風電機組高強螺栓安裝標準要求
風電機組高強螺栓安裝標準要求
風電機組上的螺栓規(guī)格和數(shù)量眾多，螺紋規(guī)格M30以上的高強螺栓，是風電機組基礎、塔筒、機艙、輪轂、葉片之間連接的關(guān)鍵部件，螺栓緊固后預緊力值的大小及預緊力的分散度，直接影響到整臺風力發(fā)電機組的運行安全。目前國內(nèi)尚未有一本全面、的高強螺栓規(guī)范，與高強螺栓相關(guān)的標準規(guī)范出自于不同部門，有的出版年代較遠，有些數(shù)據(jù)指標不一致。本文綜合高強螺栓的相關(guān)規(guī)范，對高強螺栓的試驗檢測項目、安裝要求、質(zhì)量檢驗進行了梳理。同時結(jié)合工程實際經(jīng)驗列出螺栓現(xiàn)場檢驗經(jīng)常出現(xiàn)的質(zhì)量問題，分析原因并給出了應對措施。
風電機組高強螺栓連接形式與規(guī)格數(shù)量
風電機組高強螺栓連接形式與規(guī)格數(shù)量高強螺栓連接有以下三種形式：（1）高強螺栓（釘）連接：由一個螺栓和一個平墊圈組成；（2）高強螺栓副連接：由一個大六角螺栓、一個螺母、兩個平墊圈組成；（3）高強螺柱連接：由一個螺柱、一個螺母、一個平墊圈組成。高強螺柱又叫雙頭螺栓或雙頭螺柱。
不同風電機組廠家甚至同一廠家不同風電場高強螺栓的數(shù)量、規(guī)格及扭矩值各不相同，安裝時應以作業(yè)指導書為準。
高強螺紋緊固件緊固工具有手動力矩扳手、電動力矩扳手（俗稱快槍）、液壓力矩扳手、液壓拉伸器等。每臺設備的修正系數(shù)各不相同，必須經(jīng)過校驗合格后對照參數(shù)表使用。
高強螺紋連接副的抽檢數(shù)量及試驗項目
一、抽檢數(shù)量的相關(guān)規(guī)定
根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)用高強度大六角頭螺栓、大六角螺母、墊圈技術(shù)條件》GB/T 1231－2009檢驗規(guī)則中5.1規(guī)定“同批高強度螺栓連接副最大數(shù)量為3000套。"根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)高強度螺栓連接技術(shù)規(guī)程》JGJ82－2011條文說明中7.2.2規(guī)定“高強度螺栓連接副進場驗收屬于復驗，其產(chǎn)品標準中規(guī)定出廠檢驗最大批量不超過3000套；作為復驗的最大批量不宜超過2個出廠檢驗批，且不宜超過6000套。"有一點需要注意，該規(guī)范與GB/T1231－2009中螺栓試驗參數(shù)僅適用于M12－M30，且不適用于雙頭螺柱。
根據(jù)《風電機組塔架用高強度螺栓連接副》NB/T31082－2016檢驗規(guī)則中6.7規(guī)定“抽檢以螺栓連接副批次為單位，同批螺栓連接副最大數(shù)量為5000套。"該規(guī)范中螺栓試驗參數(shù)規(guī)格為M36－M64。
綜上所述，建議螺紋規(guī)格M36及以上的高強螺栓進場后每批次抽檢不超過5000套；螺紋規(guī)格M36以下的每批次抽檢不超過6000套。
二、抽檢試驗項目的規(guī)范要求
