风力发电机组高强螺栓连接设计的探讨_刘洪海
采用VDI2230的风力发电机组塔筒法兰联接处螺栓强度分析.
设备设计/诊断维修/再制造现代制造工程(ModernManufacturingEngineering)2011年第5期采用VDI2230的风力发电机组塔筒法兰联接处螺栓强度分析*陈真,杜静,何玉林,刘卫,冯博(重庆大学机械传动国家重点实验室,重庆400044)摘要:针对风力发电机组塔筒法兰联接处螺栓轴线与法兰横向对称中心线不一致,且螺栓所受外载荷为偏心载荷的问题,基于VDI2230螺栓联接理论对法兰联接处螺栓进行理论分析,计算出实际工况下螺栓螺纹处的等效应力,采用有限元理论对法兰联接处螺栓在MSC.Marc/Mentat环境中进行接触强度分析,有限元结果与理论计算结果基本吻合。
研究为螺栓联接强度分析提供了新的思路。
关键词:螺栓;VDI2230螺栓联接理论;风力发电机;有限元中图分类号:TM614 文献标志码:A 文章编号:1671 3133(2011)05 0125 05 StrengthanalysisofboltjointonwindturbinetowerflangebasedonVDI2230 CHENZhen,DUJing,HEYu lin,LIUWe,iFENGBo (TheStateKeyLaboratoryofMechanicalTransmission,ChongqingUniversity,Chongqing4 00044,China)Abstract:Fortowerflangeandboltjointofwindturbine,theaxisofboltisinconsistentwiththeho rizontalsymmetryaxisofflange.Theboltofflangesufferedeccentricload.Thetheoreticalanal ysisofsuchcasewascarriedoutreferringtothetheoryofVDI2230.Equivalentstressunderactu alconditionwasobtained.Onbaseoffiniteelementtheorycontactstrengthanalysisofflangean dboltswereconductedinMSC.Marc/Mentat.Theresultoffiniteelementanalysisisapproxima telyagreeablewiththetheoreticalresult.Providesanovelapproachforstrengthanalysisofbolt. Keywords:VDI2230;boltjoint;windturbine;finiteelement0 引言塔筒法兰联接处螺栓作为风力发电机组重要的联接件,其联接的可靠性决定着整个风力发电机组的整体可靠性,传统螺栓联接强度理论只对螺栓组联接受轴向载荷或受倾覆力矩的情况进行了简单分析[1]论在MSC.Marc/Mentat环境中进行螺栓接触强度分析,为螺栓联接设计提供新的理论依据。
风电某项目现场发电机和叶轮联接高强度螺栓问题的处理方法
风电某项目现场发电机和叶轮联接高强度螺栓问题的处理方法摘要：本文以内蒙古风电某项目现场97#和53#风机为例，总结发电机和叶轮联结高强度螺栓卡死和断裂问题处理的方法。
关键词：高强度螺栓问题处理方法一、高强度螺栓简介高强度螺栓：是指螺栓性能等级8.8、10.9和12.9，螺栓材质为低碳合金钢或中碳钢并经热处理（淬火、回火）。
高强度螺栓连接的原理：它是用特制的扳手上紧螺帽，使螺栓产生巨大而又受控制的预拉力，通过螺帽和垫板，对被连接件也产生了同样大小的预压力。
在预压力作用下，沿被连接件表面就会产生较大的摩擦力，因此，只要轴力小于此摩擦力，构件便不会滑移，连接就不会受到破坏。
高强度螺栓一般用于永久连接，预紧力矩后不可重复使用。
