螺栓安裝工藝性能評(píng)估方法及設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及螺栓維護(hù)、檢測(cè)領(lǐng)域，特別是涉及一種適用于風(fēng)電機(jī)組變槳軸承、偏航 軸承的螺栓安裝工藝性能評(píng)估方法及設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002] 根據(jù)某風(fēng)機(jī)廠商的質(zhì)量系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，近些年風(fēng)電機(jī)組螺栓失效率成上升趨勢(shì)。 螺栓斷裂會(huì)造成葉片脫落、風(fēng)電機(jī)組倒塔等問(wèn)題，此外，螺栓斷裂還會(huì)造成風(fēng)電機(jī)組內(nèi)部及 附近零部件的損傷，從而導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)，甚至?xí)虼硕仨毴ゲ鸪嚓P(guān)大部件 來(lái)進(jìn)行更換，這些問(wèn)題會(huì)給風(fēng)電市場(chǎng)帶來(lái)許多不利影響。目前，連接變槳軸承和輪轂的螺 栓，斷裂情況尤為突出，占斷裂螺栓總數(shù)的80%左右。僅申請(qǐng)人維護(hù)的1. 5MW風(fēng)電機(jī)組，出 現(xiàn)變槳軸承螺栓斷裂情況的就已累計(jì)高達(dá)近三百臺(tái)。部分現(xiàn)場(chǎng)由于螺栓頻繁發(fā)生斷裂引起 業(yè)主的不滿(mǎn)，嚴(yán)重影響了風(fēng)電機(jī)組的售后回款。
[0003] 風(fēng)電機(jī)組的偏航軸承與底座連接的螺栓、變槳軸承與輪轂連接的螺栓以及變槳軸 承與葉片連接的螺栓均易發(fā)生斷裂，目前只能由現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員在發(fā)現(xiàn)螺栓斷裂后按照要求 進(jìn)行更換，這樣的處理方式存在著一定弊端和局限性：
[0004] 1、目前發(fā)生螺栓斷裂故障后，只是進(jìn)行簡(jiǎn)單的更換，一般會(huì)根據(jù)工藝手冊(cè)更換斷 裂螺栓及其相鄰的5顆螺栓，當(dāng)斷裂螺栓數(shù)量較多時(shí)，會(huì)更換整個(gè)法蘭連接面的螺栓，不但 備件消耗大，而且工作量也大，有時(shí)為了取出斷絲，還得購(gòu)買(mǎi)特殊工具和花費(fèi)更長(zhǎng)時(shí)間；
[0005] 2、有的項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)，還存在螺栓越換越斷的問(wèn)題，在更換完螺栓后，新螺栓每隔一年 甚至不足半年即再次發(fā)生斷裂；
[0006] 3、有的現(xiàn)場(chǎng)在提高螺栓強(qiáng)度等級(jí)及施工力矩后，依然發(fā)生螺栓斷裂故障，甚至損 傷了螺栓孔。
[0007] 綜上所述，目前對(duì)于螺栓斷裂問(wèn)題，大家只針對(duì)于螺栓個(gè)體的材質(zhì)質(zhì)量、螺栓強(qiáng)度 等級(jí)等因素來(lái)分析螺栓斷裂原因，沒(méi)有將注意力放到整個(gè)法蘭面整體去考慮螺栓的受力， 忽略了螺栓連接是包含螺栓、螺栓連接體在內(nèi)的一個(gè)整體。
[0008] 由此可見(jiàn)，上述現(xiàn)有的風(fēng)電機(jī)組螺栓更換與維護(hù)在方法與使用上，顯然存在不便 與缺陷，而亟待加以進(jìn)一步改進(jìn)。如何能創(chuàng)設(shè)一種可對(duì)螺栓進(jìn)行載荷測(cè)試，并可根據(jù)測(cè)試結(jié) 果判斷螺栓斷裂原因、設(shè)計(jì)改進(jìn)方案的螺栓安裝工藝性能評(píng)估方法及設(shè)備，實(shí)屬當(dāng)前重要 研發(fā)課題之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種螺栓安裝工藝性能評(píng)估方法及設(shè)備，使其可 對(duì)螺栓進(jìn)行載荷測(cè)試，并根據(jù)初步測(cè)試結(jié)果判斷斷裂原因，設(shè)計(jì)新的安裝工藝，然后對(duì)新的 安裝工藝進(jìn)行再測(cè)試，不斷修正安裝工藝，從而克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。
