风电行业高强螺栓的润滑问题分析
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风电机组高强度螺栓常见问题分析为了便于机械产品的制造、生产、安装、运输、以及提高劳动生产率等,广泛地使用各种联接,机械联接分为可拆式联接和不可拆联接。
载荷在连接中的传动可分为两种方式:(1)通过连接件和被连接件的接触部分直接传动;(2)通过连接中被连接件接触面的摩擦来传力。
二、实际生产装配当中所存在的高强度螺栓连接常见问题1.机械性能:(1)M24×215螺栓用于轮毂与三个叶片之间的连接,个别螺栓轴向力增大,螺栓产生附件应力,打力矩时可能会断裂。
⑵由于安装面摩擦系数较小,螺栓在安装时出现垫圈转动现象。
⑶力矩扳手应及时校验,以免扳手示值不准,造成螺栓力矩超拧。
2.形位公差:\2.3 螺栓的选择轮毂孔与叶片上的光孔直径为φ33,如果选用GB1228 M 30×410 的螺栓,比轮毂孔与叶片上的光孔直径φ33小3mm,由于公称长度l较长,由于GB1228 M 30×410 螺纹的直线度t=2.150,直线度公差显然大于1.5的单边余量。
即使直线度公差t <2.150穿过轮毂与叶片的光孔。
就要选择一种直线度较高的螺栓来代替GB1228 M 30×410 的螺栓,通过计算GB5782 M30×410的螺栓在同样满足机械性能要求的前提下,满足直线度的公差等级,因此选用GB5782 M 30×410的螺栓来实现连接轮毂与叶片的连接。
3.尺寸公差3.1 GB/T 5782与 GB/1228对于螺栓螺纹长度的规定如下:★GB/T 5782六角头螺栓标准中规定了M 30×410螺栓螺纹长度为b=66~85mm。
★GB/1228高强度大六角头螺栓标准中虽然没有明确规定d=30mm,l=410mm的螺栓螺纹长度值b,将按照标准范围内的最大值生产制造,即b=60 mm。
3.2 按照风电机组设计:螺纹长度b=55mm,轮毂厚度为75mm,垫片厚度为15mm,叶片法兰至螺纹起始处的距离为255mm,叶根螺纹长度为55mm计算:◆GB/1228高强度大六角头螺栓,螺纹长度55mm,垫圈至叶根螺纹起始处的距离为345mm,加上螺纹的长度55mm,总长度为400mm,但实际螺栓总长度为410mm,这10mm的长度由于螺纹长度的限制而不能继续旋拧,这样螺栓与垫圈不能接触,也就不能起到保护接触表面、控制接触面摩擦系数的作用。
技术 | Technology64 风能 Wind Energy1 引言近几年我国的风电行业发展迅猛,风电机组的质量安全也越来越受到重视。
螺栓,作为风电机组的主要连接方式之一,应用在轮毂、齿轮箱、叶片连接、塔筒连接等诸多关键部位,螺栓的安全关系到整个风电机组的安全可靠运行。
螺栓质量、装配方法、拧紧工具、操作者都会影响到最终螺纹的连接质量,本文分析的螺栓润滑问题也是影响风电螺栓装配的关键因素之一,希望借此使螺栓的研究得到更多的重视。
2 高强螺栓润滑的必要性润滑剂是在螺栓装配中应用到螺纹或其他接触面的化学品。
润滑剂不仅仅在螺栓安装过程中起到润滑作用,在螺栓的装配、使用和拆卸过程中都起了很重要的作用。
首先,在装配过程中,润滑剂使装配更加顺畅并且减小了扭矩系数的分散性,使螺栓应力分布更加均匀。
目前风电螺栓的上紧大多使用扭矩法控制,使用高强度螺栓就是为了得到更高更稳定的预紧力。
预紧力是通过对螺栓端头施加的扭矩转化的。
研究发现,并不是100%的扭矩都能转化成最终螺栓的预紧力,其中45%–50%消耗在克服螺栓断头与支撑面之间的摩擦力,35%–40%消耗在克服螺纹间的摩擦力,只有10%–20%转化为夹紧力,即我们需要的力。
螺栓总预紧扭矩T 与预紧力D 有如下的关系:T=K ·D ·F其中D 为螺栓公称直径,K 为扭矩系数。
随着螺纹表面摩擦条件的不同,转化的预紧力也不相同。
螺栓润滑条件越好,同一预紧扭矩下转化的预紧力就越大,即扭矩系数K 越小。
