分析風電機組整機倒塌與安裝因果關系
春節(jié)過后新的一年又是安裝風電機組高潮的季節(jié)了。由于近三年風電機組發(fā)生脫網(wǎng)和高低壓穿網(wǎng)等問題不斷發(fā)生，經(jīng)近年有關專家努力研究已經(jīng)完成了低電壓穿越能力等相關技術改造，基本上解決了上述問題。而機艙內(nèi)機械設備，如輪轂內(nèi)機械松動造成墜頭，風輪墜頭造成葉片損壞屢見不鮮，大大小小風輪墜頭近幾年已有數(shù)百臺之多。甚至從2009年到2011近三年，整機倒塌十幾臺，每臺數(shù)千萬元以上，損失數(shù)百億元。對全國風能行業(yè)是一個很小的數(shù)目，損失屬微不足道的，只當交學費。而對風電機組企業(yè)來講是個損失不小的數(shù)目了，甚至導致企業(yè)倒閉。至今為止，整機倒塌真正原因還沒有找到，風輪墜頭更沒人去研究分析了。（從國外資料查看，風機整機倒塌從來沒有）國內(nèi)整機倒塌幾十臺說明什么呢？從整機倒塌部位看，大多數(shù)發(fā)生在塔筒與塔筒連接處的法蘭盤處斷裂，風電機組墜頭和葉輪打壞損傷（包括機倉內(nèi)設備損壞）多是與安裝技術有關，也與強度螺栓、螺柱、螺母的質量有重大關系。
風電企業(yè)老總們應該重視一下了。首先分析一定要搞清楚風電機組是屬靜態(tài)狀態(tài)，還是動態(tài)狀態(tài)。這關系到安裝緊固技術性問題了（國外就是技術性數(shù)據(jù)不肯賣給國內(nèi)）。國內(nèi)緊固標準有化工部標準，有航空標準，有建設部緊固標準等等，各有各的科學道理。現(xiàn)代人講就是采用在靜態(tài)上還是動態(tài)上連接緊固是不同的。這關系到安裝高強度螺栓螺母預緊力和預緊扭矩值的重要數(shù)據(jù)，關系到安裝后風電機組整機倒塌和幾十年不會倒塌的質量問題了。許多風電老總們還認為風電機組屬于靜態(tài)工作范疇，只有風輪葉片數(shù)動態(tài)，故會造成風電機組整機倒塌幾十臺重大事故發(fā)生，今后不斷會倒塌。風電設備的工程師們沒有搞清楚塔筒與塔筒連接處屬于動態(tài)還是靜態(tài)，聽了不負責任專家講是靜態(tài)就按靜態(tài)要求去緊固連接處的螺栓螺母了。故造成螺栓螺母松動，使塔筒與塔筒，塔筒與輪轂連接緊固螺栓摩擦塔筒法蘭孔壁后摩擦突然斷掉，造成輪轂風輪墜頭。重者機艙內(nèi)設備損壞，輕者楓葉打壞。甚至風輪墜頭時造成強大的振動把塔筒捶個凹坑。何況塔筒與塔筒法蘭連接處由于高強度螺栓螺母沒有按建設部發(fā)布的中華人民共和國建筑工業(yè)行業(yè)標準：“建筑機械與設備高強度緊固件技術條件，JG/T5057.40-1995預緊力與預緊扭矩值（摩擦系數(shù)μ≥0.14）”。何為建筑與機械設備呢？橋梁、大型機器安裝、風電設備、建筑安裝使用在塔吊的高強度螺栓螺母，碼頭上的吊機支承螺柱及船上重型吊機。進口大型設備安裝多必須采用建設部發(fā)布的行標執(zhí)行連接緊固，JG/T5057.40-1995預緊力與預緊扭矩值（摩擦系數(shù)μ≥0.14）技術要求，或者采用德國對風電機組緊固的技術要求（德標DASt)。