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分析风电风机械中频繁发生的事故

添加时间:2012-09-18 14:36:57 来源:爱中国能源网

    随着出口到巴西、欧美国家的风电风机订单不断增多。(如果把近三年国内大型风电风机倒塌数十台重大事故再次发生在国外及在一年内上万台次机械事故不断发生。如风电机组主轴扭裂,轮毂坠坏是有螺栓螺柱质量问题引起主轴长期在超扭中工作连带主轴扭断有之。带动主轴的齿轮箱超负荷工作齿轮在半年中磨损而坏甚至齿轮暴裂而不能运转,风电电机在超负荷转速中烧坏。这些机械事故看上去与螺栓螺柱质量没有关系。(实际由于螺栓螺柱质量问题引起重大风机机械事故的发生根源,由于螺栓芯部不是马氏体而是珠光体中夹铁素体。(表面层有硬度,芯部强度低)因此从1/3处或1/4处取样做测验多能达到国标GB3098.1机械性能要求,而芯部强度不足。芯部金相组织机构里有铁素体存在和珠光体。故在安装紧固扭矩时会一扭就断,一扭就屈服拉长。由于热处理后马氏体只占50%左右,故螺栓螺纹会被扭滑丝。紧固件行业人士认为是安装风电风机连接处紧固超扭了。提出强烈要求按国内GB/T1228标准紧固。放低扭矩值。造成在安装紧固时分不清螺栓螺柱的质量了。

     风机在运行中螺栓螺母在强有力振动中,螺栓表面层应力在高频率振动中散放后螺栓芯部夹有铁素氏强度不够造成螺栓螺柱屈服而松弧,使主轴法兰盘上紧固轮毂的螺柱松弧造成叶轮在不稳定中转动运行抖动力增大,使主轴超扭转动。齿轮箱内齿轮超负荷工作,电机超负荷工作,经半年一年,这些主要部件损坏全部更换,损失很大。包括轮毂坠下,叶片打坏多是螺柱质量引起的。塔筒法兰连接螺栓的紧固。国内紧固行业认为属静态连接。理由是大型风机塔筒直径6米左右,法兰连接处属于没有振动力。因为与机仓机组高度距离远。机仓机组及风轮转动不会带给下面的塔筒连接处的振动力。国内人士认为完全可以按国内GB/T1228紧固就够了。结果造成数十台风电风机倒塌,造成每台上千万元的损失。现在国内用科技器套住螺母或螺栓六角头,只要螺栓松动报警器响,就对松动螺母再紧固。碰到再紧固时螺栓屈服拉长就调换螺栓。(不断反复调换,紧固再调换螺栓方法来维护风电运行(原因国内劳动力有的是。高强度螺栓与进口螺栓价格便宜多得多)也是解决防范风机倒塌措施之一的办法。(如果这类螺栓配套和风电风机一起出口到国外也采取这类办法行吗?国内风电老总们要思考一下这个对螺栓紧固再紧固直至调换螺栓方法在国外方便吗?)

   自从国内2009年期安装1.5兆瓦到3兆瓦大型风电起尽3年时间调换齿轮箱、主轴/联轴器。电机系统回转支撑轴。叶轮、变桨系统合计有5万台次之多。这些机械事故80%以上与螺栓螺柱的质量有直径关系。本应该不会发生此类重大事故的。由于设计风电的工程师自己没有搞清楚风机塔筒的法兰抗压强度有多少。是否热处理调质过。硬度强度多少我以几十年经验分析,一般风电风机上主要部位连接处的材料多必须要求调质过的,比如塔筒法兰盘调质到HB217~230范围。(从硬度计算成强度在720MPa以上800MPa范围中)对塔筒法兰抗压强度肯定要大于720MPa以上。因此要按风电风机紧固技术要求参照德国标准DASt来紧固(预紧力是屈服强度的70%计658MPa。然后终扭是扭矩系数值k=0.15~0.16)才能使塔筒法兰完全紧固,螺栓螺母在几十年动态振动中不会松动。风电设计的工程师不了解紧固扭矩值的技术要求必须大于被紧固的配件的抗压强度。去轻信紧固件行业提供的紧固扭矩值太不应该的。(国内对机械设备,桥梁。重型吊机,核电站,风电也属于机械设备类甚至风电要求比一般机械设备安装紧固高。早在1995年中国科学院工程学院研究后有中华人民共和国建筑工业行业标准:有中华人民共和国建设部发布的JG/5057.40-1995“建筑机械与设备高强度紧固件技术条件(预紧力和预紧扭矩值(摩擦系数μ=0.14)”,科学紧固防止螺栓螺母松动的保证。