我们在上紧过程中需要的是稳定适中的夹紧力,即需要一个稳定的扭矩系数K 。
在预紧扭矩T 相同的条件下,K 值过大,则转化的预紧力太小,达不到设计的预紧要求;K 值过小,加之扭矩扳手有一定的误差,则容易导致预紧力过载,风电行业高强螺栓的润滑问题分析■北京天山新材料技术有限责任公司研发部︱赵海川 黄海江螺纹连接副失效;K 值不稳定,则转化的预紧力不一致,容易造成受力面如法兰盘变形。
风电设备润滑管理中的常见问题及对策研究发布时间:2022-10-25T02:20:17.648Z 来源:《科技新时代》2022年10期作者:吴宇辉[导读] 做好整个润滑环节的严格监督,使各项润滑工作能够具备较强规范性,解决在设备润滑时存在的各项问题,满足风电稳定生产的要求。
大唐(通辽)霍林河新能源有限公司科左后旗分公司摘要:在风电系统生产的过程中离不开设备的支持,但是在设备使用过程中会由于内外因素影响而导致故障问题频发,因此在实际工作中技术人员需要按照实际使用要求选择正确的设备润滑管理模式,真正的降低故障问题的发生概率,按照润滑管理要求明确工作职责,有序地实施风电设备润滑管理模式,选择正确的技术方案。
通过经验和技术总结构建更加成熟的设备润滑管理模式,及时的应对在设备运行中所产生的各项问题,以此来提高风电设备润滑管理的效果。
关键词:风电设备;润滑管理;运用要点在进行风电设备润滑管理模式实施的过程中,工作人员需要按照实际情况明确主要的工作重点,并且落实因地制宜的工作原则,有序的确定好对应的润滑方案,做好整个润滑环节的严格监督,使各项润滑工作能够具备较强规范性,解决在设备润滑时存在的各项问题,满足风电稳定生产的要求。
一、掌握风电设备润滑管理的原则在风电设备润滑管理的过程中,需要各个工作人员掌握主要的工作技巧和工作原则,这样一来才可以约束好不同的润滑行为,为设备的正常运转提供重要的保障。
但是在当前风电设备润滑管理工作中存在着管理原则不清晰的问题,这主要是由于在润滑管理中管理部门并没有制定统一的工作规范,也没有下发对应的工作任务,在前期规划环节存在原则渗透缺失的问题。
在这一背景下一部分工作人员在润滑管理时,出现了润滑方向模糊的问题,并没有科学地选择对应的润滑管理模式,导致风电设备润滑管理效果在逐渐地降低。
在实际工作中由于润滑管理所包含内容较为复杂,为了提高整体工作的科学性以及针对性,需要落实科学化的工作原则,以此来引领各项工作的顺利实施。
风电机组液压及润滑系统常见问题及处理办法赵乾旭发布时间:2023-05-08T02:11:45.870Z 来源:《当代电力文化》2023年5期作者:赵乾旭[导读] 现阶段社会的发展过程中,随着电力需求的增加,风电机组的规模不断扩大,技术性也逐渐提升,所以实际作业环节也就更容易出现故障,影响机组的作业质量。
在此背景下,相关人员就需要针对风电机组进行研究,及时地发现液压系统以及润滑系统存在的隐患,并结合实际进行治理,保证风电机组的质量。
然而风电机组的液压系统以及润滑系统较为复杂,相关人员在进行处理之时还存在一些问题,就需要相关人员加强对风电机组的研究,通过先进的技术手段进行解决。
大唐云南发电有限公司滇东新能源事业部摘要:现阶段社会的发展过程中,随着电力需求的增加,风电机组的规模不断扩大,技术性也逐渐提升,所以实际作业环节也就更容易出现故障,影响机组的作业质量。
在此背景下,相关人员就需要针对风电机组进行研究,及时地发现液压系统以及润滑系统存在的隐患,并结合实际进行治理,保证风电机组的质量。
然而风电机组的液压系统以及润滑系统较为复杂,相关人员在进行处理之时还存在一些问题,就需要相关人员加强对风电机组的研究,通过先进的技术手段进行解决。
关键词:风电机组;液压系统;润滑系统;难点要点;治理策略风电机组作为风力发电的设备集成,设备较多的同时还具有很强的技术性,在现阶段城市化进程不断加快的背景下,风电机组的规模也不断扩大,故障出现的概率也不断提升,在此背景下,就要求作业人员结合风电机组的实际对其故障进行研究。
