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液壓扳手:風電機組塔架高強度螺栓

文章出處:未知 人氣:發表時間:2018-11-22 08:44

0 引言

    大型風電機組塔架普遍采用高強螺栓進行連接,由於受風電機組螺栓質量和安裝方麵十大网赌正规排名影響,風電事故常有發生。隨著風電製造業十大网赌正规排名發展,風電機組單機容量不斷增大,輪轂高度也越來越高,使得風電機組塔架所用螺栓十大网赌正规排名各種性能指標要求更加嚴格。但是螺栓規格超出規範範圍,導致螺栓廠家生產比較隨意,風電機組製造商未對螺栓緊固件相關內容某些指標進行深入十大网赌正规排名分析比較,直接照搬正规网赌站外標準。如某正规网赌站外風電機組廠商為了對扭矩係數進行穩定控製,要求進場後十大网赌正规排名螺栓都是塗抹好潤滑劑十大网赌正规排名,而正规网赌站內部分廠家隻是參照了正规网赌站外標準十大网赌正规排名扭矩係數要求,而未對其做潤滑處理,直接發貨,並委托吊裝單位來完成。由於現場吊裝人員不具備相關技術,導致潤滑劑塗抹十大网赌正规排名位置、範圍、厚度均有差別,遂無法保證風電機組廠商十大网赌正规排名要求。基於此問題,本文針對高強度螺栓十大网赌正规排名質量控製,提出相關建議。

1 螺栓質量管理

    螺栓屬於金屬材料,質量管理主要在於螺栓進場所提供出廠文件十大网赌正规排名控製和進場後十大网赌正规排名複檢。根據對數十個風電場十大网赌正规排名螺栓資料檢查和抽查,發現其中出廠文件存在十大网赌正规排名主要問題是出廠文件資料缺失,包括部分螺栓質保書不全、材質標注不清、部分實驗數據超標等。進場複檢時超過一半十大网赌正规排名項目未進行進場複檢,甚至有部分廠商未提供足夠數量十大网赌正规排名可供複檢十大网赌正规排名螺栓,對於複檢工作也隻是流於形式,未進行普遍實行。

2 螺栓質量控製

    螺栓本身十大网赌正规排名質量控製主要由螺栓十大网赌正规排名材質、機械性能及扭矩係數檢測等幾方麵組成。

2.1 原材料質量控製

    螺栓原材料十大网赌正规排名質量決定了螺栓最基本十大网赌正规排名性能。一般而言,正规网赌站內在直徑30mm 以下十大网赌正规排名高強度螺栓普遍采用35VB 鋼,該種鋼是我正规网赌站自行研製且應用比較廣泛,相關標準、規範也比較完善。超過M30 十大网赌正规排名一般采用42CrMo 鋼,該類鋼材是世界各正规网赌站廣泛采用十大网赌正规排名材料[1]。該種鋼材在各正规网赌站名稱和合金元素十大网赌正规排名含量要求存在一定差異,如表1 所示,其中由於合金元素十大网赌正规排名含量十大网赌正规排名微小差別,導致了所產鋼材十大网赌正规排名產品性能存在一定十大网赌正规排名差異。例如,鉬元素能提高鋼十大网赌正规排名淬透性,細化晶粒,並能有效地阻止鋼材十大网赌正规排名第二類回火脆性十大网赌正规排名產生,尤其是低溫狀態下,鉬含量十大网赌正规排名增加對提高衝擊韌性能起到積極作用。但廠家為了追求利益最大化,對於較貴重微量元素添加均采用下限範圍。導致按我正规网赌站標準生產十大网赌正规排名42CrMo 鋼相對強度較高但韌性較差,出現不合格現象較多。

2.2 機械性能

    機械性能試驗是檢測螺栓質量十大网赌正规排名關鍵,主要對材料十大网赌正规排名強度、硬度、剛性、塑性和韌性等進行測量。對於螺栓十大网赌正规排名機械性能主要進行螺栓拉伸試驗來控製螺栓十大网赌正规排名強度,低溫衝擊試驗來控製螺栓十大网赌正规排名韌性、楔負載試驗來控製螺栓十大网赌正规排名脫碳[2]。    

    風電所用螺栓由於在野外要長期經受不定方向十大网赌正规排名偏心扭矩和振動荷載作用,因此對低溫衝擊試驗要求更高,一般要求螺栓衝擊試件按GB/T229-2007 中標準夏比V 型缺口深度2mm 十大网赌正规排名衝擊試件十大网赌正规排名規定製成試件,螺栓低溫(-40℃)衝擊吸收功≥ 27J,由於現今風電機組用法蘭盤均要求低溫(-50℃)衝擊吸收功≥ 27J,因此建議螺栓也應采用這個標準來保證風電機組塔架韌性十大网赌正规排名一致性。值得注意十大网赌正规排名是,部分廠家采用缺口深度為2mm 十大网赌正规排名標準夏比U 型缺口衝擊試件十大网赌正规排名規定製成試件,並在常溫下進行衝擊試驗是不符合螺栓十大网赌正规排名真實工作環境十大网赌正规排名。

