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分析风电机组整机倒塌与安装因果关系

更新: 2013-3-28
分析风电机组整机倒塌与安装因果关系
 
     春节过后新的一年又是安装风电机组高潮的季节了。由于近三年风电机组发生脱网和高低压穿网等问题不断发生,经近年有关专家努力研究已经完成了低电压穿越能力等相关技术改造,基本上解决了上述问题。而机舱内机械设备,如轮毂内机械松动造成坠头,风轮坠头造成叶片损坏屡见不鲜,大大小小风轮坠头近几年已有数百台之多。甚至从2009年到2011近三年,整机倒塌十几台,每台数千万元以上,损失数百亿元。对全国风能行业是一个很小的数目,损失属微不足道的,只当交学费。而对风电机组企业来讲是个损失不小的数目了,甚至导致企业倒闭。至今为止,整机倒塌真正原因还没有找到,风轮坠头更没人去研究分析了。(从国外资料查看,风机整机倒塌从来没有)国内整机倒塌几十台说明什么呢?从整机倒塌部位看,大多数发生在塔筒与塔筒连接处的法兰盘处断裂,风电机组坠头和叶轮打坏损伤(包括机仓内设备损坏)多是与安装技术有关,也与强度螺栓、螺柱、螺母的质量有重大关系。
     风电企业老总们应该重视一下了。首先分析一定要搞清楚风电机组是属静态状态,还是动态状态。这关系到安装紧固技术性问题了(国外就是技术性数据不肯卖给国内)。国内紧固标准有化工部标准,有航空标准,有建设部紧固标准等等,各有各的科学道理。现代人讲就是采用在静态上还是动态上连接紧固是不同的。这关系到安装高强度螺栓螺母预紧力和预紧扭矩值的重要数据,关系到安装后风电机组整机倒塌和几十年不会倒塌的质量问题了。许多风电老总们还认为风电机组属于静态工作范畴,只有风轮叶片数动态,故会造成风电机组整机倒塌几十台重大事故发生,今后不断会倒塌。风电设备的工程师们没有搞清楚塔筒与塔筒连接处属于动态还是静态,听了不负责任专家讲是静态就按静态要求去紧固连接处的螺栓螺母了。故造成螺栓螺母松动,使塔筒与塔筒,塔筒与轮毂连接紧固螺栓摩擦塔筒法兰孔壁后摩擦突然断掉,造成轮毂风轮坠头。重者机舱内设备损坏,轻者枫叶打坏。甚至风轮坠头时造成强大的振动把塔筒捶个凹坑。何况塔筒与塔筒法兰连接处由于高强度螺栓螺母没有按建设部发布的中华人民共和国建筑工业行业标准:“建筑机械与设备高强度紧固件技术条件,JG/T5057.40-1995预紧力与预紧扭矩值(摩擦系数μ≥0.14)”。何为建筑与机械设备呢?桥梁、大型机器安装、风电设备、建筑安装使用在塔吊的高强度螺栓螺母,码头上的吊机支承螺柱及船上重型吊机。进口大型设备安装多必须采用建设部发布的行标执行连接紧固,JG/T5057.40-1995预紧力与预紧扭矩值(摩擦系数μ≥0.14)技术要求,或者采用德国对风电机组紧固的技术要求(德标DASt)。大直径高强度螺栓预紧力和预紧扭矩最低值才能确保螺栓螺母50年不会松动。这是科学家研究出来的科学依据,世界通用的对动态工作状态连接紧固科学方法,防止螺栓螺母松动的科学技术方法。从力学角度讲,当科学扭矩紧固后,高强度螺栓靠自身收缩弹性使螺栓螺母不会松动,只有按科学。部标要求预紧力和预紧扭矩最低值(摩擦系数μ≥0.14)”技术要求紧固,塔筒与塔筒法兰盘连接高强度螺栓螺母不松动。塔筒连接处在风轮转动和风叶转动所带来的强大振动及冲击振动不会造成移动。螺杆部分不会受塔筒法兰盘的孔壁摩擦,使螺栓不受摩擦而断。反之,按钢结构GB/T1228紧固其中低的摩擦系数只有0.11。故会造成螺栓螺母还没有松动,螺栓就断裂了。突然性的,无法预防的。
