Bouten met hoge sterkte zijn kernverbindingscomponenten die veel worden gebruikt in windturbines onder complexe belastingsomstandigheden. Met de snelle ontwikkeling van de windenergie-industrie hebben de voortdurende uitbreiding van windturbine-eenheden en de verlenging van de levensduur hogere eisen gesteld aan de operationele veiligheid en onderhoudsbetrouwbaarheid van bouten met hoge sterkte. De traditionele manier van preventief onderhoud die momenteel wordt gehanteerd voor bouten met hoge sterkte in windturbines heeft duidelijke beperkingen en kan zich niet langer volledig aanpassen aan de complexe bedrijfsomstandigheden ter plaatse. Daarom is het essentieel om de bestaande tekortkomingen in onderhoudswerkzaamheden samen te vatten, veldgerichte onderhoudsprocessen te optimaliseren en te upgraden, en de overgang van periodiek preventief onderhoud naar toestandsgebaseerd onderhoud te bevorderen, om de veilige en stabiele werking van windturbines te garanderen.
Windenergie is een van de snelst groeiende sectoren in de nieuwe energie-industrie. Op het elektriciteitsnet aangesloten windturbines vormen de belangrijkste apparatuur voor de opwekking van windenergie. Met de voortdurende inbedrijfstelling van nieuwe eenheden en de veroudering van bestaande eenheden is de kwaliteitscontrole van het onderhoud van apparatuur een belangrijk aandachtspunt geworden bij de exploitatie en het onderhoud van windenergie. Gebaseerd op de werkelijke bedrijfsomstandigheden van in gebruik zijnde windturbines, vat dit document systematisch de veelvoorkomende problemen samenhoge sterkte boutonderhoud, analyseert de mechanische principes van het aandraaien van bouten en stelt kwaliteitscontrolemaatregelen voor het volledige proces voor, die een referentie vormen voor verfijnd en toestandsgebaseerd onderhoud van bouten met hoge sterkte in windturbines.
1 Huidige status en problemen van preventief onderhoud voor bouten met hoge sterkte
1.1 Sterkteklassen en installatieposities van bouten met hoge sterkte
In windturbines worden drie typische sterkteklassen van bouten met hoge sterkte toegepast: klasse 8.8, klasse 10.9 en klasse 12.9. Verschillende kwaliteiten worden op elkaar afgestemd op basis van de belastings-, trillings- en spanningskenmerken van verschillende structurele posities. Bouten van klasse 8.8 worden over het algemeen gebruikt voor verbindingen tussen generatoren en encoders, maar ook tussen sleepringen en versnellingsbakken van pitch-geregelde eenheden. Bouten van klasse 10.9 worden algemeen gebruikt voor kritische dragende verbindingen, waaronder blad-naafverbindingen, naaf-hoofdasverbindingen en torensegmentverbindingen. Bouten van klasse 12.9 worden toegepast voor zware verbindingen, zoals verbindingen tussen de hoofdas en compressieringen.
1.2 Belangrijkste tekortkomingen in het huidige preventieve onderhoud
1.2.1 Vaste onderhoudscycli die leiden tot risico’s van over- en onderonderhoud
Momenteel volgen de inspectie en kalibratie van bouten met hoge sterkte strikt vaste periodieke onderhoudscycli, zonder gedifferentieerd beheer op basis van levensduur, werkelijke belasting en trillingsfrequentie. Dit resulteert doorgaans in over- of onderonderhoud, die beide potentiële veiligheidsrisico's met zich meebrengen. Overmatig herhaaldelijk aandraaien veroorzaakt cyclische metaalmoeheid, versnelt de veroudering van het materiaal en kan leiden tot plastische vervorming, scheuren of zelfs boutbreuk. Onvoldoende onderhoud vermindert de wrijvingskracht van boutverbindingen en verzwakt de voorspanning, waardoor uiteindelijk de bout losraakt en de verbinding mislukt, wat de stabiliteit van de unit negatief beïnvloedt.
