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以下为演讲全文:
卢勇:各位风电同仁,大家下午好!我是来自中车株洲的卢勇,下面由我向大家分享风机高强度螺栓监测技术研究及施工质量保证。
我的分享分为五部分,第一是螺旋监测的背景和意义。其实在质量管理领域,螺丝的故事有时候称之为事故,这是非常经典的,在百度上面搜螺栓事故,基本上不是空难就是毁家灭国的故事。因此螺栓应该是非常危险的物料,那么在风电整机领域,基本上所有的大型部件的连接,不管是结构件还是承载件,都是高强度螺栓起到连接作用,因此高强度螺栓应该说是风机各个部件可靠连接和运行的保障。
高强度螺栓,尤其是塔筒还有主轴螺栓,不仅起到结构连接的作用,还承载非常大的胶片载荷。螺栓设计,目标是预警力,只有预警力满足要求以后,才能保证机组可靠运行。目前有两种比较普遍的方式,一种是扭矩法,只能通过扭矩系数的转换,最后看压泵的压力值。拉伸法相对好一些,可以直接设定值,但是没有监测。
右边这两个图,其中一个图随着预警力的变化而变化,在预警力只有50%的时候,等效频率会是原来的两倍。这是螺栓寿命随着预警力变化的曲线,当预警力变化不到30%的时候,寿命会下降至原来的三分之一。这个可能不同的螺栓有一定的区别,但是总体趋势是不会改变的。因此螺栓对现场施工是一个关键工序也是一个特殊的过程。
目前随着风电机组大型化,尤其是这两年陆上风机6兆瓦,最大叶片到了叶轮直径190米以上。目前风电整机应该是处于精细化设计的一个阶段。高强度螺栓受制于结构的布局以及成本的压力,设计比早期的机组是在逐步的降低。这一背景下,怎么保证螺栓的施工预警力满足设计要求,螺栓预警测试研究和应用显得非常急迫和重要。
第二部分,在螺栓预警监测过程中经典案例。我们在这些年至少监测了上百台高强度螺栓预警力,其中一些典型的案例超出普遍的认知。第一个案例是螺栓润滑剂的涂抹,众所周知润滑剂肯定会影响系数,最终影响预警力,影响有多大?不同的螺栓不一样。在风机上做的案例,半涂抹和全涂抹影响力在30%左右,其他螺旋可能会有一定的区别。基于普遍的认知,大概是30%,但是后面在这案例里,有一台风机的涂抹表面状态,不是完全满足规范,但是在螺纹咬合部位来说还是可以的。评估的时候,认为会比预警力稍微偏低一点,但是还是满足要求的。
第二个案例分享现场安装螺栓锈蚀,因为特殊的情况现场客观的存储条件,潮湿天气因素的影响,确实存在螺栓锈蚀情况。大部分会弃之不用,对于左边这个图的情况,基于精度的要求,很难和业主或者总包方说不能用。这是湖北的风场,当时螺栓有锈蚀,也让客户不要用,但是基于现场调转的精度,我们认为锈蚀相对来说没有那么严重的,基本能够满足下限要求。但是装以后,基于质量管理和保险起见,后面进行了测试,最后测出来的结果非常吃惊,预警力比设计下限低了很多,这是测试的雷达图,大家可以看一下。因此螺栓锈蚀对影响非常大,后面也进一步咨询了其他螺栓厂家以及专家,他们认为锈蚀对于螺栓的影响大概是三个方面,一是流级系数,另外锈蚀可能会影响螺栓表面的涂层状态,从而导致表面涂层受到影响。第三是螺纹精度,锈蚀产生腐蚀可能会造成螺纹咬合地方,进一步降低螺栓的疲劳寿命。
第三个案例是泥沙等异物,我们在其中一台风机测试时,别的地方的螺栓都是可以的,但是在这个位置测出来低很多。目标值是800左右,测出来只有三百,当时认为施工过程应该还是管控比较可以。但是那个位置的螺栓就是不行,后续拆出来看了一下,结果是什么?因为当时条件,他们爬上爬下以后,在螺纹孔和螺栓表面沾上了泥沙。在原来的理解里,可能有一些影响,但确实没有想到影响特别大。后面把几个螺栓清洗以后重新涂抹润滑剂,就可以满足设计要求,这也超出了之前一些认知。
最后一个案例分享的是人员作业,在风电行业人员的流动非常频繁,新的施工人员进场这些东西非常多,会导致使用规范方面可能存在很多不确定性。我们有一个风场,当时换了一批施工队,其中有一些新人进来做作业,最后做完以后的结果是左边这个图,没有达到预警力的要求,后面换了更熟悉的人测试,达到了要求,而且进一步提升。说明预警力测试非常重要的一点,现场的人员很难保证所有人都能够完全按施工规范进行作业。
第三部分对螺栓预紧力监测技术介绍,主要讲基本原理。基本原理是利用螺栓在静止状态下和受力状态下,由于长度不同,超声波在其中传播时间不一样。利用这两个差不同,得到拉伸程度,把它的预警力计算出来,这是比较简单的原理。目前业内争论比较多的三种手段,一个是压电测试,还有电磁横波和双波的测试。但是由于风电行业整机螺栓数量比较多,效率角度和准确率角度比较推荐电磁双波测量,因为效率是比较高,而且三种设备测量精度是差不多的。
最后总结与展望,目前这项工作已经开展几年了,未来要做的工作构建高强度螺栓预紧力数据库,一方面定期开展螺栓预警测试,另一方面就是开展螺栓实时预警在线监测,根据运行数据做螺栓生命预测,同时改进整机的螺栓设计。目前在3060碳达峰碳中和的背景下,风电的发展会更好,螺栓预紧力监测,以终为始,直接测量预紧力,保证施工与设计的符合性,为风电机组的安全稳定运行提供保障。
可以预见后续高强度螺栓预紧力监测技术的发展会更加迅速,其工程化应用前景会更加广阔。风电行业遇到的很多问题、疑难杂症其实大部分都是共性问题,做为质量管理人员,非常希望与各位同行朋友进行交流与分享,共同助力行业的健康可持续发展。谢谢各位!
(根据演讲速记整理,未经演讲人审核)
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