高强度螺栓连接具有施工简单、受力性能好、可拆换、耐疲劳、以及在动力荷载作用下不致松动等优点，因此在风力发电机组机这类机械性能要求较高的结构件上，它是主要联结方式。
二、联结螺栓卡死和断裂问题描述在内蒙古某风电项目现场，风电机组安装公司在97#风机上紧固发电机和叶轮联结螺栓，使用液压扳手第二次紧固时，螺栓就卡死不能继续旋紧，因此螺栓并没有进行第三次力矩紧固，螺栓头部露出大约30mm。
共有4副螺栓卡死。
安装公司在53#风机上使用液压扳手第三次紧固力矩时，直接将4副螺栓扭断，螺栓头部被整体去除，断裂的螺栓螺纹部分留在动轴法兰和轮毂法兰的螺栓孔中。
三、联结螺栓卡死和断裂原因简单分析发电机动轴和轮毂联结螺栓紧固时卡死和断裂，从现场法兰螺栓孔螺纹查看，螺纹中有明显的钢渣，初步分析断裂原因为现场没有使用丝锥攻丝，再加上操作人员使用液压扳手紧固螺栓时增加力矩过快综合造成的。
四、联结螺栓卡死和断裂问题处理方法（一）联结螺栓卡死的处理1、取出工具的选择97#风机动轴和轮毂法兰联结螺栓有4个卡死，但是没有断裂，因此考虑使用专用工具从螺栓孔中整体取出，因联结螺栓规格为M36，而且紧固力矩较大，选用增力比1：33的增力包+力矩扳手实施取出工作。
用于风电机组的新型螺栓连接形式探究
用于风电机组的新型螺栓连接形式探究关雪松;万保库;张芹【摘要】In order to increase the reliability and load capacity of bolted connection and decrease the connection size, two methods of bolted connection used in wind turbine are proposed in this paper, one is to use friction shims to increase the friction coefcient between the interface, the other is to use the bolt enveloped with a hollow pin to increase the load capacity of connection. These two methods all can increase the load capacity of bolted connection that can provide the safe and reliable connection methods for wind turbine.%为了提高风电机组中螺栓连接的可靠性，提高螺栓连接的承载能力，并减小相应零部件的连接尺寸，本文提出了两种新型的风电机组螺栓连接形式：一种是采用摩擦片增加接触面摩擦系数；一种是采用销套螺栓的形式提高螺栓连接的抗剪切能力。
这两种方法都可以有效地提高螺栓连接的承载能力，为风电机组提供安全可靠的连接方式。
【期刊名称】《风能》【年(卷),期】2013(000)012【总页数】3页(P78-80)【关键词】风电机组;螺栓连接;摩擦片;销套【作者】关雪松;万保库;张芹【作者单位】华锐风电科技集团股份有限公司，北京 100872;华锐风电科技集团股份有限公司，北京 100872;华锐风电科技集团股份有限公司，北京 100872【正文语种】中文【中图分类】TM614随着风力发电技术的不断发展，风电机组的容量不断增大，其所承受的风载荷以及各零部件的结构尺寸和重量也随之不断增大[1-2]。
浅析风力发电机组螺栓在线监测方法
浅析风力发电机组螺栓在线监测方法发布时间：2023-02-06T08:05:45.999Z 来源：《中国电业与能源》2022年9月17期作者：赖学勇唐小川[导读] 随着传统能源消耗殆尽，环保问题日趋严重赖学勇唐小川国能永福发电有限公司 541800摘要：随着传统能源消耗殆尽，环保问题日趋严重，风能作为一种可再生的洁净且无污染能源，日益受到国际社会的关注。
