风电机组中高强度螺栓的使用要求谭亮;张才盛;王海蛟【摘要】@@ 1引言rn高强度螺栓连接作为风电设备中应用最广泛的连接方式 之一,具有施工简便、可拆换、受力好和耐疲劳等优点.国内高强度螺栓连接的施工 方法一般采用扭矩法，目前国产的主流风电机组大多是引进国外的技术，所以拧紧力 矩和拧紧方法也基本按照国外的设计要求，但在施工过程中我们发现螺栓发生失效 大部分是因为齿牙受到过大外力挤压而产生了塑性流变，可以认定是拧紧力矩过大 所造成的.【期刊名称】《风能》 【年(卷)，期】2010(000)001 【总页数】4页(P62-65) 【作者】谭亮涨才盛;王海蛟 【作者单位】新疆金风科技股份有限公司;新疆金风科技股份有限公司;新疆金风科 技股份有限公司 【正文语种】中文1引言高强度螺栓连接作为风电设备中应用最广泛的连接方式之一，具有施工简便、可拆 换、受力好和耐疲劳等优点国内高强度螺栓连接的施工方法一般采用扭矩法，目 前国产的主流风电机组大多是引进国外的技术，所以拧紧力矩和拧紧方法也基本按 照国外的设计要求，但在施工过程中我们发现螺栓发生失效大部分是因为齿牙受到 过大外力挤压而产生了塑性流变，可以认定是拧紧力矩过大所造成的。
例如初期某 试验项目塔架螺栓失效（图1）：通过扭矩系数试验发现，国内生产的螺栓，使用国外设计要求的螺纹抗咬合剂，得 出的扭矩系数与国外扭矩系数值差别较大经过交流，原因应该是国内外卜螺纹的表面质量不同，所以高强度螺栓连接的拧紧力 矩需要重新计算和规定正确的施工方法2使用要求2.1螺栓与连接件通孔连接安装螺栓的通孔尺寸：根据JG/T 5057.40-1995附录A要求，高强度紧固件的连接，应尽量采用螺栓- 螺母（螺栓连接副）的连接方式（一个螺栓、一个螺母、两个垫圈）一般受拉状 态，其螺栓规格与通孔孔径采用中等装配；当组装精度要求较高时，采用精装配， 如表2所示表1扭矩系数对照表（单位：mm）螺栓预紧力（kN）拧紧力矩（Nm） K1（国外计算） K2（国内试验）使用K2计算拧紧力矩（Nm）M36 510 2800 0.1525 0.095 1744 M42 710 4500 0.1509 0.103 3071图1失效螺栓M42x220-10.9通孔公差及倒角：精装配系列，孔公差为H12 ；中等装配系列，孔公差为H13为了避免通孔边缘与螺栓头下圆角发生干涉，不装垫圈的，建议通孔边缘倒角45°, 倒角深度应与螺栓头下圆角相适应。
对于风电机组的螺栓连接副，必须采用垫圈， 垫圈一侧内孔必须倒角螺栓头部与光杆过渡的圆弧角，在无内倒角垫圈和无垫圈的使用情况下，可能发生 偏心安装，螺栓圆弧角与直角边产生干涉，造成安装不可靠，同时螺栓拧紧时，圆 弧角处产生压痕（螺栓安装也会产生偏斜），在载荷作用下产生应力集中，螺栓头 部易发生断裂，见图2表2通孔孔径（单位：mm）?2.2螺栓与连接件螺纹孔连接当由于结构需要，螺栓直接与连接件螺纹孔连接时，其连接件上的螺孔螺纹公差应 为7H或6H根据JG/T 5057.40-1995附录A要求，螺栓在连接件中的最小拧入深度，除对连 接件有特许规定外，一般连接需按螺栓性能等级区分，见表32.3螺栓夹紧长度L对于承受交变载荷的高强度螺栓，为保证交变载荷作用下的螺栓疲劳强度，根据 VDI2230 ,L/d>5, L的规定见图3如果夹紧长度还不够，可以将垫圈加厚 2.4连接表面接触应力图2螺栓头部与光杆部过渡圆弧角干涉图3螺栓夹紧长度L表3螺栓在连接件上的最小拧入深度注：①d为螺纹规格，mm;p为螺距，mm②当d M30时，采用d/p<9之值；当d >M33时，采用d/p > 9之值螺栓性 能等级8.8 10.9螺纹规格与螺距之比（d/p） <9 >9 <9 >9连接件的材料屈服 强度（N/mm2 ）>240 1.25d 1.3d 1.4d 1.5d>500 1.2d 1.25d 1.3d 1.4d>700 1.15d 1.2d 1.25d 1.3d>900 1.1d 1.15d 1.2d 1.25d高强度紧固件连接采用大预紧力，为保证在预紧力和负载作用下其相关接触表面的 比压强度，应对连接件、螺栓头、螺母的接触面进行校核，具体方法参考相关计算 标准。
