風(fēng)電機(jī)組螺栓

風(fēng)電機(jī)組螺栓的安全設(shè)計(jì)探討前言螺栓聯(lián)結(jié)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組裝配中的重要裝配方式，幾乎涉及到風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的所有部件。因此，螺栓的選用和強(qiáng)度校核是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可靠性的重要保證。隨著我國(guó)風(fēng)電事業(yè)的跨越式發(fā)展，伴隨著風(fēng)力發(fā)電成本不斷下降，風(fēng)電機(jī)組的價(jià)格也越來(lái)越低，各大風(fēng)電設(shè)備總裝企業(yè)的價(jià)格戰(zhàn)已經(jīng)進(jìn)行到了白熱化階段。如何在降低成本的情況下，保證風(fēng)電機(jī)組的質(zhì)量，成為各大風(fēng)電企業(yè)面臨的重要問(wèn)題。螺栓作為風(fēng)電設(shè)備的重要聯(lián)結(jié)件，由于其各特性的不確定性，成為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)過(guò)程中降低成本的主要難點(diǎn)之一。螺栓聯(lián)結(jié)現(xiàn)狀現(xiàn)階段，我國(guó)風(fēng)電機(jī)組的螺栓失效問(wèn)題已經(jīng)在聯(lián)結(jié)塔筒法蘭的高強(qiáng)度螺栓上有所體現(xiàn)。主要失效形式為：安裝麥搶帶發(fā)生滑絲、扭斷、屈服、甚至拉斷等現(xiàn)象；設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生螺栓斷裂，威脅機(jī)組運(yùn)行，嚴(yán)重者甚至造成風(fēng)力發(fā)電機(jī)組倒塌。塔筒高強(qiáng)度螺栓出現(xiàn)這些問(wèn)題的原因，除了螺栓本身的質(zhì)量不合格外，設(shè)計(jì)過(guò)程中的理論與經(jīng)驗(yàn)不足也不容忽視。螺栓校核的主要方式現(xiàn)階段，人們主要通過(guò)利用有限元軟件分析和科學(xué)計(jì)算兩種途徑來(lái)對(duì)螺栓的可靠性進(jìn)行設(shè)計(jì)和校核。在運(yùn)用有限元軟件進(jìn)行分析［1］的過(guò)程中，我們可以通過(guò)直接加載法、等效力法、等效應(yīng)變法和等效溫度法來(lái)實(shí)現(xiàn)預(yù)緊力的加載。但是這些加載方法或者不能傳遞剪應(yīng)力，或者不能模擬現(xiàn)實(shí)中螺栓與被聯(lián)結(jié)件的摩擦行為，且無(wú)法考慮螺母松動(dòng)情況導(dǎo)致的預(yù)緊力損失。導(dǎo)致在實(shí)際的有限元模擬過(guò)程中，產(chǎn)生的螺栓應(yīng)力偏大，因此，一般不作為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組螺栓結(jié)構(gòu)校核的手段。nin行科學(xué)計(jì)算時(shí)?人們喊苦采用材料力學(xué)理論進(jìn)行常規(guī)訂?算.我茗采用衣強(qiáng)度啤栓計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)VD12230來(lái)進(jìn)行計(jì)算。3.螺栓聯(lián)結(jié)的計(jì)算理論3.1常規(guī)計(jì)算方法塔簡(jiǎn)法-爆栓采用緊聯(lián)結(jié)，在丄作栽荷作川之麗，螺栓已受到預(yù)緊力F?的作用.?此時(shí)螺栓的受:力狀態(tài)為復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)：包含嚟紋力矩兒.