風(fēng)電螺栓斷裂成因
風(fēng)電機組葉根固定螺栓發(fā)生斷裂后,對斷裂的螺栓進行外觀檢查,斷口宏觀、微觀分析,化學(xué)成分分析,金相組織檢查,力學(xué)性能及硬度檢測及疲勞試驗等。在理化試驗的基礎(chǔ)上,運用微觀斷裂機理對螺栓的斷裂原因進行分析,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、改進設(shè)計、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)機螺栓斷裂 失效分析 安裝工藝
螺栓連接是風(fēng)力發(fā)電機組裝配中的重要裝配方式,幾乎涉及到風(fēng)力發(fā)電機組的所有部件。因此,螺栓的選用和強度校核是風(fēng)力發(fā)電機組可靠性的重要保證。隨著我國風(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)電機組的價格也越來越低,各大風(fēng)電設(shè)備總裝企業(yè)的價格戰(zhàn)已經(jīng)進行到了白熱化階段。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)電機組設(shè)計過程中降低成本的主要難點之一。
1 螺栓聯(lián)結(jié)現(xiàn)狀
現(xiàn)階段,我國風(fēng)電機組的螺栓失效問題已經(jīng)在連接塔筒法蘭的高強度螺栓上有所體現(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)備運行過程中發(fā)生螺栓斷裂,威脅機組運行,嚴(yán)重者甚至造成風(fēng)力發(fā)電機組倒塌。塔筒高強度螺栓出現(xiàn)這些問題的原因,除了螺栓本身的質(zhì)量不合格外,設(shè)計過程中的理論與經(jīng)驗不足也不容忽視。
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)計算兩種途徑來對螺栓的可靠性進行設(shè)計和校核。在運用有限元軟件進行分析的過程中,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)實中螺栓與被聯(lián)結(jié)件的摩擦行為,且無法考慮螺母松動情況導(dǎo)致的預(yù)緊力損失。導(dǎo)致在實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)螺栓的強度
(4)螺栓的疲勞強度
4 實驗及分析
風(fēng)力發(fā)電機中的高強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)機葉片和輪轂兩大關(guān)鍵部件,一般都采用10.9級的高強度螺栓,其重要程度不言而喻。如果不能有限保證每個環(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。
本文主要以我場風(fēng)機葉片螺栓在使用過程中發(fā)生斷裂為例,通過具體的實驗,進行分析、研究,找出葉片螺栓失效的原因。
CSZ-2500風(fēng)電高強螺栓檢測儀風(fēng)電螺栓檢測設(shè)備,北京時代新天測控技術(shù)有限公司出品