大直徑高強度螺栓預緊力和預緊扭矩最低值才能確保螺栓螺母50年不會松動。這是科學家研究出來的科學依據(jù)，世界通用的對動態(tài)工作狀態(tài)連接緊固科學方法，防止螺栓螺母松動的科學技術方法。從力學角度講，當科學扭矩緊固后，高強度螺栓靠自身收縮彈性使螺栓螺母不會松動，只有按科學。部標要求預緊力和預緊扭矩最低值（摩擦系數(shù)μ≥0.14）”技術要求緊固，塔筒與塔筒法蘭盤連接高強度螺栓螺母不松動。塔筒連接處在風輪轉動和風葉轉動所帶來的強大振動及沖擊振動不會造成移動。螺桿部分不會受塔筒法蘭盤的孔壁摩擦，使螺栓不受摩擦而斷。反之，按鋼結構GB/T1228緊固其中低的摩擦系數(shù)只有0.11。故會造成螺栓螺母還沒有松動，螺栓就斷裂了。突然性的，無法預防的。
由于競爭的需要，企業(yè)放低了緊固摩擦系數(shù)值的要求，使橋梁倒塌、塔吊倒塌、機械設備損壞屢見不鮮。故在1995年建設部發(fā)布“中華人民共和國建筑機械與設備高強度緊固件技術條件標準：JG/T5057.40預緊力與預緊扭矩值（摩擦系數(shù)μ≥0.14）”。這標準是老前輩科學家研究出來后，從新翻版警示大家連接緊固要求有動態(tài)要求，有靜態(tài)要求。嚴格講，高強度螺栓、螺母質量有合格不合格之分。動態(tài)上使用的高強度螺栓講的是螺栓芯部必須達到機械性能要求。在預緊力與預緊扭矩值（摩擦系數(shù)μ≥0.14）緊固值是不會扭斷，不會屈服拉長，更不會滑絲。否則是螺栓質量問題，更不是超扭問題。因為風電機組上使用10.9級高強度螺栓淬火必須達到90%馬氏體，回火出來是索氏體，而不是鐵素體。故在扭矩值（摩擦系數(shù)0.18）時也不會扭斷或扭屈服或滑絲，故不能統(tǒng)一用一個標準緊固值衡量不同的安裝連接緊固技術要求。靜態(tài)工作狀況如化工管道法蘭連接、廠房鋼架連接可以按GB/T1228緊固要求，而動態(tài)工作狀況及高空設備連接螺栓必須按動態(tài)緊固要求緊固。因為螺栓斷裂往往是摩擦后斷裂，是突然性的。就算安裝先進測量螺母松動器會報警時沒有用的，因為螺栓螺母是質量問題引起安裝后摩擦而斷，也就是風電機組安裝后受振動而脆斷所造成的。所以講風輪墜頭和整體倒塌是安裝沒有按科學緊固，緊固扭矩值太低，用靜態(tài)扭矩值使用在動態(tài)扭矩值上造成幾百臺風電機組輪機墜頭。幾十臺整機倒塌必然結果，也是安裝與倒塌因果問題所在。
為什么進口螺栓在安裝時扭不斷，扭不屈服。原因是國外進口螺栓技術標準機械性能有不同要求。比如國外進口螺栓講究螺栓芯部韌性較好，在安裝緊固預緊力和預緊扭矩值大于（摩擦系數(shù)μ≥0.15）為最低緊固扭矩值，緊固后靠螺栓自身彈性伸漲收縮達到自鎖防松目的。