產(chǎn)生闡切用力T1和預(yù)緊力F產(chǎn)生的拉應(yīng)力CT0根抿第四議度理論，此時(shí)嚴(yán)生的當(dāng)址拉:應(yīng)力為；后I；=L3o當(dāng)螺株受到工作載荷以片，燃栓淺到的總拉力F。并不等于預(yù)緊丿JF和工作載荷F之和。由于丁件載荷會(huì)造成煤性和被聯(lián)結(jié)件變形,通過(guò)靜力平衡和變形協(xié)調(diào)條件可求得螺梯的總拉力為T?作載荷與殘余預(yù)緊力卜、"之和CFh'+F(I)假設(shè)心和巾分別表示螺栓和被聯(lián)結(jié)件的剛度.通過(guò)變形協(xié)調(diào)良系可得：打十十令HF(2)其中(!>為載荷比例系數(shù)，由式(2)可知，螺怡的總拉力也等于預(yù)緊丿Mil上部分工作載荷。影響就荷比例系數(shù)的因素包含煤栓勺被以站件的材料、結(jié)構(gòu)、尺寸及工作戟荷的位骨等。如果愫栓的裁荷過(guò)大.就會(huì)逍成咲結(jié)出現(xiàn)製縫為避免這種悄呪.必須保證鍍氽偵緊丿JF“玄確定完殘余預(yù)緊力以后，即可通過(guò)(1)式來(lái)求得踝栓的總拉力；占慮到極限悄況，在受匸作載荷的情況卜補(bǔ)擰竦栓，媒檜可按下式進(jìn)行設(shè)汁綜上所述.常規(guī)設(shè)汁訃算噱栓的步驟為：$<]定螺性工況，得出工作載荷；②確定嫌氽預(yù)緊力；③計(jì)算螺檢總拉力：4④切選帰栓，確定噱栓的各種參數(shù)：⑤對(duì)初選螺檢利川；(3J式進(jìn)行校核，如卑合適就進(jìn)行下一步.否則審新選擇媒栓：⑥逬行疲勞強(qiáng)世校垓；療)校核表面壓力。3.2VDI2230準(zhǔn)則與常規(guī)計(jì)算相比,VD12230壽慮J'偵緊時(shí)螺栓的松地，高錢度驟栓在擰緊后不久偵緊力降低2%~.3%,這種現(xiàn)象叫做松弛。產(chǎn)生松弛的Ki因有:媒紋血、支揮血等接臟衣面的粗槌度、形狀說(shuō)差等引起的塑性變址.支禪面妁沉I箔和蠕變等,，根掘德國(guó)Junker試験得劍的試驗(yàn)結(jié)果r最后下沉業(yè)在2卩小以內(nèi)時(shí)的交犀圧力叮作為材料的“限界支承壓力”.此時(shí)對(duì)預(yù)緊力的變化影響很小，同M52230還考慮了載荷引人系數(shù)等參數(shù)，丿丿爭(zhēng)通過(guò)嗣學(xué)計(jì)算求得各項(xiàng)參數(shù)、世人限度地把經(jīng)臉值進(jìn)行理論化。YDI2230的卄算少驟111為「①輛定丄作載荷；②估計(jì)井定義辣松尺寸「③覘定擰緊系數(shù)；④磁定殘氽預(yù)緊力：⑤，確定比例系數(shù)和欲荷引入系數(shù)」⑥計(jì)算応人造成的預(yù)緊力損失；⑦確定裝配力及嫖檜尺，]?,如川確定擁栓=初選螺栓啟所變化，則亟復(fù)前預(yù)步猱；⑧校核爆栓強(qiáng)度；⑨校核噪怡皴開(kāi)強(qiáng)度;⑩校核表面壓力。各少的計(jì)算過(guò)稈在VI)12230中邯有年細(xì)的說(shuō)明；4.螺栓的上要參數(shù)選擇和失效形式4.1載荷引入系數(shù)的確定夜VD12230中，考慮載簡(jiǎn)引入采數(shù)n后，(2)武可演變?yōu)椋?=F+吒魯嚴(yán)=F—砒’(4)荻荷引人系數(shù)的產(chǎn)生與壓力徳的分布冇關(guān)，螺栓在預(yù)緊力的作川下形成壓.力誹，法蘭寬度、厚度和嫖距郝會(huì)影響壓力鏈的形成a半螺檢受到蒂載吋，注飛和墀條在載荷作川下產(chǎn)生細(xì)微的變形“慶蘭平血卄始傾斜，作川點(diǎn)位于壓力錐內(nèi),當(dāng)法蘭出現(xiàn)離縫時(shí),作用點(diǎn)便公移出壓力錐。壓力誰(shuí)的變化,也將啓致力導(dǎo)人位芒的變化.力導(dǎo).人位愛(ài)越靠近接縫，

