風(fēng)電機(jī)組葉片螺栓斷裂原因分析及處理

（中國水電顧問集團(tuán)風(fēng)電隆回有限公司，湖南邵陽 422200）

0 引言

雖然風(fēng)電機(jī)組面臨著設(shè)備大型化帶來的工作負(fù)擔(dān)和惡劣工作環(huán)境帶來的負(fù)面影響，但是葉片螺栓的斷裂并不能將全部原因歸結(jié)到以上兩點(diǎn)，在面對(duì)葉片螺栓斷裂的情況發(fā)生時(shí)，在傳統(tǒng)機(jī)械故障診斷方法之外，也需要換一種思維，用非線性相關(guān)故障診斷方法去綜合判斷斷裂發(fā)生的原因，并進(jìn)行多次模擬和測試，最終得出具有可靠性和合理性的結(jié)果和判斷。

1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片簡述

一般來說在現(xiàn)代工藝下，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片采用的是纖維加強(qiáng)的復(fù)合型材料，在面對(duì)惡劣的氣候環(huán)境下也能保持較高的工作效率，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片可以分為三個(gè)部分，第一個(gè)為玻璃纖維加強(qiáng)材料和基體樹脂復(fù)合而成的外殼，這種復(fù)合外殼一般由兩個(gè)灌注成型的構(gòu)架通過粘合方式形成，玻璃纖維加強(qiáng)材料是汽車領(lǐng)域常見的材料之一，具有耐高溫、高強(qiáng)度、不能點(diǎn)燃等特點(diǎn)，在與基體樹脂進(jìn)行復(fù)合使用之后，更有輕質(zhì)、耐腐蝕、絕緣等特點(diǎn)，因此這種材料應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電之中，一方面風(fēng)力發(fā)電的輕量化可以提升發(fā)電的質(zhì)量和效率，另一方面穩(wěn)定的物理和化學(xué)性能使得風(fēng)力發(fā)電工作的穩(wěn)定性大大提升，第二個(gè)部分為對(duì)外殼起到支撐作用的主梁，主梁使用的材料一般和外殼使用的材料相一致，第三個(gè)部分為根部，是風(fēng)力發(fā)電中葉片與發(fā)電機(jī)連接的重要部位，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)工作的過程中，由于葉片在風(fēng)力的作用下不斷轉(zhuǎn)動(dòng)，葉片根部承受著剪切、擠壓、彎扭載荷等多種的組合作用，這種復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)對(duì)于根部的金屬性能提出了極高的要求，一旦葉片根部因?yàn)殚L期作業(yè)而導(dǎo)致疲勞斷裂，風(fēng)電機(jī)組的葉片便會(huì)和發(fā)電機(jī)失去聯(lián)系，發(fā)電機(jī)在不能正常工作的狀態(tài)下不僅會(huì)導(dǎo)致發(fā)電效率的降低，在極端的天氣情況下更有可能導(dǎo)致災(zāi)難性安全事故的發(fā)生，而螺栓則是保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片穩(wěn)定工作的重要零件，在一般情況下葉片螺栓的斷裂可以分為在不利載荷下出現(xiàn)的高應(yīng)力而導(dǎo)致的斷裂和在長期作業(yè)的循環(huán)發(fā)生的疲勞斷裂，因此，在出現(xiàn)葉片螺栓斷裂的事故后，對(duì)葉片螺栓的靜強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度和斷裂強(qiáng)度的校核就成為了斷裂原因分析的重點(diǎn)所在[1]。

2 葉片螺栓常見的斷裂原因概述

2.1 葉片螺栓本身的質(zhì)量問題

內(nèi)部缺陷和外部損傷是葉片螺栓常見的質(zhì)量問題，保證載荷是葉片螺栓能夠正常投入使用的基礎(chǔ)條件，尤其是對(duì)于風(fēng)力發(fā)電這類高強(qiáng)度的工作而言，如果在螺栓的生產(chǎn)檢測過程中葉片螺栓在規(guī)定的拉力載荷下不能抵抗塑性變形，便是不合格產(chǎn)品，這種不合格的零部件一旦投入正式作業(yè)，由于預(yù)緊力和工作載荷的長期作用，葉片螺栓便會(huì)產(chǎn)生塑性變形，預(yù)緊力也會(huì)隨之降低，葉片螺栓的松脫也就在所難免，此時(shí)一旦因?yàn)榄h(huán)境原因或人為原因產(chǎn)生了較大的沖擊載荷，葉片螺栓的斷裂可能性就會(huì)大大增加。

