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      《如何確保風機高強度螺栓緊固連接規范在高空振動狀態下二十年不斷裂倒塌及風電行業長期繁榮景氣》探討

      2011-06-23 瀏覽數:30825

        風電設備主要是野外作業。自然條件惡劣,風雨雷電,酷暑嚴寒,直接影響到風電設備的安全運行。而高強度螺栓又是風電機組極其重要的連接件,一旦螺栓失效,將會造成風機倒塌傾斜的嚴重后果。
        近來不斷發生風電機組倒塌的事故,已經引起相關行業的高度重視。
        1、就高強度螺栓制造行業而言,應多探究如何保證產品質量達到國際同業技術標準。是否能充分滿足GB3098.1對高強度螺栓的要求,特別是在抗拉強度σb、屈服強度σs、伸長率δ5、收縮率Ψ等基本參數的要求方面是高強度螺栓質量確保合格的硬指標。因此必須要達到GB3098.1的規定。
        2、就高強度螺栓連接副的安裝而言,務必要按規定的預緊扭矩值及規定的施擰方式(分初擰和終擰)進行施工。
        不少風機倒塌事故是沒有擰緊螺栓,即沒有達到預緊力和預緊扭矩值,沒有真正意義上的緊固到位。在風機運轉所產生的強振作用下,產生軸向和橫向的交變載荷,造成連接副松動,進而引起螺栓的疲勞和延遲斷裂。
        3、風機在線實時監控設備需配套運營,尤其前二年安裝風機已到了保質期,有些配件零部件進入損耗周期風機故障逐步顯現。如用傳感器監測風電機組葉片故障的振動,螺栓松動,齒輪箱故障引起的失速和軸承溫度監測等。風電機組狀態監測技術的滯后,配置不足也是風電機組發生倒塌事故無法事先預測排除在萌芽狀態的重要原因之一。
        根據我廠對大型起重吊機及衛星發射架和風機等產品的多年的摸索,特別借鑒消化吸收國內外的先進經驗,我們研究了JG/T5057.40和德標DASt的相關數據,認識到首先要解決施擰不當而造成預緊力和預緊扭矩不足的重大問題。經過對以上標準中相關參數的計算,發現在摩擦系數 μ=0.14的條件下,扭矩系數k并不是0.14,也不是k=0.11~0.15,而是遠遠大于這些數值,扭矩系數k≥0.18。
        而在GB/T1231中,同批連接副的扭矩系數平均值為k=0.11~0.15,標準偏差 ≤0.01 ,只是用于鋼結構用摩擦連接型高強度螺栓連接副,僅限于M12~M30粗牙,鋼制,經表面防銹處理的高強度螺栓。而對大直徑M36~M64~M160,在振動狀態使用則參照德標k=0.15~0.21,美國k=0.20~0.21,日本k=0.15~0.19資料網上可查閱。
        扭矩系數k不是摩擦系數μ,它包括了擰緊力矩與預緊力之間關系的一切影響因素。如摩擦、扭轉、彎曲、螺紋的塑性變形,以及那些可預測與不可預測的所有因素。所以,盡管計算k值的公式眾多,但僅能用實驗或經驗加以確定。為準確地預測出k值,應通過試驗確定它的平均值與標準偏差,這樣可以在一定的置信水平下,參照已知施加擰緊力矩值,求出相應預緊力的最大值和最小值(見①《常用緊固件產品手冊》P26 李維榮主編,②GB/T16823.2《螺紋緊固件緊固通則》③GB/T16823.3《螺紋緊固件試驗方法》)。
        由此可見,我們在用扭矩法對風機大直徑高強度螺栓副進行施擰確定扭矩值時,仍然采用k=0.11~0.15,以大型螺栓套用小型螺栓標準顯然是走進了誤區。比如M36螺栓,當k=0.11時,0.11×530×36=2099Nm;當k=0.15時,0.15×530×36=2862Nm。兩者相差2862-2099=763Nm。造成預緊力和預緊扭矩嚴重不足,螺栓連接副極易松動。在野外環境,且強振動的工作狀態下,高強度螺栓發生松動、疲勞、延遲斷裂就不足為奇了。
        為了能確保風機螺栓不斷裂,排除因施擰不當而造成螺栓預緊力和預緊扭矩值不足及延遲斷裂的風險,我們以為國標JG/T5057.40及德標DASt為依據,是符合歐美日本國家技術要求的。經過仔細計算編制了《大直徑高強度螺栓預緊力和預緊扭矩值》,提出了“高強度螺栓連接副實際使用預緊扭矩最低值”的概念,緊固鎖緊必須達到高強度螺栓屈服強度80%以上的鎖緊理念。對風電螺栓的規范安裝,克服螺栓連接副發生松動、疲勞及延遲斷裂,確保風電螺栓二十年不斷是一種有益的嘗試。

      【延伸閱讀】

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      閱讀上文 >> 阻燃防火電纜阻燃標準與耐火等級介紹
      閱讀下文 >> 安全剎車系統在風電機組中的研究和應用

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