螺栓安裝工藝性能評估方法及設備的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及螺栓維護、檢測領域，特別是涉及一種適用于風電機組變槳軸承、偏航 軸承的螺栓安裝工藝性能評估方法及設備。
【背景技術】
[0002] 根據某風機廠商的質量系統(tǒng)統(tǒng)計數據，近些年風電機組螺栓失效率成上升趨勢。 螺栓斷裂會造成葉片脫落、風電機組倒塔等問題，此外，螺栓斷裂還會造成風電機組內部及 附近零部件的損傷，從而導致風電機組長時間停機，甚至會因此而必須去拆除相關大部件 來進行更換，這些問題會給風電市場帶來許多不利影響。目前，連接變槳軸承和輪轂的螺 栓，斷裂情況尤為突出，占斷裂螺栓總數的80%左右。僅申請人維護的1. 5MW風電機組，出 現變槳軸承螺栓斷裂情況的就已累計高達近三百臺。部分現場由于螺栓頻繁發(fā)生斷裂引起 業(yè)主的不滿，嚴重影響了風電機組的售后回款。
[0003] 風電機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，目前只能由現場維護人員在發(fā)現螺栓斷裂后按照要求 進行更換，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，只是進行簡單的更換，一般會根據工藝手冊更換斷 裂螺栓及其相鄰的5顆螺栓，當斷裂螺栓數量較多時，會更換整個法蘭連接面的螺栓，不但 備件消耗大，而且工作量也大，有時為了取出斷絲，還得購買特殊工具和花費更長時間；
[0005] 2、有的項目現場，還存在螺栓越換越斷的問題，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、有的現場在提高螺栓強度等級及施工力矩后，依然發(fā)生螺栓斷裂故障，甚至損 傷了螺栓孔。
[0007] 綜上所述，目前對于螺栓斷裂問題，大家只針對于螺栓個體的材質質量、螺栓強度 等級等因素來分析螺栓斷裂原因，沒有將注意力放到整個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、螺栓連接體在內的一個整體。
[0008] 由此可見，上述現有的風電機組螺栓更換與維護在方法與使用上，顯然存在不便 與缺陷，而亟待加以進一步改進。如何能創(chuàng)設一種可對螺栓進行載荷測試，并可根據測試結 果判斷螺栓斷裂原因、設計改進方案的螺栓安裝工藝性能評估方法及設備，實屬當前重要 研發(fā)課題之一。

【發(fā)明內容】

[0009] 本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種螺栓安裝工藝性能評估方法及設備，使其可 對螺栓進行載荷測試，并根據初步測試結果判斷斷裂原因，設計新的安裝工藝，然后對新的 安裝工藝進行再測試，不斷修正安裝工藝，從而克服現有技術的不足。
[0010] 為解決上述技術問題，本發(fā)明一種螺栓安裝工藝性能評估方法，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，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，通過墊圈壓力傳感器測量得到法蘭圓周端面 上的螺栓預緊力的分布；C.給螺栓施加一定的工作載荷，測試機組運行過程中不同工作載 荷下的螺栓實時總拉力h，得出匕的波動區(qū)間F^-Fa，并計算螺栓的實時應力幅值 〇a，所
述 其中d。為該螺栓的直徑；D.將所有螺栓的實時應力幅值〇 a與其標準應 力幅值進行比較，當所述實時應力幅值大于標準應力幅值時，得出被連接件端面出現縫隙 的結論，并返回步驟A確定新的螺栓緊固順序，否則確定當前螺栓緊固順序為最優(yōu)的螺栓 緊固順序。
[0011] 作為本發(fā)明的一種改進，所述步驟B、C之間還包括以下步驟：將檢測到的該螺栓 的預緊力與其標準預緊力進行比較，當所述預緊力不等于標準預緊力時，判斷螺栓是否沒 有按要求涂抹固體潤滑膏、潤滑膏及螺栓的質量是否有問題、設定的預緊力矩值T是否符 合標準，并返回步驟B重新按照步驟A確定的順序根據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有8顆貼片。
