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                      風電機組高強螺栓安裝標準要求

                      點擊次數:291 發布時間:2022-05-06

                      風電機組高強螺栓安裝標準要求


                      風電機組上的螺栓規格和數量眾多,螺紋規格M30以上的高強螺栓,是風電機組基礎、塔筒、機艙、輪轂、葉片之間連接的關鍵部件,螺栓緊固后預緊力值的大小及預緊力的分散度,直接影響到整臺風力發電機組的運行安全。目前國內尚未有一本全面、的高強螺栓規范,與高強螺栓相關的標準規范出自于不同部門,有的出版年代較遠,有些數據指標不一致。本文綜合高強螺栓的相關規范,對高強螺栓的試驗檢測項目、安裝要求、質量檢驗進行了梳理。同時結合工程實際經驗列出螺栓現場檢驗經常出現的質量問題,分析原因并給出了應對措施。

                      風電機組高強螺栓連接形式與規格數量    

                      風電機組高強螺栓連接形式與規格數量高強螺栓連接有以下三種形式:(1)高強螺栓(釘)連接:由一個螺栓和一個平墊圈組成;(2)高強螺栓副連接:由一個大六角螺栓、一個螺母、兩個平墊圈組成;(3)高強螺柱連接:由一個螺柱、一個螺母、一個平墊圈組成。高強螺柱又叫雙頭螺栓或雙頭螺柱。

                      不同風電機組廠家甚至同一廠家不同風電場高強螺栓的數量、規格及扭矩值各不相同,安裝時應以作業指導書為準。

                      高強螺紋緊固件緊固工具有手動力矩扳手、電動力矩扳手(俗稱快槍)、液壓力矩扳手、液壓拉伸器等。每臺設備的修正系數各不相同,必須經過校驗合格后對照參數表使用。

                      高強螺紋連接副的抽檢數量及試驗項目

                      一、抽檢數量的相關規定

                      根據《鋼結構用高強度大六角頭螺栓、大六角螺母、墊圈技術條件》GB/T 1231-2009檢驗規則中5.1規定“同批高強度螺栓連接副最大數量為3000套。"根據《鋼結構高強度螺栓連接技術規程》JGJ82-2011條文說明中7.2.2規定“高強度螺栓連接副進場驗收屬于復驗,其產品標準中規定出廠檢驗最大批量不超過3000套;作為復驗的最大批量不宜超過2個出廠檢驗批,且不宜超過6000套。"有一點需要注意,該規范與GB/T1231-2009中螺栓試驗參數僅適用于M12-M30,且不適用于雙頭螺柱。

                      根據《風電機組塔架用高強度螺栓連接副》NB/T31082-2016檢驗規則中6.7規定“抽檢以螺栓連接副批次為單位,同批螺栓連接副最大數量為5000套。"該規范中螺栓試驗參數規格為M36-M64。

                      綜上所述,建議螺紋規格M36及以上的高強螺栓進場后每批次抽檢不超過5000套;螺紋規格M36以下的每批次抽檢不超過6000套。


                      二、抽檢試驗項目的規范要求

                      根據相關規范要求,高強螺栓抽檢試驗一般包括以下項目:螺栓楔負載試驗、螺母保證荷載試驗、螺母硬度試驗、墊圈硬度試驗、螺栓連接副扭矩系數試驗,上述試驗抽檢數量均為8件。螺紋脫碳試驗試件數量為3件。螺栓送檢時應附制造廠的質量檢驗出廠報告,報告中應包括批號、規格、數量、材料、爐號、化學成分、試件拉力試驗和沖擊試驗數據、實物機械性能試驗數據、連接副扭矩系數測試數據等內容。需要注意的是潤滑劑應隨螺栓一起送試驗室,并嚴格按照安裝指導手冊要求進行涂敷。某風電場高強螺栓送檢時,未告知試驗人員在墊片與螺母、螺栓頭接觸面涂敷潤滑劑,致使扭矩系數超出規范規定的平均值0.110~0.150范圍。重新送檢并按照安裝指導手冊要求涂敷潤滑劑后檢測合格?!讹L力發電機組高強螺紋連接副安裝技術要求》GB/T33628-2017(2017年5月12日發布,2017年12月1日實施)指出,抗咬合劑推薦使用二硫化鉬含量大于30%的潤滑劑。螺栓外螺紋潤滑劑涂敷厚度約為螺紋深度的1/2,螺母及墊片接觸面上的潤滑劑涂敷厚度約為0.1mm。JGJ 82-2011中6.1.5規定“高強度螺栓連接副的保管時間不應超過6個月。當保管時間超過6個月后使用時,必須按要求重新進行扭矩系數或緊固軸力試驗,檢驗合格后方可使用。"因此到場的高強螺栓應及時按批次和數量要求送檢,安裝使用不宜超過出廠時間6個月。