大型風電機組由于直徑6米以上，平穩(wěn)度較好。但是在安裝緊固按靜態(tài)要求，經(jīng)2年到3年必然也會風輪墜頭和整機倒塌。因為經(jīng)2年風輪轉動和風葉轉動產(chǎn)生強大振動，造成連接處部位往某處移動，產(chǎn)生摩擦螺桿，經(jīng)摩擦剪切突然斷裂整機而倒塌，防不勝防。只不過直徑大，墜頭倒塌發(fā)生2年后�？茖W安裝連接緊固一定要按行業(yè)緊固到位，才能使螺栓螺母不會松動，才能確保風電機組在數(shù)百次轉動產(chǎn)生振動時塔筒連接處不會發(fā)生移動。螺栓不會與塔筒法蘭盤內(nèi)孔壁發(fā)生摩擦而剪切斷裂。螺栓質量是確保安裝在科學緊固時不扭斷、不屈服、不滑絲的重要性。而不是因為在扭矩時扭斷、扭屈服拉長或滑絲改變或降低緊固扭矩值，故發(fā)生幾百臺風機墜頭和幾百臺風機整機倒塌事故發(fā)生。故要求安裝必須科學。
為什么進口螺栓螺柱在安裝時預緊力為屈服強度70%和預緊扭矩值（摩擦系數(shù)μ≥0.15）扭不斷、扭不屈服。而國內(nèi)生產(chǎn)出來的高強度10.9級螺栓螺柱預緊扭矩值（摩擦系數(shù)μ≥0.14）時會被扭斷或扭屈服及扭滑絲呢？
由于國內(nèi)近幾年生產(chǎn)螺栓廠家采用淬火機床來淬高強度螺栓螺柱，而造成螺栓螺柱一扭就斷的惡果，故在安裝緊固時只能放低緊固扭矩值。實際淬火機淬出來的螺栓螺柱其本身有嚴重的質量問題，學過材料力學知識的人都知道。淬火機床淬火螺栓螺柱速度飛快，每次從螺栓螺柱放進去到出來不會超過25分鐘。在這么短時間內(nèi)碳原子、鉻原子、鉬原子及其他合金原子無法達到均勻化，奧氏體也沒有均勻化，就是平時講沒有淬透。測驗硬度和抗拉強度多合格的。由于淬火機床淬火時間短，鋼材中的合金原子和碳原子在這短短25分鐘內(nèi)無法完成它的均勻化，并且奧氏體還沒有安全均勻化就出淬火機床淬火爐了。故在安裝緊固扭矩最低值時扭斷或扭屈服了。淬火機床淬高強度10.9級螺栓螺柱絕對不科學，懂點力學知識和材料知識的人都知道。淬火機床淬其他產(chǎn)品以快為優(yōu)點，但是高強度10.9級機械性能要點是沖擊功和扭矩最低值（摩擦系數(shù)μ≥0.14），由于淬火機淬的快，碳原子、合金原子來不及在鋼中溶于鐵素體和奧氏體也還來不及均勻化故造成一扭就斷。
因為淬火機淬的快，鋼成分在這短時間無法均勻化，特別有些部位還沒有來得及奧氏體均勻化就出爐了，沒有均勻化最怕扭矩緊固。國外風電機組資料上寫的高強度規(guī)格和機械性能技術要求，取試棒是螺栓芯部做拉伸測檢必須達到技術要求。而國內(nèi)對大直徑取試棒做拉伸測檢是從1/4處取樣的，從力學材料角度講，有著很大差別的。故在緊固扭矩時會一扭就斷，一扭就屈服。國外從芯部取樣數(shù)據(jù)時抗拉強度大于1000MPa；屈服強度≥900MPa；伸長率≥12%，這些是機械性能的技術要求，而不是標準。
而國內(nèi)不管是大規(guī)格或小規(guī)格只講究標準。只要標準合格，在安裝時可以協(xié)商扭矩值，可以把扭矩值放低，不顧科學對機械設備、橋梁、塔吊、風電機組防止螺栓松動的最低扭矩值的要求去緊固，造成近幾年風電機組整機倒塌幾十臺，風電機組墜頭幾百臺的重大事故。并且風機不斷在墜頭，原因安裝不科學。比如8.8級、9.8級、10.9級、12.9級它們多是按預緊力為屈服強度70%而預緊扭矩最低值（摩擦系數(shù)μ≥0.14）是科學防松的最低值，而不是協(xié)商解決把扭矩緊固值放低來滿足螺栓螺柱要求簡直荒唐。故會造成塔吊倒塌，橋梁倒塌，風電機組倒塌惡劣事故屢次發(fā)生。
