2021年10月17日-20日,2021北京國際風(fēng)能大會暨展覽會(CWP 2021)在北京新國展隆重召開。作為全球風(fēng)電行業(yè)年度大的盛會之一,這場由百余名演講嘉賓和數(shù)千名國內(nèi)外參會代表共同參與的風(fēng)能盛會,再次登陸北京。
本屆大會以“碳中和——風(fēng)電發(fā)展的新機遇”為主題,歷時四天,包括開幕式、主旨發(fā)言、高峰對話、創(chuàng)新劇場以及關(guān)于“國際成熟風(fēng)電市場發(fā)展動態(tài)及投資機會”“國際新興風(fēng)電市場發(fā)展動態(tài)及投資機會”“風(fēng)電設(shè)備智能運維論壇”“碳達峰碳中和加速能源轉(zhuǎn)型”等不同主題的15個分論壇。能見App全程直播本次大會。
在風(fēng)電設(shè)備智能運維發(fā)展論壇上,中車株洲電力機車研究所有限公司風(fēng)電事業(yè)部質(zhì)量部部長盧勇發(fā)表了題為《風(fēng)機高強度螺栓監(jiān)測技術(shù)研究及施工質(zhì)量保證》的主題演講。
以下為演講全文:
盧勇:各位風(fēng)電同仁,大家下午好!我是來自中車株洲的盧勇,下面由我向大家分享風(fēng)機高強度螺栓監(jiān)測技術(shù)研究及施工質(zhì)量保證。
我的分享分為五部分,是螺旋監(jiān)測的背景和意義。其實在質(zhì)量管理領(lǐng)域,螺絲的故事有時候稱之為事故,這是非常經(jīng)典的,在百度上面搜螺栓事故,基本上不是空難就是毀家滅國的故事。因此螺栓應(yīng)該是非常危險的物料,那么在風(fēng)電整機領(lǐng)域,基本上所有的大型部件的連接,不管是結(jié)構(gòu)件還是承載件,都是高強度螺栓起到連接作用,因此高強度螺栓應(yīng)該說是風(fēng)機各個部件可靠連接和運行的保障。
高強度螺栓,尤其是塔筒還有主軸螺栓,不僅起到結(jié)構(gòu)連接的作用,還承載非常大的膠片載荷。螺栓設(shè)計,目標是預(yù)警力,只有預(yù)警力滿足要求以后,才能保證機組可靠運行。目前有兩種比較普遍的方式,一種是扭矩法,只能通過扭矩系數(shù)的轉(zhuǎn)換,后看壓泵的壓力值。拉伸法相對好一些,可以直接設(shè)定值,但是沒有監(jiān)測。
右邊這兩個圖,其中一個圖隨著預(yù)警力的變化而變化,在預(yù)警力只有50%的時候,等效頻率會是原來的兩倍。這是螺栓壽命隨著預(yù)警力變化的曲線,當預(yù)警力變化不到30%的時候,壽命會下降至原來的三分之一。這個可能不同的螺栓有一定的區(qū)別,但是總體趨勢是不會改變的。因此螺栓對現(xiàn)場施工是一個關(guān)鍵工序也是一個特殊的過程。
目前隨著風(fēng)電機組大型化,尤其是這兩年陸上風(fēng)機6兆瓦,大葉片到了葉輪直徑190米以上。目前風(fēng)電整機應(yīng)該是處于精細化設(shè)計的一個階段。高強度螺栓受制于結(jié)構(gòu)的布局以及成本的壓力,設(shè)計比早期的機組是在逐步的降低。這一背景下,怎么保證螺栓的施工預(yù)警力滿足設(shè)計要求,螺栓預(yù)警測試研究和應(yīng)用顯得非常急迫和重要。
第二部分,在螺栓預(yù)警監(jiān)測過程中經(jīng)典案例。我們在這些年至少監(jiān)測了上百臺高強度螺栓預(yù)警力,其中一些典型的案例超出普遍的認知。個案例是螺栓潤滑劑的涂抹,眾所周知潤滑劑肯定會影響系數(shù),終影響預(yù)警力,影響有多大?不同的螺栓不一樣。在風(fēng)機上做的案例,半涂抹和全涂抹影響力在30%左右,其他螺旋可能會有一定的區(qū)別;谄毡榈恼J知,大概是30%,但是后面在這案例里,有一臺風(fēng)機的涂抹表面狀態(tài),不是完全滿足規(guī)范,但是在螺紋咬合部位來說還是可以的。評估的時候,認為會比預(yù)警力稍微偏低一點,但是還是滿足要求的。