                      高強螺紋連接副安裝指導要求

                      風電機組內高強螺紋連接副安裝程序各個風電機組廠家會有所不同,某風電機組廠家螺栓安裝指導程序如下:

                      首先用電動扭矩扳手1000N.m完成初擰,再按扭矩設計值75%米字形對稱分區復擰,最后終擰至扭矩設計值。GB/T33628-2017中規定三次施擰扭矩值分別為10%扭矩值、50%扭矩值、100%扭矩值。一般情況下企業標準高于國家標準,建議按風電機組廠家指導手冊執行。

                      根據《鋼結構工程施工質量驗收規程》GB50205-2001中規定,高強度螺栓終擰后螺栓絲扣應外露2~3扣,其中允許有10%的螺栓絲扣外露1扣或者4扣。

                      高強螺紋連接副施工質量檢驗

                      根據JGJ82-2011第6.5.1款,高強螺栓緊固質量檢查方法如下:(1)用小錘(約0.3kg)敲擊螺母對高強螺栓進行普查,不得漏擰。(2)終擰扭矩應按節點數抽查10%,且不應少于10個節點;對每個被抽查節點應按螺栓數量抽查10%,且不應少于2個螺栓。(3)檢查時在螺桿端面和螺母上畫一直線,然后將螺母擰松約600;再用扭矩扳手重新擰緊,使兩線重合,測得此時的扭矩應在0.9Tch~1.1Tch范圍內。(4)如發現有不符合規定的,應再擴大1倍檢查,如仍有不合格者則整個節點的高強度螺栓重新施擰。(5)扭矩檢查宜在螺栓終擰1h以后、24h之前完成,檢查用的扭矩扳手其相對誤差應為±3%。需要注意的是:GB50205-2001第6.3.2款規定應在1h后、48h內進行終擰力矩檢查;GB/T33628-2017第8.1.1款規定應在4h~24h內進行復檢。三個規范在復檢時間上有所不同。隨著工程技術的科技進步,建議按最新標準執行。

                      監理單位對機艙與輪轂連接處高強螺栓在復擰后抽檢10%,終擰后抽檢20%;其他部位隨機抽檢數量在10%以上。抽檢時用不同于施工單位劃線顏色的記號筆在螺栓上做防松標識。劃線要求從螺桿尾部、螺絲、螺母、墊圈一直到法蘭面劃一條不間斷的直線,特別是在螺母、墊圈交接轉角位置需注意劃線的連續性。驗收完成后監理人員在塔筒上寫下名字和驗收日期。螺栓緊固、驗收的劃線情況是創優檢查的重要一項,整齊規范的劃線可作為創優的一個亮點。

                      塔筒法蘭部位螺栓應在安裝300h后對防松標識進行全數檢查,機組運行500h后應對機組高強螺栓(釘)進行全數檢驗。在風電機組正常運行期間運營單位應對螺栓進行定期巡檢,巡檢周期及檢驗內容見GB/T33628-2017規范要求。運行兩年以上的機組高強螺栓年檢抽樣率不應低于10%。

                      螺栓現場檢驗易出現的質量問題

                      一、螺栓銹蝕現象

                          幾乎每個海上風電場設備到場檢驗,均能發現有部分螺栓生銹的現象。大部分是由于管理不到位造成的,如螺栓到貨清點后沒有包裝好,海上運輸風浪較大時海水濺在螺栓上,導致發生銹蝕現象。葉片上的高強螺柱是隨著葉片一起到現場的,絲扣部位涂敷二硫化鉬有一定的防腐蝕作用,但不能完全避免銹蝕。某風電場葉片到貨驗收發現部分螺栓有生銹現象,分析原因可能是螺栓的防腐處理不到位(見圖1)。某風電場底塔安裝后因故長時間放置,塔筒上部蓋有鐵質防雨罩子,但除濕機供電時斷時續,致使塔筒內高強螺栓受鹽霧腐蝕嚴重(見圖2)。對于高強螺栓銹蝕的問題采取更換手段是最佳解決方案。