根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，高強螺栓抽檢試驗一般包括以下項目：螺栓楔負載試驗、螺母保證荷載試驗、螺母硬度試驗、墊圈硬度試驗、螺栓連接副扭矩系數(shù)試驗，上述試驗抽檢數(shù)量均為8件。螺紋脫碳試驗試件數(shù)量為3件。螺栓送檢時應附制造廠的質(zhì)量檢驗出廠報告，報告中應包括批號、規(guī)格、數(shù)量、材料、爐號、化學成分、試件拉力試驗和沖擊試驗數(shù)據(jù)、實物機械性能試驗數(shù)據(jù)、連接副扭矩系數(shù)測試數(shù)據(jù)等內(nèi)容。需要注意的是潤滑劑應隨螺栓一起送試驗室，并嚴格按照安裝指導手冊要求進行涂敷。某風電場高強螺栓送檢時，未告知試驗人員在墊片與螺母、螺栓頭接觸面涂敷潤滑劑，致使扭矩系數(shù)超出規(guī)范規(guī)定的平均值0.110～0.150范圍。重新送檢并按照安裝指導手冊要求涂敷潤滑劑后檢測合格?！讹L力發(fā)電機組高強螺紋連接副安裝技術(shù)要求》GB/T33628－2017（2017年5月12日發(fā)布，2017年12月1日實施）指出，抗咬合劑推薦使用二硫化鉬含量大于30%的潤滑劑。螺栓外螺紋潤滑劑涂敷厚度約為螺紋深度的1/2，螺母及墊片接觸面上的潤滑劑涂敷厚度約為0.1mm。JGJ 82－2011中6.1.5規(guī)定“高強度螺栓連接副的保管時間不應超過6個月。當保管時間超過6個月后使用時，必須按要求重新進行扭矩系數(shù)或緊固軸力試驗，檢驗合格后方可使用。"因此到場的高強螺栓應及時按批次和數(shù)量要求送檢，安裝使用不宜超過出廠時間6個月。
高強螺紋連接副安裝指導要求
風電機組內(nèi)高強螺紋連接副安裝程序各個風電機組廠家會有所不同，某風電機組廠家螺栓安裝指導程序如下：
首先用電動扭矩扳手1000N.m完成初擰，再按扭矩設計值75%米字形對稱分區(qū)復擰，最后終擰至扭矩設計值。GB/T33628－2017中規(guī)定三次施擰扭矩值分別為10%扭矩值、50%扭矩值、100%扭矩值。一般情況下企業(yè)標準高于國家標準，建議按風電機組廠家指導手冊執(zhí)行。
根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)程》GB50205－2001中規(guī)定，高強度螺栓終擰后螺栓絲扣應外露2～3扣，其中允許有10%的螺栓絲扣外露1扣或者4扣。
高強螺紋連接副施工質(zhì)量檢驗
根據(jù)JGJ82－2011第6.5.1款，高強螺栓緊固質(zhì)量檢查方法如下：（1）用小錘（約0.3kg）敲擊螺母對高強螺栓進行普查，不得漏擰。（2）終擰扭矩應按節(jié)點數(shù)抽查10%，且不應少于10個節(jié)點；對每個被抽查節(jié)點應按螺栓數(shù)量抽查10%，且不應少于2個螺栓。（3）檢查時在螺桿端面和螺母上畫一直線，然后將螺母擰松約600；再用扭矩扳手重新擰緊，使兩線重合，測得此時的扭矩應在0.9Tch～1.1Tch范圍內(nèi)。（4）如發(fā)現(xiàn)有不符合規(guī)定的，應再擴大1倍檢查，如仍有不合格者則整個節(jié)點的高強度螺栓重新施擰。（5）扭矩檢查宜在螺栓終擰1h以后、24h之前完成，檢查用的扭矩扳手其相對誤差應為±3%。需要注意的是：GB50205－2001第6.3.2款規(guī)定應在1h后、48h內(nèi)進行終擰力矩檢查；GB/T33628－2017第8.1.1款規(guī)定應在4h～24h內(nèi)進行復檢。三個規(guī)范在復檢時間上有所不同。隨著工程技術(shù)的科技進步，建議按最新標準執(zhí)行。