我国存在大量的优质风力资源，近年风力发电得到快速的发展，装机规模达到328.5GW，同比2020年增长16.7GW，占全部装机容量的13.8%。
随着碳排放的压力日益增大和技术的发展，风力发电的地位将进一步提升，装机容量进一步快速增长，风力发电的安全就成了十分重要问题。
风力发电通过叶片通过螺栓结构荷载传递给轮毂、塔筒，螺栓结构不仅承受叶片的重量和风向的水平力，而且由于风速的时变特性，风力发电机组在交变负载条件下运行，叶片连接螺栓，塔筒螺栓复杂的交变应力，在长期交变应力影响下螺栓很容易出现疲劳失效，如果在定期检查中没有及时发现螺栓失效问题，将导致更严重的后果。
关键词：风力发电机组；分析；螺栓；在线监测；方法；应用引言风电机组螺栓使用量大，安装空间小，造价、技术、施工复杂。
联接螺栓的安全性和可靠性引起了风电业主和主机制造商的高度关注。
目前，风力发电机组连接螺栓的检验采用人工定期抽查的方式，该方法存在时间长、效率低、成本高等缺点，而且人工定期巡检无法保证螺栓联接紧固程度的实时检测，对机组运行安全存在较大安全隐患。
预紧力发生变化时引起的螺栓松动可实时监测。
转角法通过高精度角度传感器测量螺母松动角度，根据转动角度和螺纹的关系，反推螺栓伸长量变化，得到当前螺栓预紧力值，转角法可感受螺栓的细微松动，在预紧力发生变化时引起的螺栓松动可实时监测。
1.风电机行业的发展现状风力发电行业的发展现状近年来，随着中国风电产业的快速发展，风电技术取得了很大进步，但机组安全运行仍存在不少问题。
风能发电机组结构件的失效分析与预防(待续)第1讲螺栓的失效分析与预防
风能发电机组结构件的失效分析与预防(待续)第1讲螺栓的失效分析与预防WANG Rong【摘要】对风能发电机组的结构进行了简单介绍,对其上经常失效的结构件以及其材料、热处理工艺和失效形式进行了归纳.选取了机组上应用数量较多、作用比较重要的高强度螺栓作为该讲的主要内容,对螺栓在机组上的应用特点、失效特点、结构特点、受力特点及其失效原因进行了较为详细的论述.结合多年的失效分析经验,采用实际案例的方式,重点介绍了机组上螺栓最常出现的两种失效形式——疲劳断裂和氢脆型断裂,并对这两种失效产生的根本原因进行了剖析,最后提出了避免机组上螺栓失效的预防措施.【期刊名称】《理化检验-物理分册》【年(卷),期】2019(055)006【总页数】10页(P371-380)【关键词】风能发电机组;结构件;高强度螺栓;失效分析;疲劳断裂;氢脆断裂【作者】WANG Rong【作者单位】【正文语种】中文【中图分类】TM614;TG115风能发电机组(以下简称为风电机组或机组,WTGS)的结构如图1所示，经常失效的结构件主要分布于“轮毂”总成、“齿轮箱”总成和“偏航系统”总成3个区域，另塔筒内法兰上的连接螺栓也有较多的失效事故发生。
笔者主要对风能发电机组上失效概率最高的3种构件，即螺栓(第1讲)、齿轮(第2讲)和轴承(第3讲)的失效模式、失效原因以及相应的预防措施进行了概述。
1 风能发电机组概述1.1 机组上经常失效的结构件图1 风能发电机组结构示意图Fig.1 Schematic diagram of structure of the WTGS风能发电机组上常见的失效件有：齿圈、齿轴、齿轮、销轴、轴承、高强度螺栓等。
1.2 失效件受力特点(1) 无风时，机组的叶片停止不动，相当于一个悬臂梁结构。
但由于叶片的质量较大(一般MW级别的机组叶片长度达50多米，重量在20 t以上。
目前世界上风电机组上最长的叶片是丹麦Vestas的V164-7MW风机，叶轮直径长164 m，单个叶片长80 m)，轮毂及其连接部分的螺栓、相互配合的齿轮及轴承等都将承受较大的静载荷。
风机锚栓基础设计管理
风机锚栓基础设计管理论文栏目:设计管理论文更新时间：2015/6/19 15:37:26 2831前言风机基础与塔筒的连接形式有很多种，最具代表性的有基础环与锚笼环两种形式。