2.2 葉片螺栓的過程控制不到位

葉片螺栓在生產(chǎn)完畢進(jìn)入施工場地時(shí)，需要現(xiàn)場工作人員對(duì)葉片螺栓質(zhì)量進(jìn)行檢測和記錄，然而工作人員工作上的不細(xì)心便有可能導(dǎo)致對(duì)葉片螺栓已存缺陷的忽視，一旦在葉片安裝前沒有查出缺陷，對(duì)于后期葉片螺栓的斷裂故障便很難進(jìn)行細(xì)致的排查和分析。此外，葉片螺栓在安裝過程中也存在著相應(yīng)的問題，潤滑劑是其中最常見的原因之一，按照正常的施工規(guī)范，葉片螺栓需要潤滑劑的均勻涂抹，而有些工作人員疏忽大意，忘記涂抹潤滑劑或者對(duì)葉片螺栓的涂抹不均勻，便會(huì)對(duì)葉片螺栓的預(yù)緊力產(chǎn)生負(fù)面影響，在正式投入使用后斷裂的可能性就會(huì)大大增加[2]。

2.3 維護(hù)標(biāo)識(shí)不規(guī)范

風(fēng)電機(jī)組在正式投入使用之后，后期的保養(yǎng)和維護(hù)工作也同樣重要，尤其是在風(fēng)力發(fā)電機(jī)的力矩維護(hù)之中，按照規(guī)范工作人員需要在螺桿、螺母和墊片上將力矩用不同顏色的線標(biāo)識(shí)出來，方便下一次的力矩維護(hù)工作，而有些工作人員不按規(guī)范操作，會(huì)導(dǎo)致力矩標(biāo)識(shí)線混亂，一旦螺栓在正式工作中逐漸松脫或是有斷裂跡象，在下一次的力矩維護(hù)中因?yàn)闃?biāo)識(shí)線的混亂而無法對(duì)螺栓的工作狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確確認(rèn)，便會(huì)埋下極大的安全隱患。

3 螺栓斷裂原因的科學(xué)分析

除了葉片螺栓本身的質(zhì)量問題之外，在風(fēng)電機(jī)組正式的工作中導(dǎo)致其斷裂的主要原因?yàn)槠谄茐暮蜆O限破壞兩種，在葉片螺栓的端口進(jìn)行宏觀觀察可以發(fā)現(xiàn)，若螺栓斷口十分整齊，表面與軸向呈垂直狀態(tài)，斷口從上到下可以明顯看出磨光區(qū)和疲勞弧線和剪切唇，便可以判斷斷口具有疲勞破壞的特征，要想具體確定葉片螺栓是否為疲勞斷裂，還需要判斷疲勞輝紋的存在。

4 風(fēng)電機(jī)組葉片螺栓斷裂的處理措施

一旦發(fā)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組葉片螺栓斷裂的狀況，及時(shí)更換螺栓是第一要?jiǎng)?wù)，值得注意的是，在對(duì)葉片螺栓進(jìn)行更換時(shí)，還需要對(duì)現(xiàn)場的狀況進(jìn)行判斷選擇，更換策略，一般來說，在大部分螺栓斷裂狀況中，可以就地將損壞的螺栓和相鄰3～5根螺栓一起取出再進(jìn)行更換，這種方法可用來快速處理突發(fā)事件，同時(shí)對(duì)其他風(fēng)力發(fā)電機(jī)的影響較小，但是在更換之后還需要派專人定期對(duì)更換螺栓進(jìn)行觀察，防止斷裂的狀況再次發(fā)生，因此這種處理方法并不能一次性完美解決斷裂問題，第二種方法則是將整個(gè)葉片用吊車調(diào)下，將根部上的螺栓全部更換之后再重新裝上葉片，這種方法雖然較為麻煩，但是可以一次性解決斷裂問題，因此在面對(duì)實(shí)際的葉片螺栓斷裂情況，需要根據(jù)現(xiàn)場判斷斷裂的嚴(yán)重程度，再選取合適的方法。此外，為了預(yù)防葉片螺栓斷裂事故的發(fā)生，除了加強(qiáng)對(duì)前期安裝的監(jiān)管之外，還需要定期對(duì)螺栓力矩進(jìn)行檢查，從而降低事故發(fā)生的可能性。

5 結(jié)語

綜上所述，不管葉片螺栓是在制造、安裝、作業(yè)還是后期養(yǎng)護(hù)工作中發(fā)生了斷裂，都需要工作人員在第一時(shí)間找到斷裂的具體位置，并對(duì)葉片螺栓進(jìn)行更換，然而現(xiàn)場狀況的不同會(huì)對(duì)更換螺栓的方法產(chǎn)生較大的影響，因此工作人員在更換時(shí)必須要仔細(xì)考慮更換方式，在事后也需要對(duì)葉片螺栓斷裂的原因進(jìn)行細(xì)致排查，才能從根本上減少此類危險(xiǎn)情況出現(xiàn)的可能性，本文就風(fēng)電機(jī)組葉片螺栓斷裂原因及處理方式進(jìn)行了分析，希望能給相關(guān)從業(yè)人員一些參考。