连杆螺栓断裂的主要原因分析.doc
风电机组变桨连接螺栓断裂原因分析及预防措施
风电机组变桨连接螺栓断裂原因分析及预防措施摘要风力发电机叶片是一个纤维增强复合材料制成的薄壳结构。
叶片工作时，根部承受着复杂的剪切、挤压、弯扭载荷组合作用，应力状态复杂易产生结构失效，所以叶片根部连接必须具有足够的强度、刚度、局部稳定性、胶接强度和疲劳断裂强度。
一旦叶根部位出现连接失效问题，叶片与风力机转子轮毂分离，发电机无法正常工作，甚至导致灾难性的质量和安全事故。
因此，对风机叶片连接螺栓状态进行监测成为了必要的手段，某公司针对风电机组变桨连接螺栓断裂情况，对叶片连接螺栓断裂进行了原因分析，并提出预防及监测措施，以确保机组安全稳定运行。
关键词：变桨连接螺栓；疲劳断裂；预紧力0引言风电叶片是风力发电机组捕获风能的核心部件，其工况复杂、工作载荷很大，设计上要求达到安全运行二十年的使用寿命要求。
叶片在运转过程中，同时承受着气动力、重力及离心力等复杂载荷的作用，其中叶片根部连接成为叶片设计中最关键的部分（如图1）。
由于叶根的载荷最大，而且应力状态复杂，承受着复杂的剪切、挤压、弯扭载荷作用，所以叶根连接必须具有足够的机械强度与弯扭刚度。
叶根的受力方式也极为复杂，同时承受拉伸、压缩、扭转及剪切等复杂应力的作用。
叶片根部连接螺栓断裂而导致风电机组运行事故是一种常见的故障模式。
图 1 叶片与轮毂链接示意图1叶片根部连接螺栓断裂的主要故障及根源分析目前，叶根与轮毂链接的的方式主要由三种：“T型螺栓”连接方式，螺栓套筒预埋连接方式，金属制根部连接件连接方式。
在正常工作状态中，叶片叶根螺栓连接是紧连接，承受着交变载荷。
“T 型螺栓”连接( 包含双头螺栓及横向螺母) ，也称“IKEA” 连接，是风机叶片最广泛的螺栓连接结构之一，本文重点考虑“T型螺栓”连接方式。
在叶片根部断面沿叶根节圆均匀分布多组高强度螺栓组，每组螺栓由双头螺杆和交叉螺母组成，叶片根端有两组均匀分布且互相对应螺栓孔和螺母孔，交叉螺母安装在径向螺母孔中，双头螺杆安装在轴向螺栓孔中，双头螺杆一端与交叉螺母连接，另一端伸出断面与主机轮毂连接，从而将叶片与主机联为一体（如图2）。
连杆螺栓断裂的原因
预防措施：
①每次运行12000km进行二级保养时，均应拆卸发动机油底壳，检查发动机轴瓦的使用情况，如果发现个别轴瓦间隙过大，应更换，更换同时也应更换连杆螺栓。平时运行中如果发现发动机运行不平稳，有异响，也应及时停车检查。
②每次维修中应对新更换的连杆螺栓进行检查，应注意螺栓的头部、导向部分、螺纹各部是否有裂纹或凹痕，螺纹的牙齿形状、螺距是否异常，有异常情况应坚决不用。
③装配连杆盖时，应用扭
力扳手，按规定标准扭紧，防止扭力过大、过小。
④选用配套厂生产的连杆螺栓。
柴油机的连杆螺栓是一次性使用的，不允许重复使用。如果重复使用连杆螺栓，由于受力较大，螺栓拉长，极易造成轴瓦由于螺栓紧固力量不足而发生滚瓦烧瓦事故；同时由于紧固力量不足，轴瓦和曲轴轴颈的配合间隙增大，导致机油压力低，造成轴瓦的过度磨损而出现烧瓦事故。柴油机系高强化柴油机，连杆受冲击负荷较大，较普通的柴油机大许多，连杆螺栓重复使用极易导致断裂，打坏发动机气缸体，导致发动机报废。有的单位虽然更换了连杆螺栓，也出现了断裂故障，有个别的发动机在运行中连杆螺栓突然断裂。
③柴油机在运行中出现飞车故障或活塞在气缸内烧死的故障，将连杆螺栓拉断。如果发动机在使用中出现过飞车的故障，应对发动机做一次全面检查，最好更换连杆螺栓；如果在运行中个别气缸出现过较严重的拉缸，在更换气缸活塞组件时也应将连杆螺栓更换。