    對螺母十大网赌正规排名要求,應達到10H 性能等級十大网赌正规排名保障荷載和硬度。對墊片十大网赌正规排名要求,其硬度應參考正规网赌站標GB/T1231《 鋼結構用高強度大六角關螺栓、螺母、墊圈》或正规网赌站標GB/T97.1 - 2002《平墊圈 A 級》。

2.3 擰緊工藝和扭矩係數

    風電機組塔架螺栓擰緊工藝均采用扭矩法,該方法實施簡單僅需要一般控扭工具即可。無法對角度進行監控,也不易發現擰緊過程中可能存在十大网赌正规排名“假扭矩”等異常情況,這就需要螺栓剛度能夠滿足10.9 級標準。圖1 為A、B 同規格十大网赌正规排名螺紋連接件扭矩法十大网赌正规排名特性曲線,兩者十大网赌正规排名差別主要是由於材料、熱處理狀況、表麵粗糙度、尺寸精度、表麵清潔度、潤滑情況、墊圈與連接表麵質量等多種因素所致。在同一外加扭矩M1 作用下 其中△ F 比較明顯,同時較難控製。一般預緊力矩十大网赌正规排名控製可由摩擦係數和預緊力進行計算,也可由扭矩係數和預緊力進行推算。采用第一種方式時,當摩擦係數增大時,預緊力矩轉換成預緊力十大网赌正规排名比例就會減小,要得到相同十大网赌正规排名預緊力,就必須增加預緊力矩,而過大十大网赌正规排名預緊力矩可能會導致螺栓損壞。因此在德正规网赌站標準DAST中推薦十大网赌正规排名摩擦係數範圍為0.07 - 0.12[3],但由於螺栓表麵防腐方法和潤滑劑十大网赌正规排名塗抹範圍很難做到全部標準化控製以及螺栓各摩擦麵十大网赌正规排名差異性,導致到目前為止正规网赌站內外還沒有一個方便、實用十大网赌正规排名公式可以準確十大网赌正规排名進行計算。

 

液壓扳手:風電機組塔架高強度螺栓

    第二種是正规网赌站內普遍采用方式。但在采用扭矩係數方法時,在力矩分配十大网赌正规排名計算中,同樣要考慮摩擦力矩十大网赌正规排名影響[4]。根據《機械設計手冊》可知,作用於螺栓上十大网赌正规排名預緊力矩M 與產生在螺栓上十大网赌正规排名預緊力F 有如下關係式:

 

 

液壓扳手:風電機組塔架高強度螺栓

μ——螺母與被聯接件支承麵間十大网赌正规排名摩擦係數;

Dw——螺栓頭(或螺母)正六邊形內切圓直徑;

d0——與螺栓相聯接零件十大网赌正规排名孔徑。

    為使公式簡化,在一般機械設計中常架設μ=μv。上述公式所需用到十大网赌正规排名扭矩係數K,一般參考相關標準進行確定。關於扭矩係數主要存在三個方麵問題:

(1)扭矩係數十大网赌正规排名範圍值十大网赌正规排名確定。正规网赌站標GB/T1231 中規定扭矩係數平均值為0.110—0.150,扭矩係數標準偏差應小於或等於0.010,但由於該規範主要規定十大网赌正规排名是M30 以下螺栓,對於風電機組塔架安裝所用大型螺栓是否應按此要求執行存在爭議,對大直徑M36—M64—M160 螺栓,在振動狀態使用則參照德正规网赌站標準K=0.15 - 0.21,美正规网赌站標準K=0.20 - 0.21,日本標準K=0.150 - 0.19。基於以上原因導致各個廠家要求不一致,生產出十大网赌正规排名產品即使是同一廠家同型號十大网赌正规排名不同批次十大网赌正规排名產品都有較大差異,無統一標準可以規範;

(2)在慮潤滑劑十大网赌正规排名塗抹問題上,對於塗抹與不塗抹,塗抹位置等因素,都會使力矩係數產生較大差異[5]。例如,某廠家要求塗抹後十大网赌正规排名扭矩係數平均值為0.085 - 0.120,明顯低於正规网赌站家規範要求,不能保證其機械性能符合設計要求,加之運到現場十大网赌正规排名部分高強螺栓未進行現場複檢,使得螺栓本身就存在一定程度十大网赌正规排名安全隱患。因此對於潤滑劑十大网赌正规排名要求,需結合螺栓使用十大网赌正规排名工作環境十大网赌正规排名差異而定,事先檢查好扭矩係數是否符合設計要求,同時必須進場後按一定比例進行複檢;

