風機葉片螺栓斷裂故障的6個排查步驟

        高強螺栓連接副作為最常見、最重要的裝配連接方式，被廣泛應用于塔筒、機架、機艙、葉片等各種需要緊固連接的部件上。風力發電機組的運行環境惡劣，載荷工況復雜，隨著機組的長期運行，螺栓的疲勞斷裂幾乎不可避免。

        如何才能高效的查找螺栓斷裂的真正原因？九洲普惠下面以風機葉片螺栓疲勞斷裂故障分析為例，來分享“六步驟”質量問題調查。

一、問題信息收集

        葉片螺栓發生斷裂后，斷裂現場是問題分析的重要信息來源，故障現場保護及信息的及時傳遞尤為重要，主要應有以下內容：

        1、  文字信息：文字描述是對風機問題發生過程的詳細反饋，主要對故障發生前后，風機運行的異常情況進行描述，應包含機型的相關信息。

        2、  圖片信息：圖片是對問題最直接的反饋媒介，是文字信息的補充，應包含：

        斷裂螺栓相對位置：一般以吊裝時候標記的“0”度位置開始，順時針計數、標記，要對斷裂螺栓的位置進行拍照；

        螺栓斷裂位置：葉片螺栓為雙頭螺柱，擰入葉片側為平頭形式，而在輪轂側為內六角形式，要對螺栓斷裂位置進行拍照；

        螺栓斷口：螺栓斷口包含有斷裂形式的重要信息，要對斷進行清晰的宏觀、微觀拍照；

        葉片螺栓出廠要求有螺栓的追溯信息：包括螺栓的廠家、規格、批次信息等，需要進行拍照。

二、問題臨時處理

        葉片螺栓斷裂往往包含比較復雜的原因，對于問題的分析及定責一般都需要較長的時間周期，因此故障發生后，盡快實施臨時處理措施，恢復風機運行。臨時處理措施主要應有以下內容：

1、  問題處理準備：

        方案制定：問題的臨時處理方案需要有專業技術部門的會簽或審批。

        物料準備：問題需要對螺栓進行更換，更換之前應將螺栓、螺母、墊片、潤滑劑等物料準備齊全，確定安裝力矩等施工參數，同時也應檢查力矩扳手等安裝工具。

2、問題處理與記錄：

        問題處理：在確認問題處理方案及物料無誤后，進行故障處理。

處理的記錄：問題處理完，除了要限功率運行一段時間外，還需對問題的處理情況進行記錄，應包括：更換螺栓的數量、位置、螺栓的廠家、批次、扭矩系數等信息。

三、直接原因分析

        葉片螺栓發生斷裂，螺栓本身是否合格是首先需要進行確認的，對于螺栓本身的調查可以找到問題的直接原因或相關提示。調查一般包含以下內容：

        1、螺栓的斷裂形式：一般來講，從螺栓的斷口就可以初步判定螺栓斷裂是疲勞斷裂還是極限斷裂。在假設螺栓合格的情況下，如果是疲勞斷裂就要考慮疲勞源，如果是極限斷裂就要考慮拉力來源。

        2、螺栓的失效分析：螺栓的失效分析一般委托有CNAS認證的專業機構進行，通過對螺栓的材質、機械性能、斷裂形式等全面分析，確定其失效模式。如果發現螺栓本身存在缺陷，那很可能問題批量存在，在后續調查及問題處理時就要重點關注。

        3、螺栓安裝工藝調查：螺栓的疲勞斷裂一般是由于螺栓沒有打緊，而極限斷裂往往是螺栓打的過緊，因此需要迅速排查施工工藝，包括力矩選擇、潤滑劑及相關內容。

        4、風機的運行環境：葉片螺栓斷裂可能與風機的運行環境有關，比如大風急停、超低溫運行、關聯部件損壞等等，都可能導致螺栓的斷裂。

四、根本原因分析

        只有進行全面、系統的質量調查，才有助于找到根本原因，制定有效對策。質量調查需包含以下內容：

        1、  螺栓的設計：包含螺栓的選型、技術參數等，除此之外還要調查螺栓在預定的運行環境下（包括的設計載荷、疲勞壽命等）的設計要求，一般看設計裕度是否滿足要求。

        2、  螺栓的生產：包含螺栓從原材料的選擇、檢驗，熱處理、機加工、表面處理，無損檢測和性能測試等環節，根據技術協議、企業標準、行業標準、國家標準甚至國際標準進行全生產過程調查。

        3、  葉片的生產：葉片螺栓主要連接輪轂和葉片，載荷主要來源就是葉片，因此葉片的重量、重心、葉根螺栓孔及螺栓安裝的質量都需要進行排查。三支葉片不平衡、葉根螺栓孔垂直度不合格等都可能間接造成葉片螺栓斷裂。

        4、  現場吊裝：吊裝一般是由第三方實施完成，在技術交底過程中，可能會忽視部分技術細節，加之對人員設備能力的管控力度以及現場環境等原因，出現操作疏忽或不規范的情況也不無可能，因此對吊裝過程的環境（風沙雨雪冰）、潤滑劑涂抹、力矩標識、力矩的交叉和分次打緊等工作環節應重點調查，需要有吊裝過程的詳細記錄或影像資料。

        5、  運行維護：風機的運行維護也是比較重要的環節，維護的頻次及選擇的技術參數和工具都會對螺栓產生一定影響。如果頻次過低，則不能及時發現已經斷裂的螺栓，可能會導致更多螺栓斷裂；如果維護力矩不當（設定不當或設備輸出不當），可能無法檢出緊固力不足螺栓或使螺栓超出安全緊固力值。

五、問題糾正預防

        通過對現場直接原因的調查和對螺栓全生命周期的調查，找出異常環節，要根據其重要程度進行等級區分，制定解決措施和改善對策，對策主要從人、機、料、法、環、測六個方面著手。同時也應舉一反三，做好同類問題的排查、預防和糾正。

六、處理效果驗證

問題處理效果跟蹤主要分兩部分：

        1、  對于風機故障處理效果：處理后要對故障處理后的風機進行一段時間的限功率，另一方面，還應定期上塔對更換后的螺栓力矩、力矩標識等進行檢查，保證問題處理效果。

        2、對于生產制造環節：通過PDCA循環的方式，保證各項改進的真正落實。

九洲普惠總結

        高強螺栓重要而又應用廣泛，螺栓的斷裂好比“設備故障的前兆”，往往會因為一顆螺栓的斷裂，反映出一系列的質量問題。如不能及時發現和有效處理問題隱患，可能會使問題進一步擴大，造成更大的經濟損失，因此，一旦有螺栓斷裂問題發生，就需要引起高度的重視，并進行系統的調查分析，以避免問題的進一步惡化。

        希望本篇對大家的工作能有所幫助，不足之處請多多指教。