1.2.2 Niet-standaard gebruik van onderhoudshulpmiddelen en onvolledige bedieningsspecificaties
De bestaande onderhoudsvoorschriften slagen er niet in om toepasselijke scenario's en bedieningsmethoden duidelijk te definiëren voor verschillende gereedschappen die overeenkomen met bouten van verschillende kwaliteiten en installatieposities, inclusief handmatige momentsleutels, koppelvermenigvuldigers en hydraulische momentsleutels. Dit leidt tot wanordelijke en inconsistente veldoperaties. Bovendien worden sommige momentsleutels vóór gebruik niet gekalibreerd, en wordt af en toe ongekwalificeerd of achterstallig gereedschap gebruikt, wat resulteert in onnauwkeurige momentwaarden, niet-standaardprocessen en een oncontroleerbare onderhoudskwaliteit.
1.2.3 Onregelmatige menselijke handelingen die handmatige kwaliteitsrisico's veroorzaken
De kalibratiekwaliteit vanbouten met hoge sterktewordt rechtstreeks bepaald door de verantwoordelijkheid, professionele vaardigheden en operationele standaardisatie van onderhoudspersoneel. Bij feitelijk veldwerk heeft zich onregelmatig gedrag voorgedaan, zoals het willekeurig verminderen van het kalibratiekoppel en het vereenvoudigen van de aandraaiprocedures, wat heeft geleid tot onvoldoende voorspanning en een ondermaatse onderhoudskwaliteit. Bij langdurig gebruik onder dergelijke omstandigheden kunnen de boutverbindingen gemakkelijk losraken en kapot gaan, waardoor de veiligheid van de unit ernstig in gevaar komt.
2 Basisprincipes voor het aanhalen van bouten met hoge sterkte
2.1 Spanningsvariatie tijdens het vastdraaien van bouten
Tijdens het aandraaien wordt de bout onder spanning gezet, terwijl de aangesloten onderdelen druk uitoefenen. De spanningstoestand verandert dynamisch met de aanhaalhoek en kan in vier fasen worden verdeeld:
Initiële aandraaifase: De bout is niet volledig bevestigd aan het verbonden oppervlak, wat resulteert in een compressiekracht van nul. Er bestaat slechts een geringe schroefdraadwrijving en het aanhaalmoment blijft laag.
Effectieve aandraaifase: Nadat de bout volledig contact heeft gemaakt met het verbonden oppervlak, begint het formele aandraaien. Zowel de compressiekracht als het aanhaalmoment stijgen snel met de toename van de rotatiehoek.
Plastische vervormingsfase: Wanneer de boutspanning de vloeigrens bereikt, treedt plastische vervorming op. De rotatiehoek blijft toenemen, terwijl de compressiekracht en het koppel langzaam groeien en de neiging hebben zich te stabiliseren.
Fase van falen door overbelasting: Voortdurend te strak aandraaien veroorzaakt overmatige spanning, wat leidt tot een snelle daling van de compressiekracht en het koppel en uiteindelijk resulteert in breuk door treksterkte van de bout.
2.2 Invloed van de wrijvingscoëfficiënt op de compressiekracht van de bout
Er bestaat geen vaste relatie tussen het aanhaalmoment en de voorspanning. De wrijvingscoëfficiënt heeft een grote invloed op de uiteindelijke compressiekracht. Bij hetzelfde aanhaalmoment kunnen verschillen in wrijving op de schroefdraadcontactvlakken en de boutlagervlakken tot aanzienlijke afwijkingen in de voorspanning leiden. Schroefdraadcorrosie, olievervuiling, onzuiverheden, ongelijkmatige smering en schade aan de coating zullen de wrijvingstoestand veranderen, waardoor afwijkingen in de voorspanning en falen van de verbinding ontstaan, wat de belangrijkste oorzaken zijn van het loskomen van bouten en ongelijkmatige spanning bij gebruik in het veld.