2.5预紧力与预紧力矩高强度螺栓连接，必须采用较大的预紧力，根据VDI 2230-2003，一般预紧力应为该螺栓材料屈服强度的70% ~ 81.2%，即预紧力FP(kN):Fp=0.7xAsxap0.2预紧力矩MA(Nm )与预紧力Fp满足下式：MA=KxFpxd 式中：As 一螺纹公称应力截面积，mm2 ;op0.2 一螺栓材料屈服强度，N/mm2 ;K一扭矩系数；d一螺栓公称直径，mm根据国夕卜螺栓连接副松弛蠕变试验，螺母紧固后24小时螺栓轴力减少6%~9%, 其后损失速度变缓，为补偿拉力损失，其施工扭矩应将螺栓设计预拉力提高10% (这可能就是国夕卜设计高强度螺栓预紧力达到80%屈服轴力的原因)否则施工会产生严重的欠拧结果，达不到设计要求通过上面公式计算得出表4中的数据， 建议施工预拉力标准值按表4执行对于高强度螺栓连接，预紧扭矩主要受扭矩系数K的影响影响高强度螺栓扭矩 系数K的因素很多，但归结起来主要是受螺纹制造精度的影响，对于风电机组使 用的紧固件要求采用达克罗表面处理、不锈钢等，不同的表面处理方式，甚至不同 厂家的达克罗处理，都会有不同扭矩系数K值对于施工方法，表面是否作润滑， 什么润滑剂，施工温度等对扭矩系数K值影响同样很大。
对于高强度紧固件连接， 建议根据试验确定扭矩系数K值，从而确认施工扭矩扭矩系数K值的选取，根据扭矩系数试验，推荐扭矩系数K参考值见表5根据螺栓预紧力和扭矩系数值，可以确认施工预紧扭矩施工预紧扭矩参考值，见 表6和表7(表中数据只供参考)表5、表6及表7中数据是特定环境下的试验数据，只供参考，不能作为具体的 数据2.6螺栓连接副的防松采用高强度螺栓连接，应保证施工预紧扭矩，其值参考表5和表6,但是试验数据 的优先级高于表中参考值当使用8.8级螺栓时，一般不允许采用弹簧垫圈防松如果使用10.9级螺栓，绝 不允许采用弹簧垫圈防松建议采取下述防松方法：（1） 定期检查预紧扭矩防松在检查中如发生螺母、螺栓松动或有螺纹部分损伤， 应立即拧紧或更换螺母或螺栓；表4高强度螺栓施工预拉力标准值（kN）表5螺栓连接副扭矩系数K参考值（表面达克罗处理）扭矩系数K （参考）0.110.13 0.15 0.12 0.14 0.16表6施工预紧扭矩参考值（螺栓与连接件通孔连接）（2） 采用双螺母防松，两个螺母相同；（3） 可以涂螺纹锁固胶（Loctite243），或采用自锁螺母防松2.7关于重复使用高强度螺栓、螺母、垫圈，使用后拆卸下再次使用，一般不超过两次。
且拆下的螺 栓、螺母、垫圈必须无任何损伤、变形、滑牙、缺牙、锈蚀、螺纹粗糙度变化较大 等现象否则应禁止再用于受力结构的连接对于大规格（公称直径220mm）、承受较大交变载荷的高强度螺栓，拆卸下再次 使用，建议进行机械性能检测，只有抽样检测符合相关紧固件标准要求方可再次使 用，同时施工扭矩需要技术部门重新确认3施工注意事项3.1产品标准和设计要求风电机组连接用高强度螺栓、普通螺栓、铆钉、自攻钉、拉铆钉、地脚锚栓等紧固 标准件及螺母、垫圈等标准配件，其品种、规格、性能等应符合现行国家产品标准 