                      二、螺栓連軸轉現象

                          高強螺栓扭矩抽檢發現部分螺栓在液壓站加載時螺母與螺栓一起轉動。拆卸螺栓重新涂敷潤滑劑后,連軸轉現象消失(見圖3)??茖W研究表明二硫化鉬在潮濕空氣中室溫即發現有氧化現象,但很微弱;在濕度與酸值都很高時,氧化才變得明顯。經分析發生該問題的螺栓采用噴霧式二硫化鉬噴涂不均勻,噴涂后等待時間較長,海上空氣濕度大使二硫化鉬的潤滑效果降低。另一種情況是上下墊圈與螺栓頭、螺母觸面或螺紋上未涂敷潤滑劑,扭矩系數增大致使螺栓連軸轉。因此按要求涂敷潤滑劑后應及時進行吊裝作業。

                      三、墊圈、螺母放置方向不對

                          風電機組塔架螺栓連接副采用的墊圈、螺母為A型,即單面為平面無圓倒角,另一面有標志和圓倒角(見圖4)。墊圈設置內倒角是為了與螺栓頭下的過渡圓弧相配合,安裝時墊圈倒角一側必須朝向螺栓頭,否則螺栓頭不能很好與墊圈密貼,影響螺栓的受力性能。對于螺母一側墊圈,因倒角側的表面平整、光滑,擰緊時扭矩系數較小且離散率也較小,所以墊圈有倒角一側應朝向螺母。安裝技術交底時可歸納為一句話:螺母和墊圈放置時有標志的一面朝向外側。

                      在安裝過程中有的螺母或墊圈放置方向錯誤,必須根據要求予以糾正。

                      四、墊圈、套筒漏放或規格錯用

                          部分施工人員責任心不強,存在漏放或錯用墊圈、套筒現象(見圖5)。在螺栓安裝質量檢驗時會發現個別螺栓外露長度明顯與眾不同,顯得有些突兀,仔細檢查有可能是法蘭下方漏放或者錯用墊圈、套筒(見圖6)。風電機組高強螺栓連接副有M30、M36、M42、M48幾種規格,雖然規格、長度有差別,但工人責任心不強易發生混用現象,小直徑螺栓穿入大孔徑螺孔內。這種螺栓混用情況非常危險,易造成規格較小螺栓最先斷裂影響到風電機組安全,必須進行更換。

                      五、扭矩值達不到設計要求

                          在高強螺栓扭矩驗收時經常會發現螺母松動偏離劃線較多,表明扭矩值達不到設計要求。造成這種情況的原因有多種,如扭矩值設置錯誤、加壓至預設值保載時間太短、終擰幾天以后進行驗收、終擰時漏擰等。但有幾種情況應引起重視,一種情況是液壓泵在長時間工作后,由于液壓油油溫升高等原因,加壓達到預設值的時間增長,同時預設扭矩值有減小的情況,若操作人員不注意會造成實際扭矩變小。另一種情況是在低溫0℃以下應注意更換低溫液壓油,以保證扭矩值與顯示值的一致性。此外使用不合格的液壓油管,油管接頭部位貼合不緊密,也可能造成壓力值上不去。建議當液壓泵工作一段時間后要檢查預設值是否變動,最好暫停一會,施工人員也可以得到休息和調整。

                      六、扭矩值超過設計要求

                          施工人員為了防止驗收時扭矩值達不到設計值返工重新施擰,在終擰時有意調高預設值。螺栓扭矩值是經過科學計算的,不得擅自增加,防止出現過載造成螺栓斷裂或絲扣滑絲。為此螺栓安裝質量檢驗時應嚴格按照JGJ82-2011規范要求,首先進行規范劃線,然后將螺母擰松約600;再用扭矩扳手重新擰緊使兩線重合,測得此時的扭矩應在0.9Tch~1.1Tch范圍內則為合格。若檢查時使用設計扭矩值不能拆卸,必須加大扭矩值才能擰松螺母,則存在故意加大終擰扭矩值的可能性,由風電機組設備廠家評估確定是否需要更換全部的螺栓。