而液压系统以及润滑系统作为风电机组的常见设施,由于具有较强的精密度,也很容易出现故障。
在此背景下,作业人员就需要结合实际需要对风电机组的液压系统以及润滑系统进行研究,结合作业实际对系统常见隐患进行研究,对故障产生的原因以及危害进行研究,并且分析出故障治理的方法,保证机组作业的顺利运行。
一、风电机组液压系统以及润滑系统概述液压系统的作用为通过改变压强增大作用力,现阶段的液压系统可分为两类:液压传动系统和液压控制系统。
风电某项目现场发电机和叶轮联接高强度螺栓问题的处理方法摘要:本文以内蒙古风电某项目现场97#和53#风机为例,总结发电机和叶轮联结高强度螺栓卡死和断裂问题处理的方法。
关键词:高强度螺栓问题处理方法一、高强度螺栓简介高强度螺栓:是指螺栓性能等级8.8、10.9和12.9,螺栓材质为低碳合金钢或中碳钢并经热处理(淬火、回火)。
高强度螺栓连接的原理:它是用特制的扳手上紧螺帽,使螺栓产生巨大而又受控制的预拉力,通过螺帽和垫板,对被连接件也产生了同样大小的预压力。
在预压力作用下,沿被连接件表面就会产生较大的摩擦力,因此,只要轴力小于此摩擦力,构件便不会滑移,连接就不会受到破坏。
高强度螺栓一般用于永久连接,预紧力矩后不可重复使用。
高强度螺栓连接具有施工简单、受力性能好、可拆换、耐疲劳、以及在动力荷载作用下不致松动等优点,因此在风力发电机组机这类机械性能要求较高的结构件上,它是主要联结方式。
二、联结螺栓卡死和断裂问题描述在内蒙古某风电项目现场,风电机组安装公司在97#风机上紧固发电机和叶轮联结螺栓,使用液压扳手第二次紧固时,螺栓就卡死不能继续旋紧,因此螺栓并没有进行第三次力矩紧固,螺栓头部露出大约30mm。
共有4副螺栓卡死。
安装公司在53#风机上使用液压扳手第三次紧固力矩时,直接将4副螺栓扭断,螺栓头部被整体去除,断裂的螺栓螺纹部分留在动轴法兰和轮毂法兰的螺栓孔中。
三、联结螺栓卡死和断裂原因简单分析发电机动轴和轮毂联结螺栓紧固时卡死和断裂,从现场法兰螺栓孔螺纹查看,螺纹中有明显的钢渣,初步分析断裂原因为现场没有使用丝锥攻丝,再加上操作人员使用液压扳手紧固螺栓时增加力矩过快综合造成的。
四、联结螺栓卡死和断裂问题处理方法(一)联结螺栓卡死的处理1、取出工具的选择97#风机动轴和轮毂法兰联结螺栓有4个卡死,但是没有断裂,因此考虑使用专用工具从螺栓孔中整体取出,因联结螺栓规格为M36,而且紧固力矩较大,选用增力比1:33的增力包+力矩扳手实施取出工作。
浅谈风电机组液压及润滑系统问题处理风电机组液压及润滑系统是风电机组运行过程中非常重要的组成部分,它们的稳定运行直接影响到整个风电机组的性能和寿命。
液压系统是风电机组中的一个重要的能量传递和控制系统,主要负责提供液压能源,在风电机组的运行过程中完成各种液压操作功能,如叶片角度调整、变桨、变频器控制等。
液压系统的设计和维护关键影响着风电机组的可靠性和稳定性。
在液压系统中,常见的问题包括泄漏、压力不稳定、工作流量不足等。
泄漏问题可能导致液压能量损失和系统性能下降,严重时还会造成系统故障。
为了解决泄漏问题,需要对液压系统进行定期检查和维护,包括检查密封件、管路连接等是否完好,及时更换磨损严重的部件。
压力不稳定和工作流量不足问题可能与液压泵性能下降、阀门故障等有关,需要对泵和阀门进行检修或更换。
润滑系统是为了保证风电机组各个运动部件在高速运行中不发生磨损和过热而设计的。
润滑系统的设计应考虑到风电机组工作环境的特殊性,如湿度、温度等。
在润滑系统中,常见的问题包括润滑油污染、润滑油泄漏、润滑油温度过高等。
油污染、油泄漏等问题可能导致润滑性能下降,影响机组的运行效率和寿命。
润滑油温度过高不仅会导致润滑性能下降,还可能引发火灾等严重安全事故。
为了解决润滑系统的问题,需要定期更换润滑油,清洗润滑系统中的沉积物,检查润滑油滤芯等部件是否损坏,及时维修或更换。
风电机组液压及润滑系统问题的处理需要定期检查和维护,及时更换磨损严重的部件,保证系统的正常运行。