[0010] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明一種螺栓安裝工藝性能評(píng)估方法，其特征在于包括 以下步驟:A.確定法蘭面上各螺栓的緊固順序；B.緊固螺栓的同時(shí)，在法蘭面與連接螺栓 之間安裝墊圈壓力傳感器，螺栓緊固完成后，通過(guò)墊圈壓力傳感器測(cè)量得到法蘭圓周端面 上的螺栓預(yù)緊力的分布；C.給螺栓施加一定的工作載荷，測(cè)試機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中不同工作載 荷下的螺栓實(shí)時(shí)總拉力h，得出匕的波動(dòng)區(qū)間F^-Fa，并計(jì)算螺栓的實(shí)時(shí)應(yīng)力幅值 〇a，所
述 其中d。為該螺栓的直徑；D.將所有螺栓的實(shí)時(shí)應(yīng)力幅值〇 a與其標(biāo)準(zhǔn)應(yīng) 力幅值進(jìn)行比較，當(dāng)所述實(shí)時(shí)應(yīng)力幅值大于標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)力幅值時(shí)，得出被連接件端面出現(xiàn)縫隙 的結(jié)論，并返回步驟A確定新的螺栓緊固順序，否則確定當(dāng)前螺栓緊固順序?yàn)樽顑?yōu)的螺栓 緊固順序。
[0011] 作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述步驟B、C之間還包括以下步驟：將檢測(cè)到的該螺栓 的預(yù)緊力與其標(biāo)準(zhǔn)預(yù)緊力進(jìn)行比較，當(dāng)所述預(yù)緊力不等于標(biāo)準(zhǔn)預(yù)緊力時(shí)，判斷螺栓是否沒(méi) 有按要求涂抹固體潤(rùn)滑膏、潤(rùn)滑膏及螺栓的質(zhì)量是否有問(wèn)題、設(shè)定的預(yù)緊力矩值T是否符 合標(biāo)準(zhǔn)，并返回步驟B重新按照步驟A確定的順序根據(jù)所述判斷糾正工藝并緊固各螺栓。
[0012] 所述墊圈壓力傳感器為電阻式墊圈壓力傳感器、壓電式墊圈壓力傳感器或電容式 墊圈壓力傳感器，所述墊圈壓力傳感器設(shè)有8顆貼片。
[0013] 此外，本發(fā)明還提供了一種應(yīng)用所述方法的螺栓安裝工藝性能評(píng)估設(shè)備，包括信 號(hào)輸入端模塊、信號(hào)采集和處理模塊以及人機(jī)交互模塊，其中：所述信號(hào)輸入端模塊包括獨(dú) 立設(shè)置的應(yīng)變信號(hào)輸入端、4路標(biāo)準(zhǔn)模擬量輸入端以及為應(yīng)變信號(hào)提供激勵(lì)源輸出的電源 電路；所述信號(hào)采集和處理模塊包括處理芯片，所述電源電路為所述處理芯片供電，所述4 路標(biāo)準(zhǔn)模擬量信號(hào)輸入端以及應(yīng)變信號(hào)輸入端通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路與處理芯片連接；所述人 機(jī)交互模塊包括處理器、通訊接口、操作模塊以及顯示模塊，所述處理芯片的輸出端和所述 處理器、通訊接口分別連接，所述操作模塊和顯示模塊均與處理器連接。
[0014] 作為進(jìn)一步改進(jìn)，所述應(yīng)變信號(hào)輸入端的信號(hào)經(jīng)程控放大器調(diào)理后，一路經(jīng)模數(shù) 轉(zhuǎn)換電路輸入到所述處理芯片，另一路直接與處理芯片交互。
[0015] 所述處理芯片采用FPGA集成電路，所述處理器采用X86架構(gòu)，所述通訊接口包括 兩個(gè)網(wǎng)口及三個(gè)USB接口，所述操作模塊包括操作按鈕和操作指示燈，所述顯示模塊采用 LCD顯示器。
[0016] 所述應(yīng)變信號(hào)為12條。
[0017] 采用這樣的設(shè)計(jì)后，本發(fā)明至少具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0018] 1、本發(fā)明可有效檢測(cè)螺栓的預(yù)緊力、風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中螺栓的工作載荷變化、 螺栓的總拉力變化趨勢(shì)等物理量，從而分析造成螺栓疲勞斷裂的疲勞源及應(yīng)力幅度變化過(guò) 大的原因，并依此來(lái)判斷螺栓緊固工藝的可行性、推算螺栓連接的扭矩系數(shù)、快速找出螺栓 失效的根本原因，測(cè)試結(jié)果可作為后續(xù)進(jìn)行工藝、設(shè)計(jì)等改進(jìn)的依據(jù)，從而利于根本上解決 螺栓的疲勞斷裂問(wèn)題，達(dá)到避免螺栓斷裂和延長(zhǎng)螺栓壽命的目的；