据不完全统计，目前国内已经建成风电场95%以上的风机塔筒与基础连接采用的基础环形式，该种连接方式被认为是安全可靠的。
随着部分风电场陆续出现基础环松动的问题，风机供应商、设计单位、施工单位等各方专家进行了多次会诊，目前已基本达成如下共识：基础环直径较大、埋深不足、基础环与周边混凝土连接不可靠，其受力特性相比锚栓差。
从设计角度来讲，单机容量1.5MW及以上容量的风机塔筒与基础连接宜采用锚栓[1][2][3]。
但是，由于当前用于风机塔架与基础连接的锚栓存在材质无相应规程规范、防腐难度大、锚栓断裂不易更换等问题，由此增加的风险成本，风机供应商和设计单位都在回避。
在此前提下，业主推出“风机锚栓基础设计及锚栓组件材料采购打捆”的招标采购形式，相当于EP承包，投标主体必须是设计院。
根据目前市场环境条件，设计单位应充分掌握锚栓式基础的市场前景，本着尽最大可能的占领市场份额和为业主服务的目标，积极参与投标。
只要做好锚栓材料市场调研，充分进行研究，详细设计，发现风险点，做好风险控制和转移，精工细作，做好设计优化工作，就能在新的市场条件下占据主动。
设计单位既要作为设计的主体，同时又是采购的主体，除了要保证结构设计的可靠以外，还应对所需采购锚栓及组件材料的市场情况有充分的了解，这样才能保证整个项目的风险可控，以使效益最大化。
因此，作者以下将针对该新的市场环境条件，对风电项目中“风机锚栓基础设计及锚栓组件材料采购打捆”的设计管理进行简单论述，为设计单位提供借鉴。
2产品调研锚笼环高度一般在3.0m以上，除外露30cm左右之外，其余部分埋入风机基础混凝土。
锚栓组件最重要的承力构件是高强预应力锚固螺栓及替代品，其不同于一般的高强预应力锚固螺栓，且国内没有专门针对风电机组的锚栓设计规程，造成目前市场材料供应良莠不齐。
直驱型风力机组的底盘与发电机连接强度分析
直驱型风力机组的底盘与发电机连接强度分析直驱型风力发电机组各部件之间的连接螺栓的强度直接影响着整个风力机组的性能和使用寿命。
应用ANSYS有限元分析软件，对某MW级直驱型风力发电机组的机舱底盘与发电机的连接螺栓进行极限强度分析，得到了连接螺栓在不同极限工况下的应力大小以及接触面的接触状态，验证了该处的连接螺栓能够满足设计工况的极限强度要求。
标签：风力发电机组；连接螺栓；有限元；ANSYS；极限强度1 背景可再生能源的開发利用，对解决能源问题和环境问题具有重要的作用，是实现可持续发展的战略选择。
风力发电整个过程都不产生任何污染，是真正的绿色能源。
风电技术自上世纪八十年代发展起步，步入本世纪初，欧洲、北美、中国等地区和国家迅速开发风电产业，当前我国风电产业也发展十分迅速，功率从kW级别发展到MW级别，结构尺寸也越来越大。
传统的计算分析方法已经不能满足风力发电的设计要求，应用新的3D建模软件和计算分析软件，可以使风力发电机组的设计和分析的更加精确，从而保证我国风力发电技术的良好发展。
ANSYS软件是目前国际上最著名的大型通用有限元分析软件，广泛应用于航空航天、化工、汽车、电子、机械、土木工程等各个研究领域，其极强的分析功能覆盖了几乎所有的工程问题[1]，是现代设计中必不可少的分析工具，在风力发电机组的设计分析中起着至关重要的作用。
2 底盘与发电机连接螺栓强度分析的意义与双馈型风力发电机组不同，直驱型风力发电机组的风轮直接与发电机相连，中间省去了主轴、齿轮箱及其附件等部件，在风的作用下旋转的风轮直接将动能传递给发电机来产生电能。
这种直驱型风力发电机组没有齿轮箱，可减少传动损耗，提高风力机的发电效率；同时，简化了传动结构，提高了机组的可靠性，从而降低了运行及维护成本[2]。
直驱型风力发电机组的发电机一侧与轮毂相连，另一侧通过高强度螺栓固定于机舱的底盘上，然后通过底盘以及偏航轴承等部件固定于塔架上方。
因此，机舱底盘与发电机之间的连接螺栓承受着轮毂传递过来的不同工况下的力与力矩及其发电机自身的重力，其螺栓的强度对风力发电机组的可靠性起着重要的作用。
预紧力对风力发电机组偏航轴承螺栓的影响...
