预测排除在萌芽状态的重要原因之一。
  根据我厂对大型起重吊机及卫星发射架和风机等产品的多年的摸索,特别借鉴消化吸收国内外的先进经验,我们研究了JG/T5057.40和德标DASt的相关数据,认识到首先要解决施拧不当而造成预紧力和预紧扭矩不足的重大问题。经过对以上标准中相关参数的计算,发现在摩擦系数 μ=0.14的条件下,扭矩系数k并不是0.14,也不是k=0.11~0.15,而是远远大于这些数值,扭矩系数k≥0.18。
  而在GB/T1231中,同批连接副的扭矩系数平均值为k=0.11~0.15,标准偏差 ≤0.01 ,只是用于钢结构用摩擦连接型高强度螺栓连接副,仅限于M12~M30粗牙,钢制,经表面防锈处理的高强度螺栓。而对大直径M36~M64~M160,在振动状态使用则参照德标k=0.15~0.21,美国k=0.20~0.21,日本k=0.15~0.19资料网上可查阅。
  扭矩系数k不是摩擦系数μ,它包括了拧紧力矩与预紧力之间关系的一切影响因素。如摩擦、扭转、弯曲、螺纹的塑性变形,以及那些可预测与不可预测的所有因素。所以,尽管计算k值的公式众多,但仅能用实验或经验加以确定。为准确地预测出k值,应通过试验确定它的平均值与标准偏差,这样可以在一定的置信水平下,参照已知施加拧紧力矩值,求出相应预紧力的最大值和最小值(见①《常用紧固件产品手册》P26 李维荣主编,②GB/T16823.2《螺纹紧固件紧固通则》③GB/T16823.3《螺纹紧固件试验方法》)。
  由此可见,我们在用扭矩法对风机大直径高强度螺栓副进行施拧确定扭矩值时,仍然采用k=0.11~0.15,以大型螺栓套用小型螺栓标准显然是走进了误区。比如M36螺栓,当k=0.11时,0.11×530×36=2099Nm;当k=0.15时,0.15×530×36=2862Nm。两者相差2862-2099=763Nm。造成预紧力和预紧扭矩严重不足,螺栓连接副极易松动。在野外环境,且强振动的工作状态下,高强度螺栓发生松动、疲劳、延迟断裂就不足为奇了。
  为了能确保风机螺栓不断裂,排除因施拧不当而造成螺栓预紧力和预紧扭矩值不足及延迟断裂的风险,我们以为国标JG/T5057.40及德标DASt为依据,是符合欧美日本国家技术要求的。经过仔细计算编制了《大直径高强度螺栓预紧力和预紧扭矩值》,提出了“高强度螺栓连接副实际使用预紧扭矩最低值”的概念,紧固锁紧必须达到高强度螺栓屈服强度80%以上的锁紧理念。对风电螺栓的规范安装,克服螺栓连接副发生松动、疲劳及延迟断裂,确保风电螺栓二十年不断是一种有益的尝试。
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【延伸阅读】

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阅读下文 >> 安全刹车系统在风电机组中的研究和应用

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