风机叶片螺栓断裂故障的6个排查步骤

        高强螺栓连接副作为最常见、最重要的装配连接方式，被广泛应用于塔筒、机架、机舱、叶片等各种需要紧固连接的部件上。风力发电机组的运行环境恶劣，载荷工况复杂，随着机组的长期运行，螺栓的疲劳断裂几乎不可避免。

        如何才能高效的查找螺栓断裂的真正原因？九洲普惠下面以风机叶片螺栓疲劳断裂故障分析为例，来分享“六步骤”质量问题调查。

一、问题信息收集

        叶片螺栓发生断裂后，断裂现场是问题分析的重要信息来源，故障现场保护及信息的及时传递尤为重要，主要应有以下内容：

        1、  文字信息：文字描述是对风机问题发生过程的详细反馈，主要对故障发生前后，风机运行的异常情况进行描述，应包含机型的相关信息。

        2、  图片信息：图片是对问题最直接的反馈媒介，是文字信息的补充，应包含：

        断裂螺栓相对位置：一般以吊装时候标记的“0”度位置开始，顺时针计数、标记，要对断裂螺栓的位置进行拍照；

        螺栓断裂位置：叶片螺栓为双头螺柱，拧入叶片侧为平头形式，而在轮毂侧为内六角形式，要对螺栓断裂位置进行拍照；

        螺栓断口：螺栓断口包含有断裂形式的重要信息，要对断进行清晰的宏观、微观拍照；

        叶片螺栓出厂要求有螺栓的追溯信息：包括螺栓的厂家、规格、批次信息等，需要进行拍照。

二、问题临时处理

        叶片螺栓断裂往往包含比较复杂的原因，对于问题的分析及定责一般都需要较长的时间周期，因此故障发生后，尽快实施临时处理措施，恢复风机运行。临时处理措施主要应有以下内容：

1、  问题处理准备：

        方案制定：问题的临时处理方案需要有专业技术部门的会签或审批。

        物料准备：问题需要对螺栓进行更换，更换之前应将螺栓、螺母、垫片、润滑剂等物料准备齐全，确定安装力矩等施工参数，同时也应检查力矩扳手等安装工具。

2、问题处理与记录：

        问题处理：在确认问题处理方案及物料无误后，进行故障处理。

处理的记录：问题处理完，除了要限功率运行一段时间外，还需对问题的处理情况进行记录，应包括：更换螺栓的数量、位置、螺栓的厂家、批次、扭矩系数等信息。

三、直接原因分析

        叶片螺栓发生断裂，螺栓本身是否合格是首先需要进行确认的，对于螺栓本身的调查可以找到问题的直接原因或相关提示。调查一般包含以下内容：

        1、螺栓的断裂形式：一般来讲，从螺栓的断口就可以初步判定螺栓断裂是疲劳断裂还是极限断裂。在假设螺栓合格的情况下，如果是疲劳断裂就要考虑疲劳源，如果是极限断裂就要考虑拉力来源。

        2、螺栓的失效分析：螺栓的失效分析一般委托有CNAS认证的专业机构进行，通过对螺栓的材质、机械性能、断裂形式等全面分析，确定其失效模式。如果发现螺栓本身存在缺陷，那很可能问题批量存在，在后续调查及问题处理时就要重点关注。

        3、螺栓安装工艺调查：螺栓的疲劳断裂一般是由于螺栓没有打紧，而极限断裂往往是螺栓打的过紧，因此需要迅速排查施工工艺，包括力矩选择、润滑剂及相关内容。

        4、风机的运行环境：叶片螺栓断裂可能与风机的运行环境有关，比如大风急停、超低温运行、关联部件损坏等等，都可能导致螺栓的断裂。

四、根本原因分析

        只有进行全面、系统的质量调查，才有助于找到根本原因，制定有效对策。质量调查需包含以下内容：

        1、  螺栓的设计：包含螺栓的选型、技术参数等，除此之外还要调查螺栓在预定的运行环境下（包括的设计载荷、疲劳寿命等）的设计要求，一般看设计裕度是否满足要求。

        2、  螺栓的生产：包含螺栓从原材料的选择、检验，热处理、机加工、表面处理，无损检测和性能测试等环节，根据技术协议、企业标准、行业标准、国家标准甚至国际标准进行全生产过程调查。

        3、  叶片的生产：叶片螺栓主要连接轮毂和叶片，载荷主要来源就是叶片，因此叶片的重量、重心、叶根螺栓孔及螺栓安装的质量都需要进行排查。三支叶片不平衡、叶根螺栓孔垂直度不合格等都可能间接造成叶片螺栓断裂。

        4、  现场吊装：吊装一般是由第三方实施完成，在技术交底过程中，可能会忽视部分技术细节，加之对人员设备能力的管控力度以及现场环境等原因，出现操作疏忽或不规范的情况也不无可能，因此对吊装过程的环境（风沙雨雪冰）、润滑剂涂抹、力矩标识、力矩的交叉和分次打紧等工作环节应重点调查，需要有吊装过程的详细记录或影像资料。

        5、  运行维护：风机的运行维护也是比较重要的环节，维护的频次及选择的技术参数和工具都会对螺栓产生一定影响。如果频次过低，则不能及时发现已经断裂的螺栓，可能会导致更多螺栓断裂；如果维护力矩不当（设定不当或设备输出不当），可能无法检出紧固力不足螺栓或使螺栓超出安全紧固力值。

五、问题纠正预防

        通过对现场直接原因的调查和对螺栓全生命周期的调查，找出异常环节，要根据其重要程度进行等级区分，制定解决措施和改善对策，对策主要从人、机、料、法、环、测六个方面着手。同时也应举一反三，做好同类问题的排查、预防和纠正。

六、处理效果验证

问题处理效果跟踪主要分两部分：

        1、  对于风机故障处理效果：处理后要对故障处理后的风机进行一段时间的限功率，另一方面，还应定期上塔对更换后的螺栓力矩、力矩标识等进行检查，保证问题处理效果。

        2、对于生产制造环节：通过PDCA循环的方式，保证各项改进的真正落实。

九洲普惠总结

        高强螺栓重要而又应用广泛，螺栓的断裂好比“设备故障的前兆”，往往会因为一颗螺栓的断裂，反映出一系列的质量问题。如不能及时发现和有效处理问题隐患，可能会使问题进一步扩大，造成更大的经济损失，因此，一旦有螺栓断裂问题发生，就需要引起高度的重视，并进行系统的调查分析，以避免问题的进一步恶化。

        希望本篇对大家的工作能有所帮助，不足之处请多多指教。