预紧力对风力发电机组偏航轴承螺栓的影响...导读作者：张洪达，李怀刚，郭家沛（山东电力工程咨询院有限公司，山东济南 250013）来源：《山东电力技术》2022年第4期摘要：螺栓连接是风力发电机组中最重要、使用最广泛的连接方式，确保螺栓能够提供足够的强度和预紧力对于风力发电机组的整体安全具有至关重要的现实意义。
首先从理论方面阐述预紧力对螺栓和被连接件刚度和强度的影响，然后建立某2.5 MW风力发电机组偏航轴承内外圈螺栓有限元分析模型，对偏航轴承螺栓施加6种占螺栓最大许用轴向载荷不同比例的轴向预紧力，最后对各测试方案中偏航轴承螺栓的极限应力分布规律进行统计和总结。
根据螺栓应力统计结果，主机架与偏航轴承连接螺栓的应力最大值高于塔筒与偏航轴承连接螺栓，最大应力值出现在主机架与偏航轴承后半部分45°对角线上的连接螺栓，主机架螺栓尺寸与外载荷呈一定正比关系，得出的螺栓强度特性和设计原则对技术人员设计和分析偏航轴承螺栓具有工程借鉴意义。
0 引言风能作为一种能够替代传统能源的可再生清洁能源，开发风电的必要性已取得世界各国的共识。
风力发电机组整体结构高耸，受风倾力矩影响明显，机舱还会受到叶片转动时产生的气动载荷［1］。
螺栓连接是风力发电机组中最重要、使用最广泛的连接方式，塔筒、主机架、轮毂与主轴等风机重要部件都是通过高强度螺栓连接起来，所以确保连接风机部件的螺栓具有足够的自身强度和预紧力直接决定了风力发电机组的整体结构安全性和风机载荷的顺利传递［2］。
塔筒与机舱是通过偏航轴承连接起来，偏航轴承起到旋转主机架乃至整个机舱的作用。
按驱动装置划分，偏航系统分为内置式和外置式。
在内置式驱动偏航系统中，主机架与偏航轴承内圈、塔筒与偏航轴承外圈通过高强度螺栓连接。
偏航轴承连接螺栓既要承受外部风载荷的倾覆力矩，又要将机舱和塔筒紧密连接在一起，属于对整机结构安全非常重要的区域［3］。
螺栓是通过施加沿螺栓轴向载荷将若干个连接件紧固到一起，这个过程施加的轴向载荷一般称为安装预紧力。
风力发电机组塔筒法兰连接处螺栓强度分析——采用Peterson方法
风力发电机组塔筒法兰连接处螺栓强度分析——采用Peterson方法王建华【摘要】笔者采用Peterson方法,对塔筒法兰连接处螺栓进行了极限强度分析,计算出了螺栓的等效应力,同时采用有限元分析方法对塔筒法兰连接处螺栓在NX Nastran软件环境中进行了仿真分析,通过比较采用Peterson方法的理论分析计算结果和有限元分析计算结果,可知结果基本吻合,指出采用Peterson方法的理论分析满足工程设计需求,该研究对工程实际应用具有很好的指导意义.【期刊名称】《科技创新与生产力》【年(卷),期】2017(000)012【总页数】4页(P91-94)【关键词】风力发电机组;塔筒;塔筒法兰连接;螺栓;Peterson方法;有限元【作者】王建华【作者单位】太原重工股份有限公司技术中心风电所,山西太原 030024【正文语种】中文【中图分类】TM315;TK83;TP391.7塔筒是风力发电机组的主要支撑装置，它将机组机舱部分与地面相连，为水平轴叶轮提供需要的高度，并承受极限风速产生的载荷。
目前在国内外风电市场上，现代大型风力发电机组普遍采用的塔筒主要是钢制锥形塔筒。
这种形式的塔筒通过法兰将若干段不同壁厚的钢制锥形筒连接，法兰之间采用高强度螺栓施加预紧力的方法保证塔筒的刚度和强度，其连接的可靠性决定着整个风力发电机组的整体性能。
濮良贵、纪名刚指出传统螺栓强度分析理论只对螺栓组连接受轴向载荷或受倾覆力矩的情况进行简单分析，存在一定的局限性[1]。
针对传统螺栓连接理论分析的局限性，德国工程师协会标准VDI 2230-1-2003中的螺栓连接理论考虑了同心加载和偏心加载的工况，并分析了螺栓连接强度[2]。
朱少辉基于风电机组整机性能匹配和提升总体净收益，介绍了半刚性塔筒设计的一般流程[3]。
陈真、杜静、何玉林等以某2.5 MW水平轴风力发电机组塔筒连接处高强度螺栓为分析对象，按照德国工程师协会标准VDI 2230-1-2003中的高强度螺栓连接理论计算方法，对法兰连接处的高强度螺栓进行了强度评估[4]。
风力发电结构技术创新
风力发电结构技术创新马人乐1，黄冬平2（1.□同济大学建筑工程系，上海 200092；2. □同济大学建筑设计研究院）一引言风能资源是清洁的可再生能源, 风力发电是新能源中技术最成熟、开发条件最具规模和商业化发展前景最好的发电方式之一。
