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1、风机倒塌原因探讨2011-04-25 16:06:37 作者：陈三弟从 2008 年到 2010 年，发生了多起风电整机倒塌、风电塔筒法兰盘连接处折断倒塌、风机坠头叶片损坏等事故，如风电 1.5MW 在辽宁地区整机倒塌造成了巨大的损失，有关报道指出一台经济损失达数千万元。国内近两年这类倒塌事故屡见不鲜。随着大型风电 2.5MW-5MW 的上马，安装不当更会发生上述倒塌事故，必须予以重视。CNWPEM.NET分析上述风电整机倒塌、风电塔筒法兰盘连接处折断倒塌、风机坠头叶片损坏等事故的原因，可以得出如下几点：风电材料设备（一）安装技术不科学，凭经验想当然。安装员工没有考虑到风电主要运行部件都位于
2、80-100 米的塔顶机舱内，运行时产生的振动极大，而且振动频率很高。安装连接风机机主螺栓没有按科学紧固，风机坠头风叶打坏。风电地脚螺栓没有紧固到位，在强大振动中螺栓松动，摩擦剪切造成迟断倒塌而且是整机倒塌，造成塔顶机舱内部件毁灭性破坏。风机塔筒安装法兰盘连接处螺栓预紧力和预紧扭矩值（摩擦系数 0.14）才能防止螺栓螺母松动，因为塔筒从地面算起 40 米以下是受风机机仓内 25 吨左右部件和风叶片转动产生振动力最大部位处。风机拦腰折断倒下多是在连接法兰盘处，倒塌折断多是法兰盘振裂（法兰盘连接螺栓孔振裂）。但是，实际是螺栓松动后造成风机倒下而把法兰盘振开裂了，而风机倒下螺栓没有断是因为风机有直径
3、 4 米的塔筒支撑，倒下没有把大直径螺栓折断而已，其实，罪魁祸首是螺栓没有按建设部公布的 JG/T5057.40-1995预紧力和预紧扭矩值（摩擦系数 0.14）紧固而造成螺栓螺母松动致使风机倒塌。这三类事故的发生都与安装有重大关系，没有按科学依据扭矩紧固螺栓螺母而造成风机倒塌。欧美日本等国家没有发生过整机倒塌和拦腰折断等重大事故，风机坠头现象也没有发生过。风电材料设备（二）大型风机多是在 80 米以上，1.5MW 以上风机的安装在国内是门新课。本人年青时做过设备、吊塔和宝钢建设安装，讲的螺栓预紧力是屈服强度 70%，预紧扭矩值摩擦系数 0.14。由于以前吊机和机械设备上使用表面发黑螺栓，扭矩
4、值摩擦系数要求在 0.15 以上，原因是发黑螺栓表面有点油，必须扭矩值摩擦系数 0.15 才能预防螺栓螺母松动。否则吊机和机械设备运行时产生振动会造成螺栓松动而迟断，吊机在高空中倒下，当时追查责任要杀头的。现在讲究安装进度、经济效益，出事故是常有的事，讲效率低也就没有人去分析事故原因了，因此风机倒塌屡见不鲜了。风电在国内是新发展的事业，又是节能环保型事业，而在欧美国家发展得早些，安装技术数据与国标 JG/T5057.40 中建设部发布的预紧力和预紧值摩擦系数 0.14 是一样的，如美国铁路工程师学会规定摩擦系数 kt=0.2，西德 1974 年规定螺栓涂二硫化钼时 kt=0.15-0.16，涂
5、少量油时增加滑度必须摩擦系数值要高 kt=0.2-0.21，日本国铁桥梁所规定 kt=0.15-0.19。这些国家和我国建设部发布的 JG/T5057.40-1995 紧固扭矩最低值数据还不能算科学扭矩最低紧固值吗？cnwpem由于国内对高强度 8.8 级和 10.9 级螺栓紧固力的观点不同，按国标 GB/T1228 钢结构检测时的标准来代替扭矩值摩擦系数 0.14 的标准是不对的。观点不同，甚至是混为一谈的糊涂认识造成了风机安装不科学，导致了几十台风机倒塌的重大事故的发生。国标 GB/T1228 钢结构检测标准是用磷皂化增加滑度来控制螺栓螺母的摩擦系数=0.11-0.15。通过滑度来控制摩擦