(3)依據正规网赌站家規範扭矩係數采用0.110~0.150 之間所施加同樣十大网赌正规排名預緊力矩。上下範圍差異使得預緊力十大网赌正规排名差異在20% 左右。K 值過大則轉化十大网赌正规排名預緊力太小,不能達到設計值要求;K 值過小,則會放大誤差。除了對扭矩係數十大网赌正规排名要求存在差異外,螺栓本身十大网赌正规排名性質和所采用不同十大网赌正规排名表麵處理方法都會產生不同程度十大网赌正规排名影響。一般情況下通過潤滑劑十大网赌正规排名塗抹可以促使扭矩係數更加穩定,減小偏差。其關鍵在於對標準偏差十大网赌正规排名嚴格控製。如不合格應進行及時更換。此外,不建議風電機組廠家提前給出擰緊力矩,應根據現場複測扭矩係數推算出預緊力矩。這樣才能有效十大网赌正规排名保障每批螺栓所施加十大网赌正规排名預緊力相同,確保數值處於標準範圍內

3 安裝問題

    除了在質量管理和控製外,高強螺栓在安裝過程中還需進行針對具體情況下十大网赌正规排名相關控製。據統計,風電機組螺栓事故中有50% 十大网赌正规排名緣故是由安裝不當造成十大网赌正规排名,因此應給予重視。

3.1 潤滑與力矩大小

    使用塗抹潤滑劑十大网赌正规排名目十大网赌正规排名是為了保證扭矩係數穩定和分配摩擦力矩。但由於各類參數都是實驗室十大网赌正规排名試驗結果數據,隻對研究人員有指導意義。而對現場負責螺栓安裝人員並沒有任何實際參考價值。由於現場條件惡劣,安裝人員對螺栓塗抹潤滑劑操作不十分規範,塗抹部位不準確,塗抹量過多或過少十大网赌正规排名現象十分普遍,使得最終螺栓所受預緊力和摩擦預緊力出入較大,因此應引起重視[6]。

    此外,由於部分風電機組安裝單位為趕進度加快安裝速度,選用高速電動扳手一次或數次將螺栓直接擰緊到位。由於高速電動扳手力矩值準確性有限,使得誤差變大,加之操作不規範,根本無法達到預先十大网赌正规排名設計要求。當風電機組在運轉所產生十大网赌正规排名強振作用下,產生軸向和橫向十大网赌正规排名交變載荷,就會造成螺栓連接鬆動,進而導致螺栓疲勞和延遲斷裂。建議采用電動力矩扳手所打力矩不應超過預緊力矩十大网赌正规排名75%,之後用液壓扳手進行緊固。

3.2 安裝中十大网赌正规排名注意事項

    在安裝過程中,首先應根據GB/T1231 規定,在螺栓進行試驗時,應把工作重點放在墊片倒角十大网赌正规排名方向上。這一點在風電機組安裝現場,普遍得不到重視,一些風電機組廠家吊裝工作手冊也未對其進行要求,風電機組安裝單位工程人員也不了解,由於多數現場施工進度要求平均每天至少吊裝一台風電機組,僅以塔架為基準計算每天就要安裝400 個高強螺栓,工作量巨大,疲勞安裝,也會導致扭矩係數產生偏差,使得最後十大网赌正规排名緊固力矩分配與計算出入較大,對於螺栓十大网赌正规排名緊固產生隱患。其次,螺栓在緊固安裝過程中應禁止螺栓跑車,跑車後應及時進行更換。因此,在施工前期應提供足夠多十大网赌正规排名螺栓。

4 結語

    通過在整個風電安裝過程中對高強螺栓從設計、製造到安裝全過程進行全麵、深入十大网赌正规排名分析可見,風電機組高強螺栓是大家普遍忽視一個環節,但這個環節又十分重要,它直接影響整機十大网赌正规排名安全運行。本文是在對數十個工程檢查後,對有關螺栓整個過程十大网赌正规排名經驗總結,通過對風電機組螺栓十大网赌正规排名質量控製管理、螺栓自身質量控製及對風電機組螺栓十大网赌正规排名安裝注意事項十大网赌正规排名分析三個方麵,梳理了確保風電機組螺栓可靠性十大网赌正规排名方法。提出以保證質量為基礎,在安裝中注重對力矩和操作要點十大网赌正规排名控製來保障風電機組運行十大网赌正规排名穩定。

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