我国自上世纪90年代起开始发展风力发电并得到较大规模的发展，但与欧美等发达国家相比，我国风电产业起步较晚，风机研发和制造能力较薄弱、技术标准系统不够健全、自主知识产权比重较低。
其中需求量大的风力发电机塔架连接法兰主要依靠进口厚型锻造法兰，其生产加工需专用设备、成本高、周期长。
而塔架基础多采用厂家提供的标准图，基础形式单一，基础大小随发电机组功率变化而改变，但基础形式基本不变；此外，目前基础设计和施工中存在一些不合理因素。
针对风电领域的现状、结合我国的国情，对风力发电结构进行合理的优化和创新是优化风电结构受力、节约风电建设成本的必要手段。
二反向平衡法兰2.1 反向平衡法兰研究及应用反向平衡法兰（专利号ZL2006 2 00458839）是一种新型的法兰，可应用于受疲劳荷载作用的风力发电机各段塔筒连接，其主要特点包括“反向”的法兰板和加劲板在塔筒内侧向心设置的“平衡面”，图1。
图1 反向平衡法兰示意图与普通法兰不同，反向平衡法兰加劲板在前、法兰板在后，因此不增厚法兰板仅增高加劲板即可增加法兰刚度，同时，增高加劲板使螺栓增长有利于精确施加螺栓预拉力。
通过调整法兰的尺寸，使加劲板“平衡面”所受压力在焊缝A 处产生的弯矩与螺栓预拉力在焊缝A 处产生的弯矩平衡，从而减小焊缝A 所受弯矩，减小加劲板的尺寸。
反向平衡法兰构造和设计具有独创性，为深入研究其受力性能，设计并制造了金风50/750 IECIIIA 塔架（采用反向平衡法兰连接）1:3和1:2缩尺模型（图2），在同济大学土木工程防灾国家重点实验室对其进行极限承载力试验和疲劳加载试验。
（为与厚型法兰进行对比，1:2缩尺模型反向平衡法兰前端300mm 处设置原设计厚型法兰，其所受弯矩较反向平衡法兰小9%。
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第29卷第6期2012年12月特种结构Vol.29No.6
Dee.2012
风力发电机组高强螺栓连接设计的探讨刘洪海于春来(保定天威风电科技有限公司071051)(BaodingTianweiWindPowerTeehnolo群Co.Ltd.,071051,China)[摘要2本文根据风力发电机组运行特点,从多个角度介绍了风力发电机组高强螺检连接设计时需要注意的问题"介绍了风力发电机组中高强螺检连接类型!螺检连接类型的选择!改善螺检受力的措施!拧入机体螺检最小拧入深度的确定!螺栓连接防松方法的选择"通过风电实例,对螺栓连接设计进行了探讨,对风电机组设计有借鉴和启发意义"1关键词2风力发电机组螺检连接最小拧入深度防松方法
ABSTRACT:Basedonthe叩erationalfeaturesofthewindturbine,!indturbinebol-eonneet动ndes乙gn二as尹resented加mmultiPle尸ersreet俪5.BolreonneetiontyPes,ho!to尸rorerlrehoosethe卿eofbolreonnee:ion,measuresroimp二etheboltforce,se!edin:0thedeterminationoftheminimumdePrhofthebo海6olts,bolredloeki咭merhodselection二ere尸resented.脚rhe二indturbinebolteonnectiondes乙gninjsrance,boltconneetionde-
sign二asdiseussed,二hichhadreferenceandi哪irariontowindrurbinedesign.KEYWORDS:WindrurbineBolteonneetionMinimumsere功dePth肠ekingmethod