6、系数是 GB/T1228 检测标准之一，而不是扭矩紧固力的标准（检测螺栓标准是按国标 GB3098.1 机械性能）。当大直径 M42 以上检测合格，就不需要按建设部发布的 JG/T5057.40-1995 预紧力和预紧扭矩值（摩擦系数 0.14），行吗？现在安装公司在安装紧固时图快而对大直径 M36 以上螺栓扭矩时采用 GB/T1228 检测滑度控制摩擦系数在 0.11-0.15 范围内来紧固螺栓螺母，导致螺栓松动，风机倒塌。应该讲增加滑度，扭矩值必须高而不是扭矩值低，这最起码的常识不懂是造成风机倒塌的罪魁祸首。我们来计算一下以下数据做个对比就全清楚了：比如 M64 规格螺栓截面积是 2680
7、（mm）2，10.9 级cnwpem（1）预紧力 1750摩擦系数 0.11直径 M64 = 12320N（2）预紧力 1750摩擦系数 0.15直径 M64 = 16800N二者相比同样规格 M64 扭矩紧固力相差 4480 Nm，相当于少 M42 规格 10.9 级高强度螺栓扭矩紧固力的值。中国建设部发布的 JG/T5057.40-1995 预紧力和预紧扭矩值（摩擦系数 0.14）是老一辈科学家根据物理学家爱因斯坦研究物理力学得出的科学依据，运用了数学家华罗庚、物理学家钱三强、钱学森、钱伟长等老前辈研究的成果。我们按照使用还会错吗？近 50 年国内没有出一个科学家，也只能按建设部发布的 J
8、G/T5057.40-1995 预紧力和预紧扭矩值（摩擦系数 0.14）来预防螺栓螺母松动的科学依据。再举个例子，德标 DIN933，DIN934，国标 GB5782，GB5783，GB897，GB898，GB901等，包括英标、美标，表面镀达克罗，热镀锌，也要按国标 GB/T1228 标准增加滑度降低摩擦系数来扭矩紧固吗？要搞清楚增加滑度必须增加摩擦系数，而不是降低摩擦系数。学过力学都懂这些道理的。表面越滑越要增加扭矩值（摩擦系数）才能预防螺栓螺母松动。（三）钢铁材料不管什么级别 8.8 级或 10.9 级，用直径再粗如 M64 或 M72 直径的螺栓，只要螺栓松动后，受摩擦压挤，在振动状态
9、下工作时受横向剪切力作用，迟断是必然的，早晚只不过是时间问题，一般延迟 3 个月到 2 年是必断的。大型风机法兰盘直径增大到 6 米或 10 米更要求平稳，螺栓直径规格增粗到 M64 来连接塔筒法兰盘，如果扭矩值低于 0.14，螺栓螺母还是会松动的。只有螺栓螺母不松动，才会没有摩擦和压挤，横向才不会产生剪切，螺栓 30 年不会断。只有按扭矩值（摩擦系数 0.14）紧固技术要求安装，螺栓螺母才不会松动，风机才不会倾斜，也就不会倒塌了。防止螺栓松动靠科学扭矩最低值（摩擦系数 0.14），通俗一点讲，螺栓 10.9 级中的抗拉强度应大等于 1040MPa 到 1220MPa，低于 1040 MPa
10、属于抗拉强度不合格。扭矩值也是一样，0.14 属于没有紧固牢，会发生螺栓螺母松动。没有一个国家对高强度螺栓 8.8 级和10.9 级的扭矩值的要求是低于 0.14 的。再举个例子，数学里的 是 3.14，计算卫星轨道圆周率 是 3.141592654，小数点越多，计算出来的卫星轨道越精确，这是一样的道理。但不能用 =3.13 去求圆的面积和周长，这是小学三年级学生都知道的。只不过近 40 年没有人去研究螺栓扭矩问题而已。但风机地脚螺栓和风机法兰盘连接螺栓扭矩紧固时必须一步到位，因为风机是每秒钟都在振动，如果螺栓螺母松动，风机随时会倒塌的。当在预紧力屈服强度 70%，扭矩值（摩擦系数 0.14）