在國內(nèi)生產(chǎn)螺栓廠家，沒有核心科技團隊，怎能可以否定物理科學家們研究出來的成果。憑幾家生產(chǎn)螺栓廠小字輩們研制低扭矩值也算當代科技發(fā)明嗎？實在荒唐。
老一輩中國科學院力學研究所在錢學森力學所長帶領的一代研究員們和全國力學博士生幾百人的核心團隊研究出來的扭矩最低值（摩擦系數(shù)=0.14）包過8.8級、9.8級、10.9級、12.9級多是最低扭矩值（摩擦系數(shù)μ≥0.14）才能防止螺栓螺母幾十年不會松動的科學依據(jù)，還不能說服生產(chǎn)螺栓廠家所謂技術員專家嗎？
安裝必須依據(jù)科學緊固，否則風電機組還會成幾百臺倒塌墜頭，塔吊、橋梁還會倒塌。對高強度10.9級螺栓螺柱緊固技術要求不能降低，更不能因為螺栓螺柱被扭斷、扭屈服時來滿足螺栓螺柱要求，降低扭矩值。
真正的10.9級如材質42CrMo或B7預緊力屈服強度70%預緊扭矩值在（摩擦系數(shù)=2.0）時不會被屈服，更不會被扭斷。最低扭矩值（摩擦系數(shù)=0.14）是一個防止螺栓螺母科學依據(jù)值，離被扭屈服的值相差很多。這就是物理學家研究出來能防松，又離扭屈服有一定保留值（保留著一定的扭矩值）。
請風電機組老總靜下來仔細細算一下，當風電機組法蘭盤上使用120付高強度10.9級規(guī)格M56直徑螺栓，它在預緊力和預警扭矩最低值（摩擦系數(shù)μ=0.14）不會松動時，120付就成為一個整體能承受的力是25831噸。材質42CrMo或B7經(jīng)幾百萬次振動螺栓疲勞后，根據(jù)鉻鉬鋼材料疲勞后還能承受7700噸。按風電機組塔筒加上機倉和葉輪葉片等總重量約500噸，在100米左右產(chǎn)生的振動力總和力為6.5倍計3250噸。應該講風電機組不會倒塌的，更何況頂層螺栓螺母也按預緊力和預緊扭矩最低值（摩擦系數(shù)=0.14）緊固成為一體，受振動雖然大，疲勞度來的早，但承受力要小的多，發(fā)生墜頭更不應該了。近年來許多廠家使用淬火機床淬火，雖然淬的快，問題就是出在快。淬的快碳原子、合金原子來不及在鋼中溶于鐵素體和奧氏體中，造成回火后不均勻，增加應力點集中處無法回透。使用淬火機床淬出來的螺栓經(jīng)不起科學扭矩最低值的考驗，一扭就斷（如果提高回火溫度使螺栓回軟又成為一扭就拉長屈服了），故螺栓行業(yè)要求放低扭矩值是很正常的。但是安裝有安裝行業(yè)的要求，不按科學安裝緊固扭矩最低值（摩擦系數(shù)μ=0.14）就不會發(fā)現(xiàn)螺栓的質量問題。本來在安裝時就可發(fā)現(xiàn)螺栓質量問題，及時調換可以避免風機倒塌和墜頭事故。結果為了滿足偽劣螺栓，放低扭矩值，實在可惜可悲。風電機組設計是正確的，無可非議的，安裝科學可避免風電機組整體倒塌和墜頭事故發(fā)生。
|