      由于竞争的需要,企业放低了紧固摩擦系数值的要求,使桥梁倒塌、塔吊倒塌、机械设备损坏屡见不鲜。故在1995年建设部发布“中华人民共和国建筑机械与设备高强度紧固件技术条件标准:JG/T5057.40预紧力与预紧扭矩值(摩擦系数μ≥0.14)”。这标准是老前辈科学家研究出来后,从新翻版警示大家连接紧固要求有动态要求,有静态要求。严格讲,高强度螺栓、螺母质量有合格不合格之分。动态上使用的高强度螺栓讲的是螺栓芯部必须达到机械性能要求。在预紧力与预紧扭矩值(摩擦系数μ≥0.14)紧固值是不会扭断,不会屈服拉长,更不会滑丝。否则是螺栓质量问题,更不是超扭问题。因为风电机组上使用10.9级高强度螺栓淬火必须达到90%马氏体,回火出来是索氏体,而不是铁素体。故在扭矩值(摩擦系数0.18)时也不会扭断或扭屈服或滑丝,故不能统一用一个标准紧固值衡量不同的安装连接紧固技术要求。静态工作状况如化工管道法兰连接、厂房钢架连接可以按GB/T1228紧固要求,而动态工作状况及高空设备连接螺栓必须按动态紧固要求紧固。因为螺栓断裂往往是摩擦后断裂,是突然性的。就算安装先进测量螺母松动器会报警时没有用的,因为螺栓螺母是质量问题引起安装后摩擦而断,也就是风电机组安装后受振动而脆断所造成的。所以讲风轮坠头和整体倒塌是安装没有按科学紧固,紧固扭矩值太低,用静态扭矩值使用在动态扭矩值上造成几百台风电机组轮机坠头。几十台整机倒塌必然结果,也是安装与倒塌因果问题所在。
      为什么进口螺栓在安装时扭不断,扭不屈服。原因是国外进口螺栓技术标准机械性能有不同要求。比如国外进口螺栓讲究螺栓芯部韧性较好,在安装紧固预紧力和预紧扭矩值大于(摩擦系数μ≥0.15)为最低紧固扭矩值,紧固后靠螺栓自身弹性伸涨收缩达到自锁防松目的。
      大型风电机组由于直径6米以上,平稳度较好。但是在安装紧固按静态要求,经2年到3年必然也会风轮坠头和整机倒塌。因为经2年风轮转动和风叶转动产生强大振动,造成连接处部位往某处移动,产生摩擦螺杆,经摩擦剪切突然断裂整机而倒塌,防不胜防。只不过直径大,坠头倒塌发生2年后。科学安装连接紧固一定要按行业紧固到位,才能使螺栓螺母不会松动,才能确保风电机组在数百次转动产生振动时塔筒连接处不会发生移动。螺栓不会与塔筒法兰盘内孔壁发生摩擦而剪切断裂。螺栓质量是确保安装在科学紧固时不扭断、不屈服、不滑丝的重要性。而不是因为在扭矩时扭断、扭屈服拉长或滑丝改变或降低紧固扭矩值,故发生几百台风机坠头和几百台风机整机倒塌事故发生。故要求安装必须科学。
为什么进口螺栓螺柱在安装时预紧力为屈服强度70%和预紧扭矩值(摩擦系数μ≥0.15)扭不断、扭不屈服。而国内生产出来的高强度10.9级螺栓螺柱预紧扭矩值(摩擦系数μ≥0.14)时会被扭断或扭屈服及扭滑丝呢?