④材质问题、加工缺陷及热处理工艺问题也会导致连
①装配时扭紧力矩过大，用力不均匀。由于装配中没有严格的配用扭力扳手，具体扭紧力矩又不太了解，认为越紧越好；紧固连杆螺栓用较长的加力杆，扭紧力矩过大，超过了螺栓材料的屈服极限，使连杆螺栓出现屈服变形，使之在冲击载荷的作用下因过度的伸长而断裂。应强调的是，广定要按标准扭紧连杆螺栓，千万不能认为越紧、力量越大越好。
连杆的有限元分析
目录第一章序言 (1)1.1课题研究的目的和意义 (1)1.2课题的分析 (1)1.3研究内容 (2)第二章有限元的基本原理及其应用 (4)2.1有限元分析概述 (4)2.2有限元分析的优缺点 (5)2.2.1有限元法的优点 (5)2.2.2有限元分析的缺点 (6)第三章连杆的工作条件及载荷的确定 (7)3.1.连杆的结构和布置 (7)3.2柴油机一般采用斜连杆的原因 (9)3.3连杆的工作条件及受力 (10)3.4连杆的材料及制造工艺 (11)第四章连杆的建模 (15)4.1SolidWorks软件介绍 (15)4.1.1概述 (15)4.1.2 SolidWorks软件的特点 (16)4.1.3 SolidWorks软件的应用 (17)4.2连杆模型的建立 (17)4.2.1创建连杆的几何模型 (18)4.2.2连杆的力学模型的建立 (32)第五章计算结果及其分析 (40)5.1最大拉伸情况的结果与分析 (40)5.1.1连杆受拉时应力结果 (40)5.1.2连杆受拉时应变结果 (41)5.1.3连杆受拉时位移结果 (43)5.2最大压缩情况的结果与分析 (44)5.2.1连杆受压时应力结果 (44)5.2.2连杆受压时应变结果 (45)5.2.3连杆受压时位移结果 (46)5.3分析总结 (46)引用文献 (49)附录(英文翻译) (51)第一章序言1.1课题研究的目的和意义连杆是发动机中传递动力的重要零件，它把活塞的直线运动转变为曲轴的旋转运动，并将作用在活塞上的力传给曲轴以输出功率。
连杆在工作过程中要承受装配载荷（包括轴瓦过盈及螺栓预紧力）和交变工作载荷（包括气体爆发压力及惯性力）的作用，工作条件比较苛刻。
现代汽车正向着环保节能方向发展，这就要求发动机连杆在满足强度和刚度的基础上，应具有尺寸小、重量轻的特点。
本文通过SolidWorks这个三维制图软件制作连杆的三维模型，然后通过COSMOSWorks软件，对连杆模型进行网格划分、加载和约束的处理，然后再进行计算分析，得出柴油机连杆在受拉和受压的两种工况下的应力、应变等分析结果。
发动机连杆螺栓折断原因分析
发动机连杆螺栓折断原因分析发动机连杆螺栓折断，极易引起捣缸、烧瓦。
为防止发生事故，在装配时必须严格遵守技术标准和操作规范，在规定的保养周期内检查连杆螺栓的紧固情况，发现松动要用标准力矩拧紧。
发生的原因主要有：1.连杆轴颈与瓦间隙过大，运动中互相撞击，连杆螺栓受较大发动机连杆螺栓折断，极易引起捣缸、烧瓦。
为防止发生事故，在装配时必须严格遵守技术标准和操作规范，在规定的保养周期内检查连杆螺栓的紧固情况，发现松动要用标准力矩拧紧。
发生的原因主要有：
1.连杆轴颈与瓦间隙过大，运动中互相撞击，连杆螺栓受较大力冲击而折断。
2连杆螺栓有内伤未发现，仍继续使用，容易折断。
如发现连杆螺栓有倒扣、秃扣及拔长现象，应及时更换。