11、时螺栓扭断或滑丝、屈服、螺栓跟转多属于螺栓质量问题，而不是超扭造成的，必须更换螺栓，绝对不能降低扭矩值或扭矩紧固力。cnwpmecom预紧力是屈服强度 70%，这是全世界的共识，放余量 30%是有科学道理的。美国、日本对 8.8 级、10.9 级有时采用屈服强度的 75%-80%作预紧力。一般用在桥梁上的预紧力也在范围之内的。如果预紧力定为屈服强度的 45%-50%，当扭矩紧固时螺栓会团团转，这时安装人员多知道是不允许的。但安装人员认为大直径 M48 以上螺栓扭矩值低一点没有关系，这就大错特错了。CNWPEM.NET扭矩值低紧固在静态连接处不会出事故的，比如钢结构房梁上，固定在钢架上、货架上。
12、中石化管道连接螺栓等静态部位扭矩值低有好处，维修时折断螺栓比较方便。而在桥梁上特别是风机法兰盘连接螺栓螺母必须要按摩擦系数 0.14，否则会松动，风机倒塌。去年以来倒塌几十台要引起老总们的关心和重视了。中国风电材料设备网附件：要使风机不倒塌必须改变理念附件：要使风机不倒塌必须改变理念 CNWPEM.COM风机高强度上使用的 10.9 级连接副扭矩系数值按国标 GB/T1228-84 要求用滑度控制摩擦系数在 0.11-0.15 范围内，还是按国标 JG/T5057.40（中华人民共和国建设部发布：“建筑机械与设备高强度紧固技术条件 JG/T5057.40-1995：预紧力和预紧扭矩值摩擦系数
13、=0.14” ）要求扭矩值紧固呢？CNWPEM.COM这理念必须要搞懂搞清楚。使用在风机连接副上后果是不可想象的。近两年倒塌了几十台风机已经说明高强度 10.9 级连接副扭矩值到底按 GB/T1228-84（摩擦系数 0.11或更低点 0.08）还是按建设部发布的国标 JG/T5057.40-1995 扭矩值摩擦系数 0.14存在很大的争议和分歧。物理学力学博士能解答这个问题。可以查一下国外资料，对比一下就清楚了。摩擦系数 kt 值，美国铁路工程师学会规定 kt=0.2，西德 1974 年规定螺栓涂二硫化钼时 kt=0.15-0.16，涂少量油时 kt=0.2-0.21（涂油增加滑度时摩擦系数
14、要比涂二硫化钼时大），日本国铁桥梁所规定 kt=0.15-0.19。如此看来，国标 GB/T1228-84 规定的摩擦系数 =0.11 是否太低了吧。如果按 GB/T1228-84 测试时在摩擦系数为 0.22-0.23 时扭断，这时测试中心出的报告为不合格，怎么办？必须对这批摩擦系数 0.23 扭断做拉伸检测 GB3098.1 机械性能，也就是讲 GB3098.1 是检测螺栓的机械性能的标准。机械性能合格，GB/T1228 有滑度或没有滑度无所谓了。因为安装时是根据预紧力和预紧扭矩值摩擦系数 0.14，紧固时螺栓没有扭断，没有屈服，没有滑丝，能讲这批 GB/T1228-84螺栓不合格吗？以上例子说明再清楚不过了。国标 GB/T1228-84 扭矩摩擦系数最低值 0.11，从 1984 年执行到现在已有 27 年了，从事这项检测工作的人也按这个标准干了 27 年了，要想改变理念扭矩最低值摩擦系数0.14 很难，尽管有建设部发布的国标 JG/T5057.40 对建筑机械设备扭矩紧固力的要求和有国外扭矩摩擦系数 0.15-0.21 的扭矩紧固力要求。想改变 GB/T1228 最低值是扭矩摩擦系数 =0.11 是不可能了，只有从以后中型风机 1.5MW-5MW 倒塌几百台中再去思考最低扭矩值了。
