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风电机组叶片螺栓断裂原因分析及更换方法

国际新能源网  来源:国投白银风电有限公司  作者:董天涛  日期:2017-08-22
  【摘   要】我场风电机组叶根固定螺栓发生断裂后,对断裂的螺栓进行外观检查,断口宏观、微观分析,化学成分分析,金相组织检查,力学性能及硬度检测及疲劳试验等。在理化试验的基础上,运用微观断裂机理对螺栓的断裂原因进行分析,确定其断裂形式为疲劳断裂,螺栓断裂的主要原因是螺纹缺口处的应力集中,导致疲劳源的产生,从而导致螺栓开裂。文章提出改善螺栓的安装工艺、加工工艺、改进设计、避免应力集中的建议,从而提高螺栓的抗疲劳断裂能力。
 
  【关键词】风机螺栓断裂 失效分析 安装工艺
 
  螺栓连接是风力发电机组装配中的重要装配方式,几乎涉及到风力发电机组的所有部件。因此,螺栓的选用和强度校核是风力发电机组可靠性的重要保证。随着我国风电事业的跨越式发展,伴随着风力发电成本不断下降,风电机组的价格也越来越低,各大风电设备总装企业的价格战已经进行到了白热化阶段。如何在降低成本的情况下,保证风电机组的质量,成为各大风电企业面临的重要问题。螺栓作为风电设备的重要联结件,由于其各特性的不确定性,成为风力发电机组设计过程中降低成本的主要难点之一。
 
  1   螺栓联结现状
 
  现阶段,我国风电机组的螺栓失效问题已经在连接塔筒法兰的高强度螺栓上有所体现。主要失效形式为:安装麦抢带发生滑丝、扭断、屈服、甚至拉断等现象;设备运行过程中发生螺栓断裂,威胁机组运行,严重者甚至造成风力发电机组倒塌。塔筒高强度螺栓出现这些问题的原因,除了螺栓本身的质量不合格外,设计过程中的理论与经验不足也不容忽视。
 
  2   螺栓校核的主要方式
 
  现阶段,人们主要通过利用有限元软件分析和科学计算两种途径来对螺栓的可靠性进行设计和校核。在运用有限元软件进行分析的过程中,我们可以通过直接加载法、等效力法、等效应变法和等效温度法来实现预紧力的加载。但是这些加载方法或者不能传递剪应力,或者不能模拟现实中螺栓与被联结件的摩擦行为,且无法考虑螺母松动情况导致的预紧力损失。导致在实际的有限元模拟过程中,产生的螺栓应力偏大,因此,一般不作为风力发电机组螺栓结构校核的手段。
 
  3   螺栓断裂原因
 
  (1)螺栓的质量
 
  (2)螺栓的预紧力矩
 
  (3)螺栓的强度
 
  (4)螺栓的疲劳强度
 
  4   实验及分析
 
  风力发电机中的高强度螺栓主要起到连接、紧固及提供抵抗外载的预紧力的作用,叶片螺栓作为连接风机叶片和轮毂两大关键部件,一般都采用10.9级的高强度螺栓,其重要程度不言而喻。如果不能有限保证每个环节的质量,则有可能造成严重的事故。引起螺栓失效的原因主要有以下几个方面:一、螺栓本身质量不合格,不能满足标准或技术规范要求;二、使用不当,主要包括过载、安装不合格等。
 
  本文主要以我场风机叶片螺栓在使用过程中发生断裂为例,通过具体的实验,进行分析、研究,找出叶片螺栓失效的原因。

 
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