3.连杆螺栓拧紧力矩过大，装配应力超限，或拧紧力矩过小，工作中松动，产生敲击，都容易造成连杆螺栓折断。
4.随便用不合格螺栓代替，或连杆螺栓材质不佳，加工粗糙，承受不到标准扭力而变形或产生裂纹，在冲击力作用下产生应力集中而折断。
5.连杆螺栓、螺母的锁紧装置失去作用，工作中松动，也会造成连杆螺栓折断。
6.飞车时未及时采取紧急措施，使连杆螺栓负荷过大而折断。
7.连杆螺栓未按规定扭矩上紧，形成一个紧一个松，松的一个容易折断。
（尔阳）。
浅析灯泡贯流式水轮发电机组导叶连杆断裂原因
浅析灯泡贯流式水轮发电机组导叶连杆断裂原因发布时间：2022-07-15T08:34:15.973Z 来源：《当代电力文化》2022年3月第5期作者：韦宗立阙明贵梁新杰罗家盛[导读] 伴随着社会生活水平的提高，人们对电的需求逐渐加大，电力行业也赢来了发展空间，水电站的出现造福了社会韦宗立阙明贵梁新杰罗家盛广西卓洁电力工程检修有限公司梧州 543000摘要：伴随着社会生活水平的提高，人们对电的需求逐渐加大，电力行业也赢来了发展空间，水电站的出现造福了社会，随着水轮发电机组的发展，其自身的问题逐渐浮现，所以文章介绍了弹簧承载式安全连杆机构的机构、分析导叶连杆断裂的原因，由于水轮发电机组是利用轴向推力来维持旋转速度的，转子高速旋转时便产生离心力。
同时，其在运行过程中受到机械应力等作用，不可避免地使某些零部件出现疲劳等现象，严重情况下将威胁水轮发电机组的安全运行。
关键词：灯泡贯流式水轮机发电机组导叶连杆在水流动的过程中，由于水轮发电机组的技术设计与材料性质等原因或许并不足够满足于实际运行的条件。
而在这种状态下出现的故障是无法被忽略的。
所以本文是为了了解其机理导致出现问题现象，具体对金属构件进行分析并建立起相关理论知识来研究连杆机构失效时存在何种物理因素、具体表现形式及发展规律，为水流过程中导叶连杆断裂提供一定程度上依据。
一、概述在灯泡贯流式水轮机中，导水机构是由内、外配水环、活动导叶、控制环、关闭重锤及连杆，拐臂等组成，在水轮发电机组中导水机构传动装置经常用作活动导叶的保护系统。
现在的水轮发电机组基本采用的是弹簧式安全连杆机构作为活动导叶的保护系统，弹簧承载式安全连杆机构是一种造价低，并且在一定的行程范围内可以自动复位的系统。
弹簧承载式安全连杆机构的使用，对于进水口不设进水阀的灯泡贯流式水轮机机型，可以有效地解决在采用通常的剪断销式车杆保护机构时所带来的问题，即剪断销损坏后不易更换及失去控制的活动导叶在水流冲击下摆动而引起的相邻导叶连杆机构损坏。
连杆螺栓断裂引起滑道碎裂的技术修复
ｌ 引言
煤气 压 缩机 是我 公 司 Ｃ Ｏ生产 系 统 的关 键 设备 之 一 。该机 组 ４级压 缩 ， 用分 体式 机 身 ， 采 滑道 与 箱
执行且未进行无损探伤 ， 未能及 时发现缺陷并在交 变载 荷 的作用 下产 生 疲 劳 断 裂 ， 上 没 有按 说 明 书 加 要求定期更换是引起连杆螺栓断裂的另一原因。
ｍａ ｅ Ｄ ｓｇ ｄ ｍａ ｅ ｔｅ ｂ ｏ ｅ ｌ ｅａ ｄ ｉ ｓａｌｄ ｗ ｔ ｈ ｒｇｎ ｌ ｅ ｗ ｉｈ ｉ ｎ ｔｏ ｌ ｅ ｅ ｐｏ ａｉ ｎ ａ ｄ ｄ ． ｅ ｉｎ ａ ｋ ｒ ｋ ｎ ｓｉ ｎ ｎ ｔｌ ｉ ｔｅ ｏｉ ｉａ ｓｉ ， ｈ ｃ ｏ ｎｙ ｔ ｘ ｌｒ ｔ ｎ ｈ ｄ ｅ ｈ ｌ ｄ ｓ ｈ ｏ ｎ
该机 于 ２ １ 年 １ ０１ ０月 ６ 日， 曲轴 箱 内发 出异 常