監(jiān)理單位對機艙與輪轂連接處高強螺栓在復擰后抽檢10%，終擰后抽檢20%；其他部位隨機抽檢數(shù)量在10%以上。抽檢時用不同于施工單位劃線顏色的記號筆在螺栓上做防松標識。劃線要求從螺桿尾部、螺絲、螺母、墊圈一直到法蘭面劃一條不間斷的直線，特別是在螺母、墊圈交接轉(zhuǎn)角位置需注意劃線的連續(xù)性。驗收完成后監(jiān)理人員在塔筒上寫下名字和驗收日期。螺栓緊固、驗收的劃線情況是創(chuàng)優(yōu)檢查的重要一項，整齊規(guī)范的劃線可作為創(chuàng)優(yōu)的一個亮點。
塔筒法蘭部位螺栓應在安裝300h后對防松標識進行全數(shù)檢查，機組運行500h后應對機組高強螺栓（釘）進行全數(shù)檢驗。在風電機組正常運行期間運營單位應對螺栓進行定期巡檢，巡檢周期及檢驗內(nèi)容見GB/T33628－2017規(guī)范要求。運行兩年以上的機組高強螺栓年檢抽樣率不應低于10%。
螺栓現(xiàn)場檢驗易出現(xiàn)的質(zhì)量問題
一、螺栓銹蝕現(xiàn)象
幾乎每個海上風電場設備到場檢驗，均能發(fā)現(xiàn)有部分螺栓生銹的現(xiàn)象。大部分是由于管理不到位造成的，如螺栓到貨清點后沒有包裝好，海上運輸風浪較大時海水濺在螺栓上，導致發(fā)生銹蝕現(xiàn)象。葉片上的高強螺柱是隨著葉片一起到現(xiàn)場的，絲扣部位涂敷二硫化鉬有一定的防腐蝕作用，但不能*避免銹蝕。某風電場葉片到貨驗收發(fā)現(xiàn)部分螺栓有生銹現(xiàn)象，分析原因可能是螺栓的防腐處理不到位（見圖1）。某風電場底塔安裝后因故長時間放置，塔筒上部蓋有鐵質(zhì)防雨罩子，但除濕機供電時斷時續(xù)，致使塔筒內(nèi)高強螺栓受鹽霧腐蝕嚴重（見圖2）。對于高強螺栓銹蝕的問題采取更換手段是最佳解決方案。
二、螺栓連軸轉(zhuǎn)現(xiàn)象
高強螺栓扭矩抽檢發(fā)現(xiàn)部分螺栓在液壓站加載時螺母與螺栓一起轉(zhuǎn)動。拆卸螺栓重新涂敷潤滑劑后，連軸轉(zhuǎn)現(xiàn)象消失（見圖3）?？茖W研究表明二硫化鉬在潮濕空氣中室溫即發(fā)現(xiàn)有氧化現(xiàn)象，但很微弱；在濕度與酸值都很高時，氧化才變得明顯。經(jīng)分析發(fā)生該問題的螺栓采用噴霧式二硫化鉬噴涂不均勻，噴涂后等待時間較長，海上空氣濕度大使二硫化鉬的潤滑效果降低。另一種情況是上下墊圈與螺栓頭、螺母觸面或螺紋上未涂敷潤滑劑，扭矩系數(shù)增大致使螺栓連軸轉(zhuǎn)。因此按要求涂敷潤滑劑后應及時進行吊裝作業(yè)。
三、墊圈、螺母放置方向不對