                          在進行技術交底時必須對工人講清楚超過設計扭矩值的危害性,杜絕此類事件的發生。

                      七、螺桿露絲長度不對

                          機艙與頂塔法蘭連接螺栓是雙頭螺柱,螺柱上部擰入機艙法蘭內。某風電機組廠家要求螺母緊固后螺桿距法蘭外露長度為(57±2)mm(見圖7)。在實際施工中部分螺桿外露長度不符合設計要求,施工人員為了省時省力,使用管鉗夾住螺桿進行調整,造成絲扣嚴重受損,后期維護拆卸時螺母無法旋出(見圖8)。此類施工行為必須在技術交底時加以強調,驗收時加強檢查。螺紋受損的高強螺柱應予以更換。

                          正確的調整方法是使用兩個螺母和扳手進行調整。調整方法如下:將兩個螺母旋至螺桿中部,若螺栓過長則用扳手夾住外側的螺母向內側施擰;若螺栓過短則用扳手夾住內側的螺母向外側施擰,調整螺桿長度至設計值。

                      八、螺栓斷裂

                          大六角螺栓斷裂部位一般發生在螺桿與螺栓頭交接的地方。某風電場因聽從錯誤的安裝指導,墊圈未涂敷潤滑劑,扭矩系數變大會使螺栓實際扭矩值達不到設計值。經風電機組設備廠家研究決定拆除螺栓重新涂敷潤滑劑。在螺栓拆卸再次安裝過程中發現有一條高強螺栓斷裂,斷裂面存在生銹的夾層,夾層面積大約為螺桿截面積的1/3,應該是在出廠時已存在質量缺陷(見圖9)。高強螺栓在出廠時有全數探傷檢查環節,該問題的發生說明螺栓生產廠家質量檢查存在把關不嚴的現象,應引起高度重視,嚴把檢驗關。

                          需要注意的是GB/T33628-2017中規定:同一部件使用的螺紋連接副應為同一廠家、同一批次的產品。高強螺栓、螺母、墊圈安裝后拆卸下的,基于扭矩法安裝的對預緊力精度有嚴格要求的不得再次使用。

                      九、螺栓穿不進去

                          某風電場進行第一節塔筒吊裝,在緊固部分螺栓后發現剩下部分的螺栓無法穿入,經現場測量上下法蘭孔位錯位達20mm,法蘭間隙最大達到3mm(見圖10)。后來拆除該塔筒更換另一節塔筒可正常組裝說明鋼管樁樁頂法蘭不存在問題,對該塔筒底法蘭的圓度、螺孔間距等指標進行檢查,偏差值滿足規范要求。初步分析可能是塔筒吊裝未使用定位銷定位,塔筒吊具傾斜或者兩個吊具的吊點未在過圓心的直線上,致使塔筒底法蘭一側先著陸,上下法蘭螺孔有些許錯位,工人急于穿入螺栓、快槍打力矩,螺栓安裝逐步向另一側推進,待法蘭另一側著陸吊重完全釋放后螺孔錯位偏差逐漸累積變大,以至于螺栓無法穿入。

                          通過該事件反映出塔筒、機艙、葉片吊裝必須設置3個以上的定位銷,以保證定位準確快速,同時可使機艙、葉片上已安裝螺桿的螺紋不受或少受損傷。更換定位銷時應使用專用螺母、套筒扳手去除雙頭螺柱;就位完成后拆除定位銷安裝雙頭螺柱。注意擰進機艙或葉片的螺柱部分應使用螺紋緊固劑(緊固劑的類型應根據環境溫度、螺栓是否經常拆卸選用)。高強螺栓穿入后應嚴格按照安裝指導手冊要求分區、分級對稱緊固,不得省去復擰工序直接終擰。同時嚴把法蘭出廠檢驗關,法蘭圓度、不平整度、孔間距不符合規范要求的嚴禁使用。另外采用,其生產質量相對而言更有保證。

                      結語

                          風電機組運行過程中,有50%以上的運行故障是由高強螺栓的松動和斷裂等螺栓失效原因引起的。避免螺栓失效的方法主要有兩種,一是要在設計時選擇合適的螺栓,并確保螺栓的質量符合要求。二是螺栓安裝后要得到正確的預緊力,確保螺栓的預緊力與設計值相符,每條螺栓受力均勻。追本溯源,確保高強螺栓安裝質量的根本在于安裝施工人員。提高安裝工人的責任心,使其嚴格照章辦事,是各級管理人員矢志追求的目標。


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