風電機組葉片螺栓斷裂原因分析及更換方法

知識 08-14

北極星風力發電網訊: 【摘要】我場風電機組葉根固定螺栓發生斷裂後，對斷裂的螺栓進行外觀檢查，斷口宏觀、微觀分析，化學成分分析，金相組織檢查，力學性能及硬度檢測及疲勞試驗等。在理化試驗的基礎上，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力集中，導致疲勞源的產生，從而導致螺栓開裂。文章提出改善螺栓的安裝工藝、加工工藝、改進設計、避免應力集中的建議，從而提高螺栓的抗疲勞斷裂能力。

【關鍵詞】風機螺栓斷裂失效分析安裝工藝

螺栓連接是風力發電機組裝配中的重要裝配方式，幾乎涉及到風力發電機組的所有部件。因此，螺栓的選用和強度校核是風力發電機組可靠性的重要保證。隨著我國風電事業的跨越式發展，伴隨著風力發電成本不斷下降，風電機組的價格也越來越低，各大風電設備總裝企業的價格戰已經進行到了白熱化階段。如何在降低成本的情況下，保證風電機組的質量，成為各大風電企業面臨的重要問題。螺栓作為風電設備的重要聯結件，由於其各特性的不確定性，成為風力發電機組設計過程中降低成本的主要難點之一。

1 螺栓聯結現狀

現階段，我國風電機組的螺栓失效問題已經在連接塔筒法蘭的高強度螺栓上有所體現。主要失效形式為：安裝麥搶帶發生滑絲、扭斷、屈服、甚至拉斷等現象;設備運行過程中發生螺栓斷裂，威脅機組運行，嚴重者甚至造成風力發電機組倒塌。塔筒高強度螺栓出現這些問題的原因，除了螺栓本身的質量不合格外，設計過程中的理論與經驗不足也不容忽視。

2 螺栓校核的主要方式

現階段，人們主要通過利用有限元軟體分析和科學計算兩種途徑來對螺栓的可靠性進行設計和校核。在運用有限元軟體進行分析的過程中，我們可以通過直接載入法、等效力法、等效應變法和等效溫度法來實現預緊力的載入。但是這些載入方法或者不能傳遞剪應力，或者不能模擬現實中螺栓與被聯結件的摩擦行為，且無法考慮螺母鬆動情況導致的預緊力損失。導致在實際的有限元模擬過程中，產生的螺栓應力偏大，因此，一般不作為風力發電機組螺栓結構校核的手段。

3 螺栓斷裂原因

(1)螺栓的質量

(2)螺栓的預緊力矩

(3)螺栓的強度

(4)螺栓的疲勞強度

4 實驗及分析

風力發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緊力的作用，葉片螺栓作為連接風機葉片和輪轂兩大關鍵部件，一般都採用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節的質量，則有可能造成嚴重的事故。引起螺栓失效的原因主要有以下幾個方面：一、螺栓本身質量不合格，不能滿足標準或技術規範要求;二、使用不當，主要包括過載、安裝不合格等。

本文主要以我場風機葉片螺栓在使用過程中發生斷裂為例，通過具體的實驗，進行分析、研究，找出葉片螺栓失效的原

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風電機組葉片螺栓斷裂原因分析及更換方法