風電機組塔架螺栓連接副采用的墊圈、螺母為A型，即單面為平面無圓倒角，另一面有標志和圓倒角（見圖4）。墊圈設置內(nèi)倒角是為了與螺栓頭下的過渡圓弧相配合，安裝時墊圈倒角一側(cè)必須朝向螺栓頭，否則螺栓頭不能很好與墊圈密貼，影響螺栓的受力性能。對于螺母一側(cè)墊圈，因倒角側(cè)的表面平整、光滑，擰緊時扭矩系數(shù)較小且離散率也較小，所以墊圈有倒角一側(cè)應朝向螺母。安裝技術(shù)交底時可歸納為一句話：螺母和墊圈放置時有標志的一面朝向外側(cè)。
在安裝過程中有的螺母或墊圈放置方向錯誤，必須根據(jù)要求予以糾正。
四、墊圈、套筒漏放或規(guī)格錯用
部分施工人員責任心不強，存在漏放或錯用墊圈、套筒現(xiàn)象（見圖5）。在螺栓安裝質(zhì)量檢驗時會發(fā)現(xiàn)個別螺栓外露長度明顯與眾不同，顯得有些突兀，仔細檢查有可能是法蘭下方漏放或者錯用墊圈、套筒（見圖6）。風電機組高強螺栓連接副有M30、M36、M42、M48幾種規(guī)格，雖然規(guī)格、長度有差別，但工人責任心不強易發(fā)生混用現(xiàn)象，小直徑螺栓穿入大孔徑螺孔內(nèi)。這種螺栓混用情況非常危險，易造成規(guī)格較小螺栓最先斷裂影響到風電機組安全，必須進行更換。
五、扭矩值達不到設計要求
在高強螺栓扭矩驗收時經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)螺母松動偏離劃線較多，表明扭矩值達不到設計要求。造成這種情況的原因有多種，如扭矩值設置錯誤、加壓至預設值保載時間太短、終擰幾天以后進行驗收、終擰時漏擰等。但有幾種情況應引起重視，一種情況是液壓泵在長時間工作后，由于液壓油油溫升高等原因，加壓達到預設值的時間增長，同時預設扭矩值有減小的情況，若操作人員不注意會造成實際扭矩變小。另一種情況是在低溫0℃以下應注意更換低溫液壓油，以保證扭矩值與顯示值的一致性。此外使用不合格的液壓油管，油管接頭部位貼合不緊密，也可能造成壓力值上不去。建議當液壓泵工作一段時間后要檢查預設值是否變動，最好暫停一會，施工人員也可以得到休息和調(diào)整。
六、扭矩值超過設計要求
施工人員為了防止驗收時扭矩值達不到設計值返工重新施擰，在終擰時有意調(diào)高預設值。螺栓扭矩值是經(jīng)過科學計算的，不得擅自增加，防止出現(xiàn)過載造成螺栓斷裂或絲扣滑絲。為此螺栓安裝質(zhì)量檢驗時應嚴格按照JGJ82－2011規(guī)范要求，首先進行規(guī)范劃線，然后將螺母擰松約600；再用扭矩扳手重新擰緊使兩線重合，測得此時的扭矩應在0.9Tch～1.1Tch范圍內(nèi)則為合格。若檢查時使用設計扭矩值不能拆卸，必須加大扭矩值才能擰松螺母，則存在故意加大終擰扭矩值的可能性，由風電機組設備廠家評估確定是否需要更換全部的螺栓。
在進行技術(shù)交底時必須對工人講清楚超過設計扭矩值的危害性，杜絕此類事件的發(fā)生。
七、螺桿露絲長度不對
機艙與頂塔法蘭連接螺栓是雙頭螺柱，螺柱上部擰入機艙法蘭內(nèi)。某風電機組廠家要求螺母緊固后螺桿距法蘭外露長度為（57±2）mm（見圖7）。在實際施工中部分螺桿外露長度不符合設計要求，施工人員為了省時省力，使用管鉗夾住螺桿進行調(diào)整，造成絲扣嚴重受損，后期維護拆卸時螺母無法旋出（見圖8）。此類施工行為必須在技術(shù)交底時加以強調(diào)，驗收時加強檢查。螺紋受損的高強螺柱應予以更換。