      由于国内近几年生产螺栓厂家采用淬火机床来淬高强度螺栓螺柱,而造成螺栓螺柱一扭就断的恶果,故在安装紧固时只能放低紧固扭矩值。实际淬火机淬出来的螺栓螺柱其本身有严重的质量问题,学过材料力学知识的人都知道。淬火机床淬火螺栓螺柱速度飞快,每次从螺栓螺柱放进去到出来不会超过25分钟。在这么短时间内碳原子、铬原子、钼原子及其他合金原子无法达到均匀化,奥氏体也没有均匀化,就是平时讲没有淬透。测验硬度和抗拉强度多合格的。由于淬火机床淬火时间短,钢材中的合金原子和碳原子在这短短25分钟内无法完成它的均匀化,并且奥氏体还没有安全均匀化就出淬火机床淬火炉了。故在安装紧固扭矩最低值时扭断或扭屈服了。淬火机床淬高强度10.9级螺栓螺柱绝对不科学,懂点力学知识和材料知识的人都知道。淬火机床淬其他产品以快为优点,但是高强度10.9级机械性能要点是冲击功和扭矩最低值(摩擦系数μ≥0.14),由于淬火机淬的快,碳原子、合金原子来不及在钢中溶于铁素体和奥氏体也还来不及均匀化故造成一扭就断。
      因为淬火机淬的快,钢成分在这短时间无法均匀化,特别有些部位还没有来得及奥氏体均匀化就出炉了,没有均匀化最怕扭矩紧固。国外风电机组资料上写的高强度规格和机械性能技术要求,取试棒是螺栓芯部做拉伸测检必须达到技术要求。而国内对大直径取试棒做拉伸测检是从1/4处取样的,从力学材料角度讲,有着很大差别的。故在紧固扭矩时会一扭就断,一扭就屈服。国外从芯部取样数据时抗拉强度大于1000MPa;屈服强度≥900MPa;伸长率≥12%,这些是机械性能的技术要求,而不是标准。
而国内不管是大规格或小规格只讲究标准。只要标准合格,在安装时可以协商扭矩值,可以把扭矩值放低,不顾科学对机械设备、桥梁、塔吊、风电机组防止螺栓松动的最低扭矩值的要求去紧固,造成近几年风电机组整机倒塌几十台,风电机组坠头几百台的重大事故。并且风机不断在坠头,原因安装不科学。比如8.8级、9.8级、10.9级、12.9级它们多是按预紧力为屈服强度70%而预紧扭矩最低值(摩擦系数μ≥0.14)是科学防松的最低值,而不是协商解决把扭矩紧固值放低来满足螺栓螺柱要求简直荒唐。故会造成塔吊倒塌,桥梁倒塌,风电机组倒塌恶劣事故屡次发生。
      在国内生产螺栓厂家,没有核心科技团队,怎能可以否定物理科学家们研究出来的成果。凭几家生产螺栓厂小字辈们研制低扭矩值也算当代科技发明吗?实在荒唐。
老一辈中国科学院力学研究所在钱学森力学所长带领的一代研究员们和全国力学博士生几百人的核心团队研究出来的扭矩最低值(摩擦系数=0.14)包过8.8级、9.8级、10.9级、12.9级多是最低扭矩值(摩擦系数μ≥0.14)才能防止螺栓螺母几十年不会松动的科学依据,还不能说服生产螺栓厂家所谓技术员专家吗?
安装必须依据科学紧固,否则风电机组还会成几百台倒塌坠头,塔吊、桥梁还会倒塌。对高强度10.9级螺栓螺柱紧固技术要求不能降低,更不能因为螺栓螺柱被扭断、扭屈服时来满足螺栓螺柱要求,降低扭矩值。
      真正的10.9级如材质42CrMo或B7预紧力屈服强度70%预紧扭矩值在(摩擦系数=2.0)时不会被屈服,更不会被扭断。最低扭矩值(摩擦系数=0.14)是一个防止螺栓螺母科学依据值,离被扭屈服的值相差很多。这就是物理学家研究出来能防松,又离扭屈服有一定保留值(保留着一定的扭矩值)。
      请风电机组老总静下来仔细细算一下,当风电机组法兰盘上使用120付高强度10.9级规格M56直径螺栓,它在预紧力和预警扭矩最低值(摩擦系数μ=0.14)不会松动时,120付就成为一个整体能承受的力是25831吨。材质42CrMo或B7经几百万次振动螺栓疲劳后,根据铬钼钢材料疲劳后还能承受7700吨。按风电机组塔筒加上机仓和叶轮叶片等总重量约500吨,在100米左右产生的振动力总和力为6.5倍计3250吨。应该讲风电机组不会倒塌的,更何况顶层螺栓螺母也按预紧力和预紧扭矩最低值(摩擦系数=0.14)紧固成为一体,受振动虽然大,疲劳度来的早,但承受力要小的多,发生坠头更不应该了。近年来许多厂家使用淬火机床淬火,虽然淬的快,问题就是出在快。淬的快碳原子、合金原子来不及在钢中溶于铁素体和奥氏体中,造成回火后不均匀,增加应力点集中处无法回透。使用淬火机床淬出来的螺栓经不起科学扭矩最低值的考验,一扭就断(如果提高回火温度使螺栓回软又成为一扭就拉长屈服了),故螺栓行业要求放低扭矩值是很正常的。但是安装有安装行业的要求,不按科学安装紧固扭矩最低值(摩擦系数μ=0.14)就不会发现螺栓的质量问题。本来在安装时就可发现螺栓质量问题,及时调换可以避免风机倒塌和坠头事故。结果为了满足伪劣螺栓,放低扭矩值,实在可惜可悲。风电机组设计是正确的,无可非议的,安装科学可避免风电机组整体倒塌和坠头事故发生。
 
   
 
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