也需要加强液压及润滑系统的设计,考虑到机组特殊的工作环境,提高系统的可靠性和稳定性。
机械与动力工程河南科技Henan Science and Technology总第803期第9期2023年5月收稿日期:2022-11-11基金项目:甘肃省市场监督管理局科技计划(SSCJG-TS-202108)。
作者简介:马晓飞(1991—),女,硕士,中级工程师,研究方向:金属材料失效分析、风电机组检测。
风电机组用高强度螺栓连接质量管理马晓飞(甘肃省特种设备检验检测研究院,甘肃兰州730050)摘要:【目的】提高高强度螺栓连接风电机组的安全性、可靠性。
【方法】从高强度螺栓连接副出发,对高强度螺栓生产制造、进场验收、运输与储存、安装施工及施工质量验收等方面加强管理,提出螺栓从生产制造到施工验收过程的质量管理要求。
【结果】出厂时对螺栓表面缺陷进行检验,达不到标准的要拒收;进场时对螺栓扭矩系数、机械性能、螺母保证载荷等参数进行抽样复检,确保螺栓符合要求;施工完毕后,对每一个螺栓连接副是否进行初紧与终紧进行检查,确保连接质量达标。
【结论】对螺栓连接副制造、运输储存、进场验收、安装施工及施工质量验收等方面加强管理,提高螺栓质量,降低风机事故率。
关键词:高强度螺栓;风电机组;质量管理中图分类号:TH131.3文献标志码:A文章编号:1003-5168(2023)09-0044-05DOI :10.19968/ki.hnkj.1003-5168.2023.09.010Quality Management of High-Strength Bolt Connectionfor Wind TurbineMA Xiaofei(Gansu Province Special Equipment Inspection and Testing Institute,Lanzhou 730050,China)Abstract:[Purposes ]To improve the safety and reliability of high-strength bolt connection for wind tur⁃bine generators.[Methods ]Starting with high-strength bolt connection pairs,the quality management re⁃quirements for the bolt rectification process are introduced from the aspects of high-strength bolt produc⁃tion and manufacturing,mobilization acceptance,transportation and storage,installation construction,and construction quality acceptance.[Findings ]Quality acceptance should be strengthened,and bolt surface defects should be inspected before leaving the factory.If they fail to meet the standards,they should be rejected;When accepting conducts,sampling and re-inspection on parameters such as bolt torque coefficient,mechanical performance,and guaranteed load of nuts are necessary to ensure that the bolts meet the requirements;After the completion of bolt construction,check whether each bolt connec⁃tion pair has undergone initial and final tightening to ensure that the connection quality meets the stan⁃dard.