引言螺栓连接作为机械行业中最常用!最简单!最有效的连接形式之一,被广泛应用于兆瓦级风力发电机组设备上"如变桨轴承与叶片!轮毅与变桨轴承!轮毅与主轴!主机架与偏航轴承!主机架与发电机支架!主轴承座与主机架!塔架与偏航制动盘!塔筒与塔筒的连接以及主轴与齿箱行星架用锁紧盘的连接均采用高强度螺栓"风力发电机组几乎所有的关键部件均通过高强度螺栓进行连接"风力发电机组和其他通用机械设备相比,具有以下几点特殊性,首先,由于风机的动力来自于风,有很大的不稳定性,因此造成风机的疲劳负载非常高;风机暴露于风场室外,运行环境十分恶劣,有沙尘!酸雨!盐雾!雷电!大雪!台风等众多不利因素;风机的维护性差,风场偏僻,风机机舱位于几十米高空"螺栓连接的可靠性直接关系到风力发电机组的稳定性,所以对风电机组螺栓连接提出了更高的要求,即正常连续工作情况下,风电用紧固件必须保证风力发电机组20年的使用寿命"1风力发电机组螺栓连接简介螺栓连接的基本类型有:螺栓连接!双头螺柱连接!螺钉连接和紧定螺钉连接四种[.8"螺栓连接!双头螺柱连接!螺钉连接在风力发电机组的设计中普遍使用"且连接中,多为受拉螺栓(普通鬓如彝)狱斡夔夔和鳞鬓巍睿簿颤羹:螺栓),受剪螺栓(铰制孔用螺栓)很少使用"安装时,基本全有预紧力要求"2螺栓连接类型的选择正确选择螺栓连接的类型,一方面,要考虑装配!维护操作的工艺性,要满足工具使用操作空间及人机功能要求,另一方面,要考虑紧固件的材料成本和加工成本"
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a.螺钉连接b.双头螺柱连接图1风力发电机组齿轮箱扭力肴固定块的安装
如风力发电机组齿轮箱扭力臂固定块的安装处,紧固件一端旋人机体螺纹盲孔!且对拧紧精度要求较高,可选用螺钉连接(图la)和双头螺柱连接(图lb)两种连接形式"单就紧固件成本而言,螺钉要比双头螺柱有优势,但使用双头螺柱连接形式,可先将双头螺柱旋人机体,起固定块安装时的导向作用,拧紧时的螺纹牙磨损发生在螺母与螺柱之间,发生磨损时,
一45一翔阳防特种结构2012年第6期更换螺母或螺柱即可,不对机体内螺纹产生磨损,而采用螺钉连接,拧紧时的螺纹牙磨损发生在螺钉与机体内螺纹之间,机体内螺纹磨损后只能修复,不易更换解决;另一方面,联接副扭矩系数(K值)试验,采用螺柱连接时,双头螺柱与螺母一起试验即可,而对于螺钉连接,需要做螺钉拧人机体的扭矩系数(K值)试验,但机体内螺纹孔由于受到不同生产制作厂家的生产工艺!加工精度差异等多种因素影响,偏差较大,因此可能造成实际装配时拧紧精度超差的问题"因此,此处连接推荐螺柱连接,而不推荐螺钉连接"3改善螺栓受力的措施3.1相关公式及其分析对于承受预紧力和轴向静荷载的螺栓连接中,承受预紧力的螺栓连接轴向承受工作荷载后,螺栓上总拉力的增加量为:
设计研究院马人乐等人设计的反向平衡法兰(专利号200720002665.1)中,用较厚的拼接法兰(图4a)代替传统锻造法兰(图4b),减轻法兰重量的同时增加了螺栓长度,从而改善螺栓的受力"
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1.}机架2.发电机支架3.螺栓套4.垫圈5.螺母6.螺柱图2主机架与发电机支架连接处的双头螺柱连接.飞{日1.变桨轴承2.轮蚁图3变桨轴承与轮毅连接
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式中:c,,为螺栓的刚度;c"为被连接件的刚度;F为工作拉力"对于承受预紧力和轴向变荷载的螺栓连接中,当工作拉力在0与F之间变化时,螺栓所受拉
力的变化幅为:一鱼一F/2侧(2)c占+cm
式中各项定义与式(1)相同"由此可知,不论是在静荷载连接中还是在动荷载连接中,减小螺栓刚度均可改善螺栓的受力情况"其中,减少螺栓刚度的方法有:增大螺栓的长度,部分减小螺杆直径或做成中空的柔性螺栓"在风力发电机组的螺栓连接设计中,常用增大螺栓长度的方法来减小螺栓刚度"3.2风电应用实例1.主机架与发电机支架连接处的双头螺柱连接如图2所示,双头螺柱一端拧入铸造主机架中,起连接固定发电机支架的作用,通过使用螺栓套,增加了螺柱的长度,改善螺栓受力"2.变桨轴承与轮毅连接处,如图3所示,没有采用螺栓套的方法增加螺栓长度,而是采用螺纹沉孔形式,即通过增加图中的小39光孔部分,增加螺柱长度来改善螺柱受力"3.塔筒之间法兰连接处,由同济大学建筑
一46一
a.拼接法兰b.传统锻造法兰图4塔筒之间的法兰连接
4拧入机体螺栓最小拧入深度的确定风力发电机组大量使用拧入机体的螺栓或螺柱结构,机体材料有球墨铸铁!合金结构钢等"对于拧人机体螺栓最小拧人深度的规定,一般参照5JBGQ0126一1980粗牙螺栓!螺钉的拧人深度!攻