擁栓所瑕受的附加丿丿越小。力導(dǎo)人付注在按逢處和擁頭處栽荷引人系數(shù)分別為0和I兵津計(jì)算公式如卜?：翼中勺為上分板黴卸狄部分的剛度.爍為下分板被卸載郃分的剛度“由此可知，在風(fēng)丿丿發(fā)電機(jī)紐螺栓計(jì)算中.塔筒嫦栓的載荷引人系數(shù)為I.而?倫技與上軸之間的燃栓栽荷引入系數(shù)AO.SI之間?需要訃算求得〉4.2高強(qiáng)度繆栓殘余預(yù)緊力的確定依照國(guó)內(nèi)的卄算方法，殘余預(yù)緊力的収値不僅要人于:零。圧要保蒲一疋的數(shù)值.其庫(kù)勵(lì)取伍與T作條件有關(guān)；當(dāng)T.作載荷沒(méi)冇變化時(shí).2=(0.2~0.6｝叫巧工作載荷冇變化時(shí),r=<0.6-1)F；當(dāng)螺?栓用丁密対壓力容器時(shí).F'*=(1.541.R)札,而根按VD1223O.螺檸的設(shè)計(jì)淺余血幣力則需耍通過(guò)屈服強(qiáng)度條件獲得.需克服欖向載荷Fq,瀟足條件FQF卄。4.3高強(qiáng)度蠟栓扭矩系數(shù)的確龍汁算摞栓聯(lián)結(jié)中扭緊螺?怡所爲(wèi)要的丿丿範(fàn)公式^-taoX?unp.+牛uFrf(6)其屮dz為堤絞中袴.d為螺紋大腔,入為喔紋升角，P.為當(dāng)E摩擦角,譏為當(dāng)J摩擦半徑，F(xiàn)為摞栓口被聯(lián)結(jié)件之間閘摩擦系數(shù)：rh上試可知，怫栓擰緊力矩。為三部分：第?部分由升角產(chǎn)生.用于產(chǎn)生預(yù)緊力，嶂師的夠而上要休現(xiàn)尬這一部分；第一?部分出螺級(jí)副卑擦產(chǎn)唯，彫響閃素冇摩按系數(shù)和牙卿侑；第二部分由支搏面準(zhǔn)擦產(chǎn)生.彫響岡索主要為摩凜系薇和犁圈的丿L何尺寸“便不同.摩擦系數(shù)的情況卜，=部分所占的比例各不相同，由徳國(guó)SQLklZ公帀提供的數(shù)據(jù)可知.辦:摩掠系數(shù)為0.館~0.15之問(wèn)時(shí),第?部分消耗10%~20%力紙第一部分消耗菇％~40%,丿丿範(fàn).第三部分消耗^-taoX?unp.+牛uFrf(6)通常我們圧義扭矩系數(shù)K.來(lái)代祎麗衞的部分.令K舟尋皿入*爭(zhēng)叫"呂”C7)K,可以是經(jīng)驗(yàn)值，也口J■以是計(jì)算值。美國(guó)鐵略I.裸師學(xué)會(huì)規(guī)崔KR2B徳1974年規(guī)定.嫖栓涂二硫化卡目時(shí)K,=0.15-0.16,涂少品油時(shí)K,=0.2~0.21,日本國(guó)鐵折梁所規(guī)定K,=0.15~0.19=如欲猜確拎制K.的值?必須時(shí)漿栓連接的螺距、才型角和卒掠系數(shù)出行特確控制?：嫖壯和牙熨角為瞟栓的基本參數(shù)，只會(huì)竹：一定的公是范用內(nèi)變化,而鈿系數(shù)則受材料、表面狀態(tài).制造公公等M索影舊，一言足斫究的難點(diǎn)，4.4畐強(qiáng)底螺栓阜擦系數(shù)的確定墮擦系數(shù)選屋過(guò)大時(shí).在產(chǎn)生一定的冏緊力情況下.需雯的預(yù)緊力館將會(huì)很大，過(guò)大的預(yù)緊力矩將會(huì)增辦II裝覘的舉度和成札摩擦系數(shù)選擇過(guò)小,產(chǎn)生-淀預(yù)緊力的悄況卜.伴陸聽(tīng)需預(yù)緊丿J矩的誠(chéng)小，相應(yīng)的用于防松的摩擦力矩也會(huì)變小。在-般悄況下，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組縹性的凈擦系數(shù)應(yīng)控制在一定的范圈山，此范鬧為經(jīng)盼值，各廠家根據(jù)各白的信況冇所變化.筆者建議在這個(gè)値圍內(nèi)，摩擦系數(shù)應(yīng)適十取大信，彩響嗟推系數(shù)的因索很翁.摩擦曲的材料.志面處理惜況.潤(rùn)滑狀態(tài)，零件公差等因素確定以，斤隙擦系