螺栓緊固智能系統(tǒng)的應用

葉 盛，劉閩盛，王孝祥，劉 進

（中車株洲電力機車研究所有限公司風電事業(yè)部，湖南株洲 412001）

0 引言

風力發(fā)電機組重要的部件包括塔筒、葉片、輪轂、機架、主軸、齒輪箱、電機等，其聯(lián)接方式廣泛使用高強度螺栓聯(lián)接，風機各部件的聯(lián)接質(zhì)量，關系到風力發(fā)電機組的裝配質(zhì)量。螺栓緊固力的施加與控制就顯得十分重要，過大或過小的預緊力都會對風機高強度螺栓產(chǎn)生不利影響。高強度螺栓緊固力過大，螺栓產(chǎn)生塑性變形，甚至會將螺栓擰斷；過小的螺栓預緊力使風機聯(lián)接部件受力不均勻而造成松動，影響風機的裝配質(zhì)量，甚至引發(fā)安全事故，因此，精確控制高強度螺栓緊固扭矩是風電機組安裝、檢修、維護中必須重視的問題。

液壓扳手使用簡單、便利，緊固螺栓、螺母時扭矩均勻準確，具有省時、省力、安全等特點，減輕了操作人員的勞動強度，提高了工作效率，提高風力發(fā)電機組裝配質(zhì)量。液壓扳手和液壓泵在裝配風電機組生產(chǎn)現(xiàn)場，螺栓緊固扭矩采用實測值方式，實測值是在計量室通過液壓扳手檢測儀檢測出來的，計量室工作環(huán)境溫度控制在20 ℃。螺栓緊固扭矩值為理論值，當工作環(huán)境發(fā)生變化時，液壓扳手擰緊高強度螺栓輸出的扭矩值也會發(fā)生變化。經(jīng)過檢測研究發(fā)現(xiàn)，當液壓泵工作環(huán)境在40 ℃以上時，液壓泵油溫升高，液壓扳手輸出扭矩值會存在偏差（表1、表2）。當液壓扳手、液壓泵漏油時，液壓扳手輸出扭矩值偏低（表3）。當液壓扳手工作頭驅(qū)動架與棘輪磨損時，液壓扳手輸出扭矩值偏高（表4）。泵溫、液壓扳手工作件磨損、液壓漏油等因素都會影響液壓扳手的輸出扭矩值，影響高強度螺栓的裝配質(zhì)量。

表1 液壓扳手、液壓泵常溫檢測值 kN

表2 液壓扳手、液壓泵高溫檢測值 kN

表3 液壓扳手、液壓泵漏油檢測值 kN

表4 驅(qū)動架與與棘輪磨損檢測值 kN

1 螺栓緊固智能系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)組成

螺栓緊固智能系統(tǒng)主要由智能液壓泵站、高壓油管、液壓扳手、智能套筒、控制手柄等組成（圖1）。

圖1 智能液壓緊固系統(tǒng)

1.2 扭矩套筒工作原理

扭矩套筒工作原理見圖2。

圖2 智能扭矩套筒工作原理

2 螺栓緊固智能系統(tǒng)應用創(chuàng)新點

2.1 現(xiàn)場應用

（1）在風電事業(yè)部制造部現(xiàn)場，所有的液壓扳手、扭矩扳手、拉伸器每個月都要校檢檢測一次，校驗合格后才能使。液壓扳手送檢工作比較繁瑣，液壓扳手、液壓泵都需要點對點打?qū)崪y值，1 把液壓扳手與1 臺液壓泵對應配套使用，檢測合格后出據(jù)液壓扳手扭矩與壓力對照表。對照表需檢查者、質(zhì)量管理人員、主管領導簽字、蓋“公章”后才能使用。檢測到出對照表報告需要2～3 h 才能完成。當對應的液壓扳手與液壓泵其中一個出現(xiàn)故障，之前的檢測對照表作廢，設備維修完后都要送檢，送檢合格后一一對應配套使用液壓扳手和液壓泵。