[0019] 2、本發(fā)明可有效降低螺栓失效引起的故障次數(shù)和停機(jī)時(shí)間，降低因螺栓斷裂造成 諸如倒塔、變槳柜損壞、滑環(huán)損壞等次生危害的風(fēng)險(xiǎn)，提升風(fēng)電機(jī)組使用螺栓的可靠性，提 升產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力；
[0020] 3、本發(fā)明作為新開(kāi)發(fā)的測(cè)試系統(tǒng)，截止目前尚未發(fā)現(xiàn)同類(lèi)可替代產(chǎn)品，可以開(kāi)展 相關(guān)的螺栓檢測(cè)業(yè)務(wù)，以拓展風(fēng)機(jī)售后服務(wù)業(yè)務(wù)，提高風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)維價(jià)值。
【附圖說(shuō)明】
[0021] 上述僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，以下 結(jié)合附圖與【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0022] 圖1是本發(fā)明一種螺栓安裝工藝性能評(píng)估方法的流程示意圖。
[0023] 圖2是本發(fā)明螺栓安裝工藝性能評(píng)估設(shè)備的組成示意圖。
[0024] 圖3是本發(fā)明中的傳感器的貼片分布示意圖。
[0025] 圖4是本發(fā)明中的傳感器的電路分布示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 引起螺栓斷裂的原因很多，不同機(jī)型及不同位置的螺栓斷裂特性是不一樣的，必 須要弄清楚其斷裂的根本原因，再以正確的安裝工藝來(lái)更換斷裂的螺栓，才能實(shí)現(xiàn)對(duì)螺栓 的合理維護(hù)。
[0027] 請(qǐng)具體參閱圖1所示，一種螺栓安裝工藝性能評(píng)估方法，包括以下步驟：
[0028] A.確定法蘭面上各螺栓的緊固順序；
[0029] B.緊固螺栓的同時(shí)，在法蘭面與連接螺栓之間安裝墊圈壓力傳感器，螺栓緊固完 成后，通過(guò)墊圈壓力傳感器測(cè)量得到法蘭圓周端面上的螺栓預(yù)緊力的分布；
[0030] C.給螺栓施加一定的工作載荷，測(cè)試機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中不同工作載荷下的螺栓實(shí)時(shí)
總拉力的波動(dòng)區(qū)間F^-Fa，并計(jì)算螺栓的實(shí)時(shí)應(yīng)力幅值0 a，所述 其中士為 f 該螺栓的直徑；
[0031] D.將所有螺栓的實(shí)時(shí)應(yīng)力幅值〇a與其標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)力幅值進(jìn)行比較，當(dāng)所述實(shí)時(shí)應(yīng)力 幅值大于標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)力幅值時(shí)，得出被連接件端面出現(xiàn)縫隙的結(jié)論，并返回步驟A確定新的螺 栓緊固順序，否則確定當(dāng)前螺栓緊固順序?yàn)樽顑?yōu)的螺栓緊固順序。
[0032] 進(jìn)一步具體來(lái)講，所述步驟B、C之間還包括以下步驟：將檢測(cè)到的該螺栓的預(yù)緊 力與其標(biāo)準(zhǔn)預(yù)緊力進(jìn)行比較，當(dāng)所述預(yù)緊力不等于標(biāo)準(zhǔn)預(yù)緊力時(shí)，判斷螺栓是否沒(méi)有按要 求涂抹固體潤(rùn)滑膏、潤(rùn)滑膏及螺栓的質(zhì)量是否有問(wèn)題、設(shè)定的預(yù)緊力矩值T是否符合標(biāo)準(zhǔn)， 并返回步驟B重新按照步驟A確定的順序根據(jù)所述判斷糾正工藝并緊固各螺栓。
[0033] 螺栓的預(yù)緊力和總拉力通過(guò)設(shè)置在法蘭面與連接螺栓之間的墊圈壓力傳感器實(shí) 時(shí)測(cè)量。墊圈壓力傳感器可以為電阻式墊圈壓力傳感器、壓電式墊圈壓力傳感器或電容式 墊圈壓力傳感器，墊圈壓力傳感器設(shè)有8顆貼片，提高了傳感器的靈敏程度。另外，可以根 據(jù)局部螺栓斷裂的數(shù)量而增加或減少傳感器數(shù)量。
[0034] 在螺栓預(yù)緊過(guò)程中，螺栓預(yù)緊力矩值：T = I\+T2= ktXF' Xdc(l)。式中：T是螺栓 預(yù)緊力矩值，單位為N ? m ;1\是螺紋副間的摩擦力矩，單位為N ? m ;T 2是螺母支承面間的 摩擦阻力矩，單位為N ? m ;kt是擰緊力矩系數(shù)；F'是螺栓預(yù)緊力，單位為kN ;d。是螺栓的 直徑，單位為m。
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