     (实际就是初扭为屈服强度的70%,终扭为(摩擦系数μ=0.14)的扭矩值技术数据。由于国内紧固件行业重视螺栓螺母表面光洁度。不重视螺栓芯部的机械性能要求。只要表面光亮。表面层达到机械性能要求够了。甚至认为螺栓硬度达到就可以使用了。由于风电风机机仓在高空,又是实实在在机械组装件的连接。在运行时从理论上讲每个连接处多属于动态之中,而且振动频率高。肉眼是看不出来的。特别是主轴/联轴器与轮毂风轮风叶连接处的高强度螺栓螺母紧固牢是靠螺栓轴力紧固才能保证几十年螺栓螺母不会松动。(由于主轴法兰与轮毂连接紧固处当螺栓松弧风轮照常是正常运行的。但是造成风电机组主轴和齿轮箱及电机超负荷工作故半年到一年里调换几万台次。风机运行到无法转动时才发现主轴扭断。或者齿轮箱齿轮磨损坏了。或是电机烧坏了,主轴/联轴器坏了。主轴带法兰盘孔变形了,风叶片被打坏了。变桨系统也损坏了。只有螺柱没有断,但是部分螺柱屈服松动了。分析认为螺柱没有质量问题,实属是大错特错了。真正原因是螺柱芯部不是马氏体而是珠光氏夹有铁素体成分。(如果按德标DASt技术要求紧固在安装时就会发现螺柱有质量问题。就不会发生以后一年中不断发生机械、电机、齿轮箱及主轴损坏事故了)。如今部分风电业主经理已认识到螺栓螺母必须按德标DASt要求紧固才能确保螺栓螺母松动。才能使风电风机事故发生率减少。如果再按GB/T1228标准紧固,螺栓芯部质量有问题靠表面涂润滑剂或机油可以降低扭矩值k=0.11,风电风机重大事故率不会减少,只会不断增加发生的。因为GB/T1228标准紧固的轴力值(扭矩值k=0.11只有屈服强度的71%~73%)紧固A3钢、45钢的钢结构是足足有余的。因为A3钢、45钢的钢结构抗压强度比较低在450MPa~610MPa范围中。

    (更何况重点抗剪作用)而机械设备紧固重点是靠轴力紧固螺栓螺母。当轴力值低于屈服强度的85%计800MPa时无法使机械设备配件紧固到位的。当机械设备运行时产生的振动频率会使螺栓应力散尽。螺栓内部组织松弧造成螺栓螺母松动,对机械设备损伤是很大的,何况风机机仓电机机组在高空中运行转动,不因为螺栓螺母微松弧而不转动了。尽管有防松报警器不会报警的,因为这时连接轮毂会往下沉,造成螺栓螺柱被屈服拉长但是螺母螺柱没有松还在运行转动,直至到机械某零件损坏不转动为止。螺栓螺母拉长不会松动,但是风轮毂坠下去了有时造成风叶打坏。因此讲参照德标DASt技术紧固可在安装时及时发现螺栓螺柱被扭断,扭屈服或螺纹滑丝及时更换。又能保证以后数十年螺栓螺母不会松动而造成一连串机械事故的发生或减少事故率。

     如今风电走向国外对风电风机主要连接部位紧固无标准不行的。(除国内GB/T1228标准紧固。日本人对被紧固对象的抗压力多少而制定的,因此在日本国对钢结构连接采用扭剪型GB/T3632)而使用大六角日本人也要求预紧力是屈服强度的70%,扭矩系数值k=0.16~0.17.(而欧美国家包括德国对高强度螺栓扭矩系数值k=0.15~0.16)为什么要求大规格螺栓采用42CrMo或40CrNiMo材质做,调质到10.9级,并且要求马氏体占90%以上呢?因为这些材质通过热处理调质马氏体达到90%以上。做破坏性扭矩屈服能达到扭矩系数值k=0.22以上才会屈服(如果螺栓毛糙扭屈服也能达到扭矩值k=0.21才会屈服。故国外对螺栓表面涂少量油紧固扭矩值k=0.18~0.20反而比镀达克罗扭矩值k=0.15~0.16高出20%的扭矩力才能锁紧螺栓螺母防止松动)。

     由于国内螺栓芯部没有达到机械性能技术要求。故当扭矩值k=0.15时大部分螺栓会被扭屈服或扭断。因此得出结论认为是超扭是对科学不负责任,更是误区才会不管三七二十一,对连接执行一个标准。造成国内重型吊机倒掉,桥梁倒塌。风电风机倒塌机械设备损坏率不断升高。近几年国内这些重大事故发生率太高,屡见不鲜了。因此对出口配套风电风机使用高强度螺栓要重视了。免得在国外发生重大风电事故,不仅经济损失很大,而且业务会跑走。影响也不好。该重视时候了。 机械制造高级技师 李慎