和设计要求高强度螺栓连接副出厂时应分别随箱带有扭矩系数和紧固轴力(预拉 力)的检验报告检查方法为，检查产品的质量合格证明文件、中文标记及检验报 生堑口等3.2质量保证措施施工单位应采取质量保证措施，以提高高强度螺栓的安装质量如高强度螺栓设专 人管理妥善保管，不得乱扔乱放，安装过程中不得碰伤螺栓及污染，以防扭矩系数 发生变化，注意防潮防腐蚀3.3关于初拧和终拧施工中螺栓紧固必须进行初拧和终拧，其初拧扭矩可取终拧扭矩的50%螺栓在 初拧、终拧时，按对角的顺序施拧，并应在同一天完成终拧的紧固工具推荐使用 液压扭矩扳手，施工前需要对工具进行校准。
3.4润滑剂的使用表7施工预紧扭矩参考值(螺栓与连接件螺纹孔连接)螺栓性能等级A2-70 8.8 10.9螺栓材料屈服强度(N/mm2)450 640 940螺纹规格d(mm)固胶润滑剂 干摩擦螺纹锁固胶 6 20.1 5 5 5 6 7 8 9 108 36.6 17 15 16 20 22 24 28 3210 58 32 28 32 38 45 48 56 6412 84.3 55 48 55 62 72 80 92 10516 157 140 120 145 170 195 215 245 28018 192 195 170 210 240 280 295 340 39020 245 275 240 280 325 370 410 480 55024 353 480 420 490 570 650 720 840 96027 459公称应力截面积As(mm2)施工预紧扭矩MA(Nm)螺纹锁施工预紧扭 矩MA(Nm)施工预紧扭矩MA(Nm)固胶干摩擦润滑剂干摩擦螺纹锁720 830 950 1050 1200 135030 561 950 1100 1250 1400 1600 185036 817——2400 2800 320042 1120 3900 4500 520048 1470 5600 6500 750056 2030 905010500 12000 用扭矩控制法施工，离散性较大，降低离散性需要在螺纹处涂润滑剂，润滑剂的涂 抹需要均匀适量，由于在涂抹润滑剂时量的多少无法控制（涂多的润滑剂挤到转动 面上，影响扭矩系数），建议在螺栓头部或螺母（转动面）与垫圈的接触面涂少量 的润滑剂，其目的控制扭矩系数的离散度。
3.5关于摩擦面高强度螺栓连接摩擦面应保持干燥、整洁、不应有飞边、毛刺、焊接飞溅物、焊疤、 氧化铁皮、污垢等，除设计要求外摩擦面不应涂漆3.6螺栓的穿入高强度螺栓应自由穿入螺栓孔，且其穿入方向一致，严禁用锤子将高强度螺栓打入 孔内，局部受结构影响时可以除外如不能自由穿入时，该孔应用铰刀进行修整， 修整后孔的最大直径不应超过1.2d（ d为螺栓公称直径）修孔时，为了防止铁 屑落入连接件的夹缝中，铰孔前应将四周螺栓全部拧紧，使连接件密贴后再进行 严禁气割扩孔3.7安装方向螺母带圆台面的一侧应朝向垫圈有倒角的一侧，螺栓头下垫圈有倒角的一侧应朝向 螺栓头高强度螺栓应及时拧紧，以防止受到剪力3.8螺栓丝扣外露标准高强度螺栓终拧后，螺栓丝扣外露2~3扣，其中允许最多有10%的螺栓丝扣外露 1扣或4扣3.9高强度螺栓连接副施工扭矩检验高强度螺栓终拧完成1h后、48h内应进行终拧扭矩检查检查数量：按每个节点 数抽查10%且不应少于2个检验所用的工具其扭矩精度误差应不大于3%检验方法：在螺尾端头和螺母相对位置划线，将螺母退回60°左右，再用扭矩扳手 重新拧紧，使两线重合，测得此时的扭矩应在0.9 ~ 1.1倍施工扭矩范围内。
如发 现不符合规定的，应再扩大检查10%，如仍有不合格者，则整个节点的螺栓应重 新拧紧。