[Conclusions ]It is recommended to strengthen management from the aspects of bolt connection pair manufacturing,transportation and storage,site acceptance,installation and construction quality ac⁃ceptance,comprehensively improve bolt quality in various aspects,and reduce the accident rate of windturbines.Keywords:high strength bolt;wind turbine unit;quality assurance0引言高强度螺栓是一种用于连接风力发电机结构部件的重要零件,具有施工简便、可拆卸更换、连接刚度高、受力性能好、抗疲劳、耐震的优点。
电站风机塔筒法兰高强螺栓紧固施工质量问题分析与控制探讨发布时间:2022-09-07T07:51:28.514Z 来源:《工程建设标准化》2022年37卷9期作者:王海峰[导读] 风电产业已被国家列为战略性新兴产业之一,风电场的建设快速发展,如何做好风电场建设的建造质量王海峰身份证号:37070519920408****摘要:风电产业已被国家列为战略性新兴产业之一,风电场的建设快速发展,如何做好风电场建设的建造质量,保证风电机组安全稳定运行,是业主的高度关注的焦点;大型风机钢塔高强螺栓紧固质量是风机钢塔筒安装的关键工序,本文通过对高强螺栓紧固质量问题的统计分析探讨,提出了有效的现场施工控制措施,取得了满意的效果。
关键词:大型风机钢塔高强螺栓紧固质量控制引言风电产业是可循环新能源产业,我国已将风电产业列为国家战略性新兴产业之一,风电场建设实现了快速发展,控制好风电设备的安装质量,保证风电机组运行的稳定性,备受行业的高度关注。
大型风机钢塔高度早已超过百米,由几段组成,每段钢塔筒法兰连接均使用高强螺栓连接副连接,如何控制好紧固强螺栓的紧固质量是风机钢塔筒安装的关键工序。
本文通过以某一风电项目风机塔筒安装为例,对电站风机塔筒法兰高强螺栓紧固质量问题进行统计分析探讨,提出了控制措施,以此为同行提供有价值的借鉴。
1 概述某风电场装机多台2000kW的风力发电机组,规划装机规模为100MW。
风机塔高140米,各钢塔筒法兰连接面都使用高强螺栓连接副(以下简称:高强螺栓)来连接紧固,每台风机有1108套高强螺栓,所用高强螺栓连接均采用扭矩紧固法,提高高强螺栓的施工质量是工程关注的重点。
2 风机塔筒高强螺栓施工质量问题的现状统计与分析2.1 高强螺栓施工质量问题的现状在工程施工过程中,我们对施工已完成的部分风机塔筒的高强螺栓进行汇总统计发现高强螺栓的一次验收合格率仅为93.40%。
具体见下表1:表1:高强螺栓质量问题项目统计表项目数量百分比质量合格972993.40%欠拧583 5.60%超拧470.45%漏拧360.35%螺栓污染90.09%垫圈放置错误70.07%其他50.05%2.2 高强螺栓施工质量问题的现状分析从上述表1、表2分析得知,现场施工中存在的质量问题中在项目统计,欠拧质量问题占比5.60%,发生的频次占84.86%,说明主要集中在欠拧环节,现场力矩紧固不到位所致,次之为漏紧环节,针对主要问题进行现场施工原因分析。
科技创新Ke Ji Chuang Xin摘要:润滑系统对齿轮和轴承起着降低摩擦、减少磨损、提升设备承载能力,吸收振动降低冲击力、冷却防锈、预防腐蚀等保护作用。
