風(fēng)電型高強(qiáng)螺栓斷裂原因與分析

風(fēng)電機(jī)組葉根固定螺栓發(fā)生斷裂后，對(duì)斷裂的螺栓進(jìn)行外觀檢查，斷口宏觀、微觀分析，化學(xué)成分分析，金相組織檢查，力學(xué)性能及硬度檢測(cè)及疲勞試驗(yàn)等。在理化試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用微觀斷裂機(jī)理對(duì)螺栓的斷裂原因進(jìn)行分析，確定其斷裂形式為疲勞斷裂，螺栓斷裂的主要原因是螺紋缺口處的應(yīng)力集中，導(dǎo)致疲勞源的產(chǎn)生，從而導(dǎo)致螺栓開裂。文章提出改善螺栓的安裝工藝、加工工藝、改進(jìn)設(shè)計(jì)、避免應(yīng)力集中的建議，從而提高螺栓的抗疲勞斷裂能力。

【關(guān)鍵詞】風(fēng)機(jī)螺栓斷裂 失效分析 安裝工藝

螺栓連接是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組裝配中的重要裝配方式，幾乎涉及到風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的所有部件。因此，螺栓的選用和強(qiáng)度校核是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可靠性的重要保證。隨著我國(guó)風(fēng)電事業(yè)的跨越式發(fā)展，伴隨著風(fēng)力發(fā)電成本不斷下降，風(fēng)電機(jī)組的價(jià)格也越來越低，各大風(fēng)電設(shè)備總裝企業(yè)的價(jià)格戰(zhàn)已經(jīng)進(jìn)行到了白熱化階段。如何在降低成本的情況下，保證風(fēng)電機(jī)組的質(zhì)量，成為各大風(fēng)電企業(yè)面臨的重要問題。螺栓作為風(fēng)電設(shè)備的重要聯(lián)結(jié)件，由于其各特性的不確定性，成為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)過程中降低成本的主要難點(diǎn)之一。

1   螺栓聯(lián)結(jié)現(xiàn)狀

現(xiàn)階段，我國(guó)風(fēng)電機(jī)組的螺栓失效問題已經(jīng)在連接塔筒法蘭的高強(qiáng)度螺栓上有所體現(xiàn)。主要失效形式為：安裝麥搶帶發(fā)生滑絲、扭斷、屈服、甚至拉斷等現(xiàn)象;設(shè)備運(yùn)行過程中發(fā)生螺栓斷裂，威脅機(jī)組運(yùn)行，嚴(yán)重者甚至造成風(fēng)力發(fā)電機(jī)組倒塌。塔筒高強(qiáng)度螺栓出現(xiàn)這些問題的原因，除了螺栓本身的質(zhì)量不合格外，設(shè)計(jì)過程中的理論與經(jīng)驗(yàn)不足也不容忽視。

2   螺栓校核的主要方式

現(xiàn)階段，人們主要通過利用有限元軟件分析和科學(xué)計(jì)算兩種途徑來對(duì)螺栓的可靠性進(jìn)行設(shè)計(jì)和校核。在運(yùn)用有限元軟件進(jìn)行分析的過程中，我們可以通過直接加載法、等效力法、等效應(yīng)變法和等效溫度法來實(shí)現(xiàn)預(yù)緊力的加載。但是這些加載方法或者不能傳遞剪應(yīng)力，或者不能模擬現(xiàn)實(shí)中螺栓與被聯(lián)結(jié)件的摩擦行為，且無法考慮螺母松動(dòng)情況導(dǎo)致的預(yù)緊力損失。導(dǎo)致在實(shí)際的有限元模擬過程中，產(chǎn)生的螺栓應(yīng)力偏大，因此，一般不作為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組螺栓結(jié)構(gòu)校核的手段。

3   螺栓斷裂原因

(1)螺栓的質(zhì)量

(2)螺栓的預(yù)緊力矩

(3)螺栓的強(qiáng)度

(4)螺栓的疲勞強(qiáng)度

4   實(shí)驗(yàn)及分析

風(fēng)力發(fā)電機(jī)中的高強(qiáng)度螺栓主要起到連接、緊固及提供抵抗外載的預(yù)緊力的作用，葉片螺栓作為連接風(fēng)機(jī)葉片和輪轂兩大關(guān)鍵部件，一般都采用10.9級(jí)的高強(qiáng)度螺栓，其重要程度不言而喻。如果不能有限保證每個(gè)環(huán)節(jié)的質(zhì)量，則有可能造成嚴(yán)重的事故。引起螺栓失效的原因主要有以下幾個(gè)方面：一、螺栓本身質(zhì)量不合格，不能滿足標(biāo)準(zhǔn)或技術(shù)規(guī)范要求;二、使用不當(dāng)，主要包括過載、安裝不合格等。

本文主要以我場(chǎng)風(fēng)機(jī)葉片螺栓在使用過程中發(fā)生斷裂為例，通過具體的實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行分析、研究，找出葉片螺栓失效的原因。

CSZ-2500風(fēng)電高強(qiáng)螺栓檢測(cè)儀，北京時(shí)代新天測(cè)控技術(shù)有限公司出品