正確的調(diào)整方法是使用兩個螺母和扳手進行調(diào)整。調(diào)整方法如下：將兩個螺母旋至螺桿中部，若螺栓過長則用扳手夾住外側(cè)的螺母向內(nèi)側(cè)施擰；若螺栓過短則用扳手夾住內(nèi)側(cè)的螺母向外側(cè)施擰，調(diào)整螺桿長度至設計值。
八、螺栓斷裂
大六角螺栓斷裂部位一般發(fā)生在螺桿與螺栓頭交接的地方。某風電場因聽從錯誤的安裝指導，墊圈未涂敷潤滑劑，扭矩系數(shù)變大會使螺栓實際扭矩值達不到設計值。經(jīng)風電機組設備廠家研究決定拆除螺栓重新涂敷潤滑劑。在螺栓拆卸再次安裝過程中發(fā)現(xiàn)有一條高強螺栓斷裂，斷裂面存在生銹的夾層，夾層面積大約為螺桿截面積的1/3，應該是在出廠時已存在質(zhì)量缺陷（見圖9）。高強螺栓在出廠時有全數(shù)探傷檢查環(huán)節(jié)，該問題的發(fā)生說明螺栓生產(chǎn)廠家質(zhì)量檢查存在把關(guān)不嚴的現(xiàn)象，應引起高度重視，嚴把檢驗關(guān)。
需要注意的是GB/T33628－2017中規(guī)定：同一部件使用的螺紋連接副應為同一廠家、同一批次的產(chǎn)品。高強螺栓、螺母、墊圈安裝后拆卸下的，基于扭矩法安裝的對預緊力精度有嚴格要求的不得再次使用。
九、螺栓穿不進去
某風電場進行第一節(jié)塔筒吊裝，在緊固部分螺栓后發(fā)現(xiàn)剩下部分的螺栓無法穿入，經(jīng)現(xiàn)場測量上下法蘭孔位錯位達20mm，法蘭間隙最大達到3mm（見圖10）。后來拆除該塔筒更換另一節(jié)塔筒可正常組裝說明鋼管樁樁頂法蘭不存在問題，對該塔筒底法蘭的圓度、螺孔間距等指標進行檢查，偏差值滿足規(guī)范要求。初步分析可能是塔筒吊裝未使用定位銷定位，塔筒吊具傾斜或者兩個吊具的吊點未在過圓心的直線上，致使塔筒底法蘭一側(cè)先著陸，上下法蘭螺孔有些許錯位，工人急于穿入螺栓、快槍打力矩，螺栓安裝逐步向另一側(cè)推進，待法蘭另一側(cè)著陸吊重*釋放后螺孔錯位偏差逐漸累積變大，以至于螺栓無法穿入。
通過該事件反映出塔筒、機艙、葉片吊裝必須設置3個以上的定位銷，以保證定位準確快速，同時可使機艙、葉片上已安裝螺桿的螺紋不受或少受損傷。更換定位銷時應使用專用螺母、套筒扳手去除雙頭螺柱；就位完成后拆除定位銷安裝雙頭螺柱。注意擰進機艙或葉片的螺柱部分應使用螺紋緊固劑（緊固劑的類型應根據(jù)環(huán)境溫度、螺栓是否經(jīng)常拆卸選用）。高強螺栓穿入后應嚴格按照安裝指導手冊要求分區(qū)、分級對稱緊固，不得省去復擰工序直接終擰。同時嚴把法蘭出廠檢驗關(guān)，法蘭圓度、不平整度、孔間距不符合規(guī)范要求的嚴禁使用。另外采用，其生產(chǎn)質(zhì)量相對而言更有保證。
結(jié)語
風電機組運行過程中，有50%以上的運行故障是由高強螺栓的松動和斷裂等螺栓失效原因引起的。避免螺栓失效的方法主要有兩種，一是要在設計時選擇合適的螺栓，并確保螺栓的質(zhì)量符合要求。二是螺栓安裝后要得到正確的預緊力，確保螺栓的預緊力與設計值相符，每條螺栓受力均勻。追本溯源，確保高強螺栓安裝質(zhì)量的根本在于安裝施工人員。提高安裝工人的責任心，使其嚴格照章辦事，是各級管理人員矢志追求的目標。