响声 ， 操作工作紧停处理。解体检查发现 ， 因二段连 杆螺栓断裂 ， 受撞击使该机主要部件多处严重损坏 ， 二段 连杆 严重 弯 曲 ， 、 一 二段 十字 头滑履 受 损 ， 曲 轴弯曲， 二段 曲柄 销 处 受 撞 击 成 凹坑 ， 、 段 上下 一 二 滑 道被 打碎 成 １ １块 （ 图 １ 。该 机 因连 杆 瓦 更 换 见 ） 频繁， 由于检修时连杆螺栓预紧力没有按规范要求
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ａｉ ｎ ｏ ｔ ｅ ｃ ｎ ｅ ｔ ｇ ｒ ｄ ｂ ｌ ｆａ ｔ ｒ ｅ ｏ ｄ ｓａ ｅ ｏ ａ ｏ ｒ ｓ ｏ ，ｈ ｌ ｅｉ ｈ ｒ ｔ ｎ ｓｒ ｃ ： ｍｉ ｇ ｔ ｈ ｏ ｎ ｃ ｉ ｏ ｏｔ ｒ ｃｕ ｅ ｉ ｓ ｃ ｎ ｔｇ ｆｇ ｓｃ ｍｐ ｅ ｓ ｒ ｔ ｅ ｓｉ ｎ ｔ ｅｆ ｓ ａ ｄ ｎ ｎ ｄ ｉ
体整体结构 。自２ ０ ０ ３年投用后连杆瓦和主轴瓦故 障较 多 ， 厂家 来人 现场 分析 原 因 ， 经 主要 是安 装 时 ４ 个 主轴 孔不 同心 造成 ， ２０ 于 ０８年 ３月 对整 机进 行 全 部 解体 ， 新找 正安 装投 用后 取得 较好 效果 。 重
柴油机连杆螺栓断裂的原因
柴油机连杆螺栓断裂的原因
柴油机连杆螺栓断裂的原因可能有以下几点：
1. 连杆螺栓材质问题：螺栓材质不合格或者存在瑕疵，导致螺栓在工作过程中无法承受正常的载荷。
2. 连杆螺栓过紧或者松动：过紧的螺栓会引起过度应力，而过松的螺栓会导致螺栓在工作过程中受到振动和冲击，加速疲劳损伤。
3. 连杆螺栓使用寿命到期：长期使用后，螺栓会受到疲劳和应力的累积，超过其承载极限后容易发生断裂。
4. 连杆设计和制造不合理：连杆与螺栓的配合尺寸不合适、设计不合理、制造质量差等问题都可能导致螺栓断裂。
5. 柴油机运行工况异常：例如过载、高温、频繁启动等工况可能增加连杆螺栓的负荷，使其易于断裂。
为避免连杆螺栓断裂，建议定期检查和维护柴油机，确保螺栓的紧固力合适，材质和制造质量可靠，以及避免异常的工况和负荷。
螺栓断裂分析报告
高强度螺栓断裂分析曾振鹏(上海交通大学高温材料及高温测试教育部重点实验室，上海200030)摘要:采用断口分析、金相检验和硬度测定等方法，对高强度螺栓断裂原因进行了分析。
断口分析结果表明，断口平坦，呈放射状花样，微观形态主要为准解理花样，表明螺栓的断裂是脆性断裂;同时发现，在断口附近还存在横向内裂纹，内裂纹的断口形态与断裂断口一样。
金相分析表明，材料棒中存在严重的中心碳偏析，而中心碳偏析是引起断裂的主要原因。
关键词:高强度螺栓;准解理;横向内裂纹;中心碳偏析某厂生产的一批规格为M30×160mm的高强度大六角头螺栓，在进行验收试验时发生断裂。
螺栓材料为35CrMoA，采用常规工艺生产，硬度要求为35～39HRC。
1 检验1.1 材料的化学成分用VD25直读光谱仪进行了材料化学成分分析，分析结果(质量分数)列于表1。
从表1可以看出，材料的化学成分符合标准要求。
1.2 硬度测定硬度测定结果列于表2。
由表可见，螺栓材料硬度虽符合技术要求，但已接近上限。
1.3 材料的显微组织(1)在抛光态下，可见材料中含有较严重的夹杂物，其形态、分布见图1。
对照标准[2]，夹杂物级别为3～4级。
图1 夹杂物形态及分布状况100×图2 螺栓的显微组织280×4%硝酸酒精溶液侵蚀(2)显微组织见图2。