但是近年来,由于风电机组机械润滑隐患引发的问题仍频繁发生,如:发电机轴承温升报警主油脂干涸结块或成胶状、油脂干涸变硬、轴承磨损、变桨轴承密封泄露损坏、偏航轴承振动异响、废油脂排出不畅、齿面锈蚀、磨损等现象。
本文着重分析风电机组机械润滑系统可能存在的风险隐患,并提出相应的改造建议。
关键词:风电机组;机械润滑;风险隐患;原因;建议润滑系统对齿轮和轴承起到润滑和保护的作用,但在实际工作中也会发生由于润滑系统存在安全隐患导致的机器故障。
需要机械管理人员总结以往机械故障的基础上做出分析,找出发生的原因,并探讨解决方案,在后续的工作中加以应用。
1机械部件润滑风险产生的原因分析(1)变桨轴承故障原因分析。
风电机组运行环境大多比较恶劣,其变桨轴承运行也长期处在微动状态下,此种情况下容易由于机械润滑隐患引发机械故障。
①润滑油脂在微动状态下对轴承的影响。
微动状态下的轴承在振幅较大的情况下,其轴承圈所受载荷有两种,轴承圈上没有受到润滑的边缘一段会连续旋转,运动方向改变后、在润滑前经过的区会出现相当于连续旋转时所产生的压力值2倍的压力峰;当轴承摆动振幅过小时,相离最远的两接触面将部分重叠,轴承的工作条件变得极差,导致该区域内的压力峰急剧增大。
在缺乏润滑脂作用的情况下,轴承会在短暂的工作后发生磨损、损坏。
滚道及滚珠磨损将增加摩擦力矩,使轴承温度急剧升高,发生永久变形。
在金属表面受到猛烈挤压的情况下可能会发生分子熔接,在滚道上产生凹坑。
随着轴承磨损程度的加大,轴承圈金属发生氧化润滑剂部分酸化产生侵蚀作用,将加快轴承损坏速度,增大变桨阻力,甚至使轴承发生变形卡死。
②低温状态下润滑油脂存在的风险隐患。
在低温状态下变桨轴承润滑脂会变得非常粘稠,使变桨系统轴承阻尼系数增大、轴承油脂润滑性能变差,引发变桨电机过载、变桨不同步等故障。
技术 | Technology64 风能 Wind Energy1 引言近几年我国的风电行业发展迅猛,风电机组的质量安全也越来越受到重视。
螺栓,作为风电机组的主要连接方式之一,应用在轮毂、齿轮箱、叶片连接、塔筒连接等诸多关键部位,螺栓的安全关系到整个风电机组的安全可靠运行。
螺栓质量、装配方法、拧紧工具、操作者都会影响到最终螺纹的连接质量,本文分析的螺栓润滑问题也是影响风电螺栓装配的关键因素之一,希望借此使螺栓的研究得到更多的重视。
2 高强螺栓润滑的必要性润滑剂是在螺栓装配中应用到螺纹或其他接触面的化学品。
润滑剂不仅仅在螺栓安装过程中起到润滑作用,在螺栓的装配、使用和拆卸过程中都起了很重要的作用。
首先,在装配过程中,润滑剂使装配更加顺畅并且减小了扭矩系数的分散性,使螺栓应力分布更加均匀。
目前风电螺栓的上紧大多使用扭矩法控制,使用高强度螺栓就是为了得到更高更稳定的预紧力。
预紧力是通过对螺栓端头施加的扭矩转化的。
研究发现,并不是100%的扭矩都能转化成最终螺栓的预紧力,其中45%–50%消耗在克服螺栓断头与支撑面之间的摩擦力,35%–40%消耗在克服螺纹间的摩擦力,只有10%–20%转化为夹紧力,即我们需要的力。
螺栓总预紧扭矩T 与预紧力D 有如下的关系:T=K ·D ·F其中D 为螺栓公称直径,K 为扭矩系数。
随着螺纹表面摩擦条件的不同,转化的预紧力也不相同。
螺栓润滑条件越好,同一预紧扭矩下转化的预紧力就越大,即扭矩系数K 越小。
我们在上紧过程中需要的是稳定适中的夹紧力,即需要一个稳定的扭矩系数K 。
在预紧扭矩T 相同的条件下,K 值过大,则转化的预紧力太小,达不到设计的预紧要求;K 值过小,加之扭矩扳手有一定的误差,则容易导致预紧力过载,风电行业高强螺栓的润滑问题分析■北京天山新材料技术有限责任公司研发部︱赵海川 黄海江螺纹连接副失效;K 值不稳定,则转化的预紧力不一致,容易造成受力面如法兰盘变形。
使用螺栓润滑剂能够使螺栓扭矩系数的稳定性和一致性大大提高,有效避免这些风险。