第二個案例分享現(xiàn)場安裝螺栓銹蝕,因為特殊的情況現(xiàn)場客觀的存儲條件,潮濕天氣因素的影響,確實存在螺栓銹蝕情況。大部分會棄之不用,對于左邊這個圖的情況,基于精度的要求,很難和業(yè)主或者總包方說不能用。這是湖北的風(fēng)場,當時螺栓有銹蝕,也讓客戶不要用,但是基于現(xiàn)場調(diào)轉(zhuǎn)的精度,我們認為銹蝕相對來說沒有那么嚴重的,基本能夠滿足下限要求。但是裝以后,基于質(zhì)量管理和保險起見,后面進行了測試,后測出來的結(jié)果非常吃驚,預(yù)警力比設(shè)計下限低了很多,這是測試的雷達圖,大家可以看一下。因此螺栓銹蝕對影響非常大,后面也進一步咨詢了其他螺栓廠家以及專家,他們認為銹蝕對于螺栓的影響大概是三個方面,一是流級系數(shù),另外銹蝕可能會影響螺栓表面的涂層狀態(tài),從而導(dǎo)致表面涂層受到影響。第三是螺紋精度,銹蝕產(chǎn)生腐蝕可能會造成螺紋咬合地方,進一步降低螺栓的疲勞壽命。
第三個案例是泥沙等異物,我們在其中一臺風(fēng)機測試時,別的地方的螺栓都是可以的,但是在這個位置測出來低很多。目標值是800左右,測出來只有三百,當時認為施工過程應(yīng)該還是管控比較可以。但是那個位置的螺栓就是不行,后續(xù)拆出來看了一下,結(jié)果是什么?因為當時條件,他們爬上爬下以后,在螺紋孔和螺栓表面沾上了泥沙。在原來的理解里,可能有一些影響,但確實沒有想到影響特別大。后面把幾個螺栓清洗以后重新涂抹潤滑劑,就可以滿足設(shè)計要求,這也超出了之前一些認知。
后一個案例分享的是人員作業(yè),在風(fēng)電行業(yè)人員的流動非常頻繁,新的施工人員進場這些東西非常多,會導(dǎo)致使用規(guī)范方面可能存在很多不確定性。我們有一個風(fēng)場,當時換了一批施工隊,其中有一些新人進來做作業(yè),后做完以后的結(jié)果是左邊這個圖,沒有達到預(yù)警力的要求,后面換了更熟悉的人測試,達到了要求,而且進一步提升。說明預(yù)警力測試非常重要的一點,現(xiàn)場的人員很難保證所有人都能夠完全按施工規(guī)范進行作業(yè)。
第三部分對螺栓預(yù)緊力監(jiān)測技術(shù)介紹,主要講基本原理;驹硎抢寐菟ㄔ陟o止狀態(tài)下和受力狀態(tài)下,由于長度不同,超聲波在其中傳播時間不一樣。利用這兩個差不同,得到拉伸程度,把它的預(yù)警力計算出來,這是比較簡單的原理。目前業(yè)內(nèi)爭論比較多的三種手段,一個是壓電測試,還有電磁橫波和雙波的測試。但是由于風(fēng)電行業(yè)整機螺栓數(shù)量比較多,效率角度和準確率角度比較推薦電磁雙波測量,因為效率是比較高,而且三種設(shè)備測量精度是差不多的。
后總結(jié)與展望,目前這項工作已經(jīng)開展幾年了,未來要做的工作構(gòu)建高強度螺栓預(yù)緊力數(shù)據(jù)庫,一方面定期開展螺栓預(yù)警測試,另一方面就是開展螺栓實時預(yù)警在線監(jiān)測,根據(jù)運行數(shù)據(jù)做螺栓生命預(yù)測,同時改進整機的螺栓設(shè)計。目前在3060碳達峰碳中和的背景下,風(fēng)電的發(fā)展會更好,螺栓預(yù)緊力監(jiān)測,以終為始,直接測量預(yù)緊力,保證施工與設(shè)計的符合性,為風(fēng)電機組的安全穩(wěn)定運行提供保障。
可以預(yù)見后續(xù)高強度螺栓預(yù)緊力監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展會更加迅速,其工程化應(yīng)用前景會更加廣闊。風(fēng)電行業(yè)遇到的很多問題、疑難雜癥其實大部分都是共性問題,做為質(zhì)量管理人員,非常希望與各位同行朋友進行交流與分享,共同助力行業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展。謝謝各位!
(根據(jù)演講速記整理,未經(jīng)演講人審核)