组织为回火马氏体+粒状贝氏体，并有少量铁素体。
从图2可明显看出，组织中存在严重偏析，出现回火马氏体和粒状贝氏体带，致使显微组织不均匀，而且在回火马氏体带中存在MnS夹杂。
对样品螺纹根部附近的组织进行了观察，未发现脱碳现象。
1.4 断口分析(1)图3a为断口的宏观形貌，断口较平坦，表面呈灰色，有明显的撕裂脊，呈放射状花样，放射线从中心向四周发射。
表明裂纹先在中心形成，然后向外扩展。
当裂纹扩展至整个横截面时，螺栓断裂。
图3 断口的宏观形貌图4 断口微观形貌(2)断口的微观形态基本上以准解理花样为主，还有一些二次裂纹，如图4所示。
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连杆螺栓断裂的主要原因分析
通过对47起船用柴油机事故的调查和处理，我们知道在整个柴油机损坏事故中，有25起事故(连杆衬套和曲轴衬套)，占发动机损坏事故的53.1%，11起机体断裂事故，占事故的23.4%，5起自然事故(机器根本无法检查)，占事故的10.8%，4起曲轴断裂事故，占事故的8.5%，1起缸套断裂事故，占事故的2.1%从11起机身断裂事故来看，虽然断裂的连杆螺栓在整机损坏事故中并不占很大比例，但事故后果极其严重，甚至导致整机报废。
为此，笔者根据多年来几台柴油机连杆螺栓断裂的主要原因谈了自己的看法:
1.安装过程中螺栓扭矩过大
由于连杆螺栓由细螺纹制成，且杆长，因此当螺母拧紧至其正确的拧紧程序时，如果用额外的力拧紧，仍可将其拉出。
因此，由于心理素质差，操作人员往往害怕螺栓松动。
用扭矩仪扳手拧紧不稳定螺栓规定的扭矩。
相反，他们根据经验使用大扳手来施加力。
有时，他们将螺栓拧半圈，以赶上螺母的螺栓孔，导致螺栓承受过大的拉伸应力并产生拉伸变形。
2.安装前对螺栓的技术检查不够
为了识别螺栓的质量，从单方面的宏观检查来看，使用没有任何问题的螺栓是不安全的。
相反，应该仔细检查螺栓的每一个细节。
螺栓的质量和是否可以重复使用必须满足以下条件:(1)对拆卸和重新组装的螺栓进行磁探伤。
在没有仪器检查的情况下，螺栓还应确保表面
没有裂纹、斑点和凹坑。
(2)由于螺栓采用细螺纹，螺纹表面应无凹痕、毛刺和划痕。
螺栓的配合面应确保所需的:度平滑度。
(3)螺栓拉伸变形的测量方法可用千卡或专用样板测量。
从螺栓支撑面到尾部的长度也可以通过标准螺栓进行检查。
一般情况下，超过0.2%的变形长度应更换。
(4)测量螺栓是否有裂纹的一种简单方法是用绳子提起螺栓，用锤子轻轻敲打，听清楚程序，辨别好坏。
根据对螺栓断裂事故的调查，大多数都是由于忽视上述原因造成的。
3.产品质量不合格。
连杆螺栓看起来很简单，但在技术和材料上更为严格。
通常使用优质碳钢或合金钢(根据高、中、低速柴油机选择)。
在实践中，许多制造商经常生产相同类型的柴油发动机。
用户使用附近的材料，以减少道路。
对于装配好的螺栓，在达到使用极限之前就会出现问题，甚至导致机器损坏事故。
4.轮岗管理人员的专业素质并不太难。
当主机正常运行时，无法识别螺栓的质量。
螺栓损坏或断裂时，会发出异常的异常噪音。
对于有经验的工程师，将采取紧急措施把事故消灭在萌芽状态。
然而，几起事故也证实，当一些值班人员听到主机发出异常噪音时，他们无法采取果断措施。
相反，他们在主引擎周围徘徊，四处张望。
他们无能为力。
当他们感到问题发生并导致事故时，还不算太晚。