丝深度及钻孔深度6(表l)中规定,但此标准中,未对不同强度等级螺栓进行划分,机体材料分类也不够详细,所以此标准仅作为一般连接的设计参考使用"JG/T5057.40一1995的附录A中142,对不同的机体材料,按材料的屈服强度划分,对应不同性能等级螺栓,作了最小拧人深度的规定,内容见表2"而在标准vDI2230中[.2,认为影响滑牙力的主要因素是机体材料的抗剪切强度,因此给出不同性能等级公制标准螺栓,拧人不同抗剪切应力机体材料所对应的最小拧人深度的对应关系见图5"横坐标为机体材料的抗剪强度,纵坐标为拧人长度与螺栓直径的比值"SPECIALSTRUCTt)RESN心!看一加12No.62012刘洪海等:风力发电机组高强螺栓连接设计的探讨留两汗
表1粗牙螺栓!螺钉的拧入深度!攻螺纹深度和钻孔深度[3](~)公称钢和青铜铜铸铁铁铸铁铁直径d通孔孔盲孔孔通孔孔盲孔孔通孔孔盲孔孔拧人拧人人功桑文孔孔.钻孔孔拧人人拧人人攻螺纹孔孔.钻孔孔拧人人拧人人攻螺纹孔孔钻孔孔
深度hh深度HH深度H,深度HZZ深度hh深度HH深度Hl深度HZZ深度hh深度HH深度Hl深度HZZ34347656986700l0045.5545.559867.55llll008l001445757llll008l00l44l22l00l22l666868l33l22l00l22l77l55l22l552008l008l00l66l55l22l44200200166l88244l0l22l00133200l88l55l8825524420023330012l55l22I55244222l88211300288244277366l6200l662030028824428833336632236646620255200244366355300355477455400455577243002443004422355422555555488544688
30366300366522500455522688700600677844甲36455366462265555564822800722800988
4550042250072275565574495595585594115548604885888228557558551088105595510551288
表2螺栓在连接件上的最小拧入深度I4]螺栓性能等级级8.888.889.889.8810.9910.9912.9912.99螺纹规格与螺距之比(出p))<99)99<99)99<992999<9929
连接件的材材杂24001.25dd1.3dd1.3dd1.4dd1.4dd1.sdd1.sdd1.6dd料屈服强度度叮0.22)5001.Zdd1.25dd1.25dd1.3dd1.3dd1.4dd14dd1.sdd(N/mmZ))27001.15dd1.Zdd1.Zdd1.25dd1.25dd1.3dd1.3dd1.4dd
29(X)1.ldd1.15dd1.15dd1.Zdd1.Zdd1.25dd1.25dd1.3dd注:¹表中d为螺纹规格,p为螺距,单位均为mm;º当d蕊M30时,采用出p<9之值;当d2M33时,采用出p29之值"
5螺栓连接防松方法的选择在螺栓承受轴向荷载的条件下,对8.8级及以上螺栓,其加紧长度大于螺栓直径的3倍时,可以不采用防松元件"因为在这种情况下,若能比较准确的控制预紧力,即使承受冲击荷载时,一般还能保证足够的残余预紧力,以阻止
螺栓松动"对4.8!5.6和5.8级螺栓,其加紧长度大于螺栓直径5倍时,同理,也可以不采用防松元件"但在螺栓承受径向荷载的条件下,或由于被连接件的弹性变形,使轴向作用力引起横向位移的情况下,必须采用防松元件川"口口M周曰尺一.一}丙四口口口口口口口口冈图口口口口口口口口图曰国曰口口口口口口口口口臼卜1飞图舀瑞味味Li卜{厂一刁回亡二丁日ll]肥门口口888口口1GB/T889.1的非金属嵌件六角锁紧螺母"粘接型常使用厌氧锁固胶,选用时,应注意胶的适用温度范围!是否可拆卸等方面因素"6结语风力发电机组运行环境的恶劣性!制造安装的特殊性和维护成本的昂贵性,对螺栓连接提出了极高的要求"本文介绍了风力发电机组螺栓连接设计时需要注意的问题,对国内风机设计有一定的启发和借鉴意义"