（2）應用螺栓緊固智能系統(tǒng)現(xiàn)場施工時，智能泵、液壓扳手裝上智能套筒，按照工藝螺栓擰緊值擰緊螺栓。智能套筒的OLED 顯示屏實時顯示扭矩值，此時智能套筒工具使用中既是使用工具又是計量檢測工具，實現(xiàn)了作業(yè)、測量、檢驗一次完成。優(yōu)化繁瑣的計量流程，節(jié)省送檢工時，同時螺栓緊固后省去專門的力矩驗收環(huán)節(jié)。因現(xiàn)場操作人員操作水平參差不齊，智能系統(tǒng)在達到扭矩設定值時自動停止操作程序，減少扭矩超程更換螺栓的損失，以及未達到扭矩要求而造成設備的二次磨損（圖3）。

圖3 智能扭矩套筒數(shù)據(jù)采集

（3）當液壓扳手、液壓泵長期使用，造成磨損、漏油、油溫升高、惡劣環(huán)境下，液壓扳手扭矩值與液壓泵壓力值都可以調(diào)整，保證擰緊螺栓的扭矩值均勻、精確，保證風電機組裝配質(zhì)量。高強度螺栓擰緊的扭矩可以通過藍牙傳輸?shù)绞謾C（智能扭矩套筒）APP，跟蹤管理，數(shù)據(jù)可設定、可儲存，可導出EXCEL 表格方便查看；便于建立扭矩數(shù)據(jù)庫，用于數(shù)據(jù)查詢、統(tǒng)計分析；監(jiān)督操作人員按要求進行打扭矩工作，為風機壽命周期安全運行及可靠性研究提供數(shù)據(jù)支撐，且數(shù)據(jù)可追溯，見圖4、圖5。

圖4 智能扭矩套筒數(shù)據(jù)查詢存儲

圖5 生產(chǎn)應用現(xiàn)場

2.2 售后應用

風電機組安裝塔筒、葉片售后服務中，智能系統(tǒng)在達到力矩設定值時自動停止操作程序，減少力矩超程更換螺栓的損失以及未達到力矩要求而造成設備的二次磨損，實現(xiàn)了作業(yè)、測量、檢驗一次完成，降低對現(xiàn)場操作人員能力的依賴；為滿足目前風電機組越來越高的安裝質(zhì)量要求，高精度的智能緊固系統(tǒng)，可有效控制螺栓鎖緊力矩在±1.5%范圍內(nèi)，螺栓力矩緊固后省去專門的力矩驗收環(huán)節(jié)；節(jié)約人工成本和設備租賃費用（圖6）。

圖6 售后服務現(xiàn)場

3 總結(jié)

液壓扳手與液壓泵智能系統(tǒng)，應用扭矩傳感器技術(shù)與定制套筒結(jié)合，實現(xiàn)作業(yè)、測量、檢驗一次完成。作為高強度螺栓緊固作業(yè)檢驗工具，可通用于多種扭力工具檢測，可用于風電機組生產(chǎn)裝配，及售后服務風電機組維護定檢中。螺栓力矩緊固后省去專門的力矩驗收環(huán)節(jié)，節(jié)約人工成本和設備租賃費用，降低對現(xiàn)場操作人員能力的依賴。高精度的智能系統(tǒng)，可有效控制螺栓鎖緊力矩在±1.5%范圍內(nèi)，提高安裝質(zhì)量，控制扭矩的一致性；由于現(xiàn)場施工人員操作水平參差不齊，智能系統(tǒng)在達到扭矩設定值時自動停止操作的程序，減少扭矩超程更換螺栓的損失以及未達到扭矩要求而造成設備的二次磨損。液壓扳手與液壓泵智能系統(tǒng)使用解決了因液壓泵油溫升高、液壓扳手、液壓泵漏油、液壓扳手磨損導致的輸出扭矩值偏差問題。使用智能套筒之后，所有螺栓的扭矩更均勻、精確；高強度螺栓擰緊扭矩可以通過藍牙傳到手機跟蹤管理，建立扭矩數(shù)據(jù)庫，用于統(tǒng)計分析。監(jiān)督操作人員按要求進行打扭矩工作，為風機壽命周期安全運行及可靠性研究提供數(shù)據(jù)支撐，且數(shù)據(jù)可追溯。智能螺栓緊固系統(tǒng)已應用于鄂爾多斯基地、中衛(wèi)基地、延安基地，也可以應用于齒輪箱制造企業(yè)、石油化工、礦業(yè)、電力、航空、交通軌道、造船、工程機械等重工企業(yè)。