其次,在螺栓装配和拆卸过程中,润滑剂有效地防止了金属间的咬合。
合适的润滑剂不仅能够起到装配顺畅的作用,还能够防止装配或拆卸时螺栓发生咬死。
由于加工精度的关系,两个金属面之间,包括螺纹面之间,不可能100% 接触。
即使加工再精密,光洁度和平面度很高,最多有25%–35%的高点接触。
特别是螺纹表面,由于螺纹升角的存在,只有大约15%–20%接触。
当对螺栓施加一个高载荷扭矩时,两个螺纹面之间的高点接触,发生弹性形变,直到可以承载扭矩所转化的压力。
如果是没有润滑的表面,表面就容易发生擦伤。
在特定的载荷或温度下,金属间就有可能咬合,致使在装配或拆卸过程中发生卡咬。
为了防止这种现象导致螺栓失效,需要将两个接触面隔开。
好的润滑剂会填充接触点之间的空隙,减少金属与金属间的接触,预防磨损或卡咬。
最后,在螺栓服役过程中,需要润滑剂对螺栓提供防腐防锈蚀保护。
风电机组服役环境恶劣,特别是近海及海上风电场对腐蚀保护的要求比较高。
虽然达克罗涂覆的高强度螺栓本身防腐防锈性能非常优秀,但达克罗涂层比较脆弱,在运输和施工过程中无法避免磕碰现象,使用润滑剂能够起到极好的辅助防腐效果。
此外,高强度螺栓预紧扭矩比较大,螺纹面间的摩擦力大,达克罗涂层无法抵抗较大的摩擦力,在上紧过程中涂层多被破坏,润滑剂能够起到减少涂层间摩擦,保护涂层的作用。
3 高强螺栓润滑剂的组成和选择目前市场上风电润滑产品主要有润滑脂和润滑膏以及干膜润滑剂等几大类。
3.1 润滑脂的组成与应用润滑脂是将稠化剂分散在液体润滑剂内的半固体或半流体形态的稳定混合物,如锂基润滑脂。
润滑脂主要由润滑油、稠Technology | 技术2010年第4期 65化剂等组成,不含或者含少量固体润滑剂,固体润滑剂主要起到添加剂的作用。
通过调整基础油和稠化剂的比例,使产品达到一个合适的粘度。
润滑脂中起主要润滑作用的是润滑油,是一种流体润滑形式。
流体润滑是指在适当条件下,摩擦副的摩擦表面由一层具有一定厚度的粘性流体完全分开,由流体的压力来平衡外载荷。
流体层中的分子大部分不受金属表面离子、电子场的作用而可以自由地移动。
流体润滑的摩擦性质完全取决于流体的粘性,而与两个摩擦表面的材料无关。
这种润滑脂适合发电机轴承、变桨轴承及偏航系统等部位的润滑。
润滑脂的寿命有限,磨损严重的部位需要定期检查更换新的润滑脂。
3.2 润滑油膏的组成与应用油膏类润滑产品,如抗咬合润滑剂,固体润滑成分含量较高,辅以防腐防锈添加剂,和固体成分大致等量的润滑油,一般不含稠化剂。
抗咬合润滑膏是润滑油和固体润滑剂共同起作用,是介于流体润滑和固体润滑之间的一种润滑形式。
固体润滑是指利用固体粉末、薄膜或复合材料代替流体润滑材料来隔开两个承载表面间的直接接触,以达到降低相对运动时的摩擦磨损。
一些具有低摩擦的无机固体,往往具有层状结晶结构,最常用的是MoS2和石墨。
润滑性较好的层状固体其结晶结构一般为:原子紧密地排列在一层一层的平面内,处在同一层面上原子间的相互作用力很强,而处在相邻层面上的原子间则比较弱。
因此层与层之间是比较容易滑动的。
也就是说,这种结构的材料在受到剪切力时,晶体将在其棱面上劈开,也即在平行于其层面的方向发生滑移(因其间结合强度较弱),其结构详见下图1。
当两种或两种以上的固体润滑剂按照特定比例混合时,由于协同作用的影响,能够达到更佳的润滑效果。
图1 固体润滑剂结构示意图3.3 干膜润滑剂的组成和应用干膜型润滑剂是一种能够快速在基材表面固化、附着力高的薄的润滑涂层,其主要是通过固体润滑的原理实现螺纹接触面的减摩润滑,最早应用于国外航空领域。
干膜润滑剂一般采用两种以上的固体润滑剂,通过润滑剂间的协同效应达到更好的润滑效果。
螺栓上应用干膜型润滑剂,主要有以下几方面的优势:(1)喷涂方便,减少工艺时间。
室温即可快速固化,不需任何加热等后处理工艺;(2)形成的干膜均一性好,扭矩系数K 长期稳定;技术 | Technology66 风能 Wind Energy(3)在螺纹表面形成均匀的干膜,稳定性好,适合风电要求的长效可靠性;(4)干膜对基材的附着力高,对达克罗涂层形成有益的补充,可考虑在螺栓加工过程中喷涂,大大缩短现场操作时间;(5)喷涂范围集中,不污染、不浪费。
