中車株洲盧勇：風機高強度螺栓監測技術研究及施工質量保證

　　2021年10月17日-20日，2021北京國際風能大會暨展覽會（CWP 2021）在北京新國展隆重召開。作為全球風電行業年度最大的盛會之一，這場由百余名演講嘉賓和數千名國內外參會代表共同參與的風能盛會，再次登陸北京。

　　

　　本屆大會以“碳中和——風電發展的新機遇”為主題，歷時四天，包括開幕式、主旨發言、高峰對話、創新劇場以及關于“國際成熟風電市場發展動態及投資機會”“國際新興風電市場發展動態及投資機會”“風電設備智能運維論壇”“碳達峰碳中和加速能源轉型”等不同主題的15個分論壇。能見App全程直播本次大會。

　　

　　在風電設備智能運維發展論壇上，中車株洲電力機車研究所有限公司風電事業部質量部部長盧勇發表了題為《風機高強度螺栓監測技術研究及施工質量保證》的主題演講。

　　

　　盧勇：各位風電同仁，大家下午好！我是來自中車株洲的盧勇，下面由我向大家分享風機高強度螺栓監測技術研究及施工質量保證。

　　

　　我的分享分為五部分，第一是螺旋監測的背景和意義。其實在質量管理領域，螺絲的故事有時候稱之為事故，這是非常經典的，在百度上面搜螺栓事故，基本上不是空難就是毀家滅國的故事。因此螺栓應該是非常危險的物料，那么在風電整機領域，基本上所有的大型部件的連接，不管是結構件還是承載件，都是高強度螺栓起到連接作用，因此高強度螺栓應該說是風機各個部件可靠連接和運行的保障。

　　

　　高強度螺栓，尤其是塔筒還有主軸螺栓，不僅起到結構連接的作用，還承載非常大的膠片載荷。螺栓設計,目標是預警力，只有預警力滿足要求以后，才能保證機組可靠運行。目前有兩種比較普遍的方式，一種是扭矩法，只能通過扭矩系數的轉換，最后看壓泵的壓力值。拉伸法相對好一些，可以直接設定值，但是沒有監測。

　　

　　右邊這兩個圖，其中一個圖隨著預警力的變化而變化，在預警力只有50%的時候，等效頻率會是原來的兩倍。這是螺栓壽命隨著預警力變化的曲線，當預警力變化不到30%的時候，壽命會下降至原來的三分之一。這個可能不同的螺栓有一定的區別，但是總體趨勢是不會改變的。因此螺栓對現場施工是一個關鍵工序也是一個特殊的過程。

　　

　　目前隨著風電機組大型化，尤其是這兩年陸上風機6兆瓦，最大葉片到了葉輪直徑190米以上。目前風電整機應該是處于精細化設計的一個階段。高強度螺栓受制于結構的布局以及成本的壓力，設計比早期的機組是在逐步的降低。這一背景下，怎么保證螺栓的施工預警力滿足設計要求，螺栓預警測試研究和應用顯得非常急迫和重要。

　　

　　第二部分，在螺栓預警監測過程中經典案例。我們在這些年至少監測了上百臺高強度螺栓預警力，其中一些典型的案例超出普遍的認知。第一個案例是螺栓潤滑劑的涂抹，眾所周知潤滑劑肯定會影響系數，最終影響預警力，影響有多大？不同的螺栓不一樣。在風機上做的案例，半涂抹和全涂抹影響力在30%左右，其他螺旋可能會有一定的區別?；谄毡榈恼J知，大概是30%，但是后面在這案例里，有一臺風機的涂抹表面狀態，不是完全滿足規范，但是在螺紋咬合部位來說還是可以的。評估的時候，認為會比預警力稍微偏低一點，但是還是滿足要求的。

　　

　　第二個案例分享現場安裝螺栓銹蝕，因為特殊的情況現場客觀的存儲條件，潮濕天氣因素的影響，確實存在螺栓銹蝕情況。大部分會棄之不用，對于左邊這個圖的情況，基于精度的要求，很難和業主或者總包方說不能用。這是湖北的風場，當時螺栓有銹蝕，也讓客戶不要用，但是基于現場調轉的精度，我們認為銹蝕相對來說沒有那么嚴重的，基本能夠滿足下限要求。但是裝以后，基于質量管理和保險起見，后面進行了測試，最后測出來的結果非常吃驚，預警力比設計下限低了很多，這是測試的雷達圖，大家可以看一下。因此螺栓銹蝕對影響非常大，后面也進一步咨詢了其他螺栓廠家以及專家，他們認為銹蝕對于螺栓的影響大概是三個方面，一是流級系數，另外銹蝕可能會影響螺栓表面的涂層狀態，從而導致表面涂層受到影響。第三是螺紋精度，銹蝕產生腐蝕可能會造成螺紋咬合地方，進一步降低螺栓的疲勞壽命。

　　

　　第三個案例是泥沙等異物，我們在其中一臺風機測試時，別的地方的螺栓都是可以的，但是在這個位置測出來低很多。目標值是800左右，測出來只有三百，當時認為施工過程應該還是管控比較可以。但是那個位置的螺栓就是不行，后續拆出來看了一下，結果是什么？因為當時條件，他們爬上爬下以后，在螺紋孔和螺栓表面沾上了泥沙。在原來的理解里，可能有一些影響，但確實沒有想到影響特別大。后面把幾個螺栓清洗以后重新涂抹潤滑劑，就可以滿足設計要求，這也超出了之前一些認知。

　　

　　最后一個案例分享的是人員作業，在風電行業人員的流動非常頻繁，新的施工人員進場這些東西非常多，會導致使用規范方面可能存在很多不確定性。我們有一個風場，當時換了一批施工隊，其中有一些新人進來做作業，最后做完以后的結果是左邊這個圖，沒有達到預警力的要求，后面換了更熟悉的人測試，達到了要求，而且進一步提升。說明預警力測試非常重要的一點，現場的人員很難保證所有人都能夠完全按施工規范進行作業。

　　

　　第三部分對螺栓預緊力監測技術介紹，主要講基本原理?；驹硎抢寐菟ㄔ陟o止狀態下和受力狀態下，由于長度不同，超聲波在其中傳播時間不一樣。利用這兩個差不同，得到拉伸程度，把它的預警力計算出來，這是比較簡單的原理。目前業內爭論比較多的三種手段，一個是壓電測試，還有電磁橫波和雙波的測試。但是由于風電行業整機螺栓數量比較多，效率角度和準確率角度比較推薦電磁雙波測量，因為效率是比較高，而且三種設備測量精度是差不多的。

　　

　　最后總結與展望，目前這項工作已經開展幾年了，未來要做的工作構建高強度螺栓預緊力數據庫，一方面定期開展螺栓預警測試，另一方面就是開展螺栓實時預警在線監測，根據運行數據做螺栓生命預測，同時改進整機的螺栓設計。目前在3060碳達峰碳中和的背景下，風電的發展會更好，螺栓預緊力監測，以終為始，直接測量預緊力，保證施工與設計的符合性，為風電機組的安全穩定運行提供保障。

　　

　　可以預見后續高強度螺栓預緊力監測技術的發展會更加迅速，其工程化應用前景會更加廣闊。風電行業遇到的很多問題、疑難雜癥其實大部分都是共性問題，做為質量管理人員，非常希望與各位同行朋友進行交流與分享，共同助力行業的健康可持續發展。謝謝各位！

　　

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