[0013] 此外，本發(fā)明還提供了一種應用所述方法的螺栓安裝工藝性能評估設備，包括信 號輸入端模塊、信號采集和處理模塊以及人機交互模塊，其中：所述信號輸入端模塊包括獨 立設置的應變信號輸入端、4路標準模擬量輸入端以及為應變信號提供激勵源輸出的電源 電路；所述信號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 路標準模擬量信號輸入端以及應變信號輸入端通過模數轉換電路與處理芯片連接；所述人 機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] 作為進一步改進，所述應變信號輸入端的信號經程控放大器調理后，一路經模數 轉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，所述通訊接口包括 兩個網口及三個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] 所述應變信號為12條。
[0017] 采用這樣的設計后，本發(fā)明至少具有以下優(yōu)點：
[0018] 1、本發(fā)明可有效檢測螺栓的預緊力、風電機組運行過程中螺栓的工作載荷變化、 螺栓的總拉力變化趨勢等物理量，從而分析造成螺栓疲勞斷裂的疲勞源及應力幅度變化過 大的原因，并依此來判斷螺栓緊固工藝的可行性、推算螺栓連接的扭矩系數、快速找出螺栓 失效的根本原因，測試結果可作為后續(xù)進行工藝、設計等改進的依據，從而利于根本上解決 螺栓的疲勞斷裂問題，達到避免螺栓斷裂和延長螺栓壽命的目的；
[0019] 2、本發(fā)明可有效降低螺栓失效引起的故障次數和停機時間，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險，提升風電機組使用螺栓的可靠性，提 升產品的市場競爭力；
[0020] 3、本發(fā)明作為新開發(fā)的測試系統(tǒng)，截止目前尚未發(fā)現同類可替代產品，可以開展 相關的螺栓檢測業(yè)務，以拓展風機售后服務業(yè)務，提高風電機組的運維價值。
【附圖說明】
[0021] 上述僅是本發(fā)明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術手段，以下 結合附圖與【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
[0022] 圖1是本發(fā)明一種螺栓安裝工藝性能評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估設備的組成示意圖。
[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。
【具體實施方式】
[0026] 引起螺栓斷裂的原因很多，不同機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更換斷裂的螺栓，才能實現對螺栓 的合理維護。
[0027] 請具體參閱圖1所示，一種螺栓安裝工藝性能評估方法，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，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，通過墊圈壓力傳感器測量得到法蘭圓周端面上的螺栓預緊力的分布；
[0030] C.給螺栓施加一定的工作載荷，測試機組運行過程中不同工作載荷下的螺栓實時
總拉力的波動區(qū)間F^-Fa，并計算螺栓的實時應力幅值0 a，所述 其中士為 f 該螺栓的直徑；
[0031] D.將所有螺栓的實時應力幅值〇a與其標準應力幅值進行比較，當所述實時應力 幅值大于標準應力幅值時，得出被連接件端面出現縫隙的結論，并返回步驟A確定新的螺 栓緊固順序，否則確定當前螺栓緊固順序為最優(yōu)的螺栓緊固順序。
[0032] 進一步具體來講，所述步驟B、C之間還包括以下步驟：將檢測到的該螺栓的預緊 力與其標準預緊力進行比較，當所述預緊力不等于標準預緊力時，判斷螺栓是否沒有按要 求涂抹固體潤滑膏、潤滑膏及螺栓的質量是否有問題、設定的預緊力矩值T是否符合標準， 并返回步驟B重新按照步驟A確定的順序根據所述判斷糾正工藝并緊固各螺栓。
[0033] 螺栓的預緊力和總拉力通過設置在法蘭面與連接螺栓之間的墊圈壓力傳感器實 時測量。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，墊圈壓力傳感器設有8顆貼片，提高了傳感器的靈敏程度。另外，可以根 據局部螺栓斷裂的數量而增加或減少傳感器數量。
[0034] 在螺栓預緊過程中，螺栓預緊力矩值：T = I\+T2= ktXF' Xdc(l)。式中：T是螺栓 預緊力矩值，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；F'是螺栓預緊力，單位為kN ;d。是螺栓的 直徑，單位為m。
[0035