由于形成的是10 μm–30 μm 的薄层,而且应用的领域不同,传统的干膜润滑剂注重的是润滑效果,耐腐蚀性能不佳。
目前已经有研究人员开发出新型的干膜润滑剂,在保证润滑效果的同时,添加颗粒极细的高效防腐防锈剂,使其防腐防锈性能也有很大的提高,以应对风电场恶劣的自然环境,对螺栓达克罗等涂层起到了有益的补充。
此外,干膜润滑剂是固化涂层,有优异的耐低温性能,我国北方风电场冬季气候异常寒冷,有些润滑膏类粘度变化较大,但干膜型润滑剂不存在此类问题。
对于高强螺栓等长效、重载、极压表面,以及潮湿等恶劣环境下的润滑和防卡咬,建议采用固体润滑的形式或者固体与流体润滑相结合的形式,即使用干膜润滑剂或者抗咬合油膏类润滑剂。
4 高强螺栓润滑剂的性能指标对于风电高强螺栓使用的润滑剂,除了一些传统的润滑性能指标外,还要综合考虑风电行业的特殊技术要求,对一些重点的指标进行控制,主要包括扭矩系数K 与摩擦系数μ、防腐蚀性能、耐高低温能力等。
对于刷涂型产品,还要考虑到其具有适宜的刷涂粘度。
4.1 扭矩系数K 与摩擦系数μ如前文所述,高强螺栓使用润滑剂的主要目的就是保证相同预紧扭矩下,得到均匀适中的预紧力,即保证扭矩系数K 的适中稳定性。
因此扭矩系数K 是最应该关注的技术指标。
目前,国家标准GB/T 1231—2006“钢结构用高强度大六角头螺栓、大六角螺母、垫圈技术条件”中规定螺栓扭矩系数K=0.11–0.15,标准偏差≤0.01。
但是对每一批螺栓连接副,由于生产控制工艺的不同,并且现场施拧和涂抹润滑剂的种类、方式不同,都会导致螺栓的扭矩系数不一致。
因此对于不同厂家生产的螺栓,刷涂不同种类的润滑剂,或者由于刷涂部位和材质的不同,都应该检测扭矩系数K ,对于要求严格的关键部位,甚至需要每一批次都进行复检。
扭矩系数的测试,国内外都有严格的标准,需要提醒的一点是,不仅要关注螺栓使用润滑剂后,首次施拧时的扭矩系数,也要关注上紧拆卸几次后的扭矩系数变化请况,以保证重复上紧或检修加固时的稳定性。
扭矩系数K 在换算扭矩与预紧力方面比较容易操作,但对整个螺栓上紧过程而言,则略显简单。
为了更深入的了解螺栓预紧扭矩的分布情况,更系统的研究涂层和润滑剂对螺栓预紧力的影响,国外在高强螺栓检测和上紧中,引进了摩擦系数μ的控制。
式中:T —预紧扭矩F —预紧力P —螺距D 0—支承面外径d 2—螺纹中径d h —螺栓通过的垫圈或支承零件的孔径μb —螺母或螺栓头部底下的支承面摩擦系数μth —螺纹摩擦系数其中总摩擦系数μtot = μb + μth4.2 耐腐蚀耐高低温及其他性能由于我国风电场多在戈壁或近海地区,气候环境恶劣,四季温差大。
对风电设备的耐腐蚀耐盐雾以及耐高低温性能要求比较高,螺栓用润滑剂也不例外。
为了保障风电机组螺栓在恶劣的环境中不发生腐蚀和锈蚀现象,易于维修,需要润滑剂在这方面提供有力的保护。
同时润滑剂还要具有适合的粘度,适应四季温度变化,在-30℃及以上温度可以正常施工。
以上是针对润滑剂总体而言的性能要求,对于干膜型的润滑剂,还要考虑成膜时间、对基材的附着力等因素。
5 高强螺栓润滑剂的主要应用部位高强度螺栓在风电机组上的应用部位,也就是润滑剂的应用部位。
高强螺栓在风电机组上的应用部位很多,主要集中在三个方面:一是轮毂工装与变桨轴承安装;二是叶片与轮毂的连接;三是塔筒连接。
每个叶片都需要一圈螺栓与轮毂连接,3个叶片的连接用螺栓在160套左右。
塔筒一般分为三级或四级,每节20 m 左右。
塔筒与地面之间,各级塔筒之间的连接全部用高强度螺栓,总共需要大约300-500套螺栓。
在这些使用高强度螺栓的部位,都需要使用润滑剂。
此外,风电机组其余的部位,只要使用了大尺寸的高强度螺栓,或者图纸对预紧力做了要求,也都建议使用螺栓润滑剂。