3 Kwaliteitscontrolemaatregelen voor het onderhoud van bouten met hoge sterkte
3.1 Kernfactoren die de onderhoudskwaliteit beïnvloeden
De kwaliteit van het boutonderhoud kan worden geanalyseerd via een hiërarchisch piramidemodel. In afnemende volgorde van belangrijkheid zijn de belangrijkste beïnvloedende factoren personeel, bedieningsmethoden, gereedschappen en apparatuur, en materiaaleigenschappen (inclusief bout- en verbonden componentmaterialen). Deze factoren werken op elkaar in en bepalen samen het onderhoudseffect en de operationele betrouwbaarheid op lange termijn van boutverbindingen.
3.2 Maatregelen voor kwaliteitscontrole tijdens het volledige proces
3.2.1 Versterk de opleiding van het personeel en standaardiseer het bedieningsgedrag
Er moet regelmatig een gespecialiseerde training over het onderhoud van bouten met hoge sterkte worden gegeven om de verantwoordelijkheid van het personeel en de vakbekwaamheid te verbeteren. De trainingsinhoud omvat de principes van boutspanning, criteria voor het matchen van kwaliteiten, gestandaardiseerde aandraaiprocessen en methoden voor het identificeren van fouten. Operators moeten defecten zoals corrosie, vervorming, scheuren en loskomen kunnen identificeren en moeten de standaardprocedures strikt volgen om handmatige fouten en willekeurige koppelaanpassingen te voorkomen.
3.2.2 Kwaliteitsinspectie vóór onderhoud van bouten implementeren
Voorafgaand aan het onderhoud moet een uitgebreide visuele en prestatie-inspectie worden uitgevoerd, waarbij de maatnauwkeurigheid, de integriteit van de coating, de toestand van de schroefdraad en de smeringsstatus worden onderzocht. Defecten zoals corrosie, bramen, vervorming en oppervlakteschade moeten volledig worden gecontroleerd. De wrijvingstoestand van schroefdraad moet worden geëvalueerd op basis van de bedrijfsomstandigheden om potentiële risico's van koppelafwijkingen te voorspellen. Het is verboden om niet-gekwalificeerde bouten opnieuw te gebruiken om verborgen gevaren bij de bron te elimineren.
3.2.3 Gereedschapsbeheer standaardiseren en detectienauwkeurigheid garanderen
Voor onderhoudsgereedschappen moet een systeem voor regelmatige inspectie, kalibratie en onderhoud worden opgezet. Op momentsleutels, koppelversterkers en hydraulische sleutels moeten vóór gebruik dynamische en statische nauwkeurigheidstests worden uitgevoerd. Achterstallig, onnauwkeurig of beschadigd gereedschap is verboden. Overeenkomstige gereedschappen en aanhaalmethoden moeten worden geselecteerd op basis van de sterkte van de bout, de installatiepositie en de belastingskarakteristieken om een geclassificeerde en gestandaardiseerde werking te realiseren. Gereedschap moet na gebruik worden gereinigd en handmatige momentsleutels moeten worden teruggezet op de minimale koppelwaarde om de meetnauwkeurigheid op de lange termijn te behouden.
3.2.4 Technische standaarden verenigen en volledige procesconsistente controle realiseren
Uniformeer technische specificaties, meetstandaarden en kalibratiecriteria overalboutinspectie-, gereedschapverificatie- en koppeltestprocessen om inconsistente bedrijfskwaliteit veroorzaakt door verschillende operators of batches te elimineren. Leg volledige onderhoudsgegevens vast, inclusief boutpositie, gekalibreerd koppel, operatorinformatie en testgegevens, waardoor volledige procestraceerbaarheid en stabiele kwaliteitscontrole van het onderhoud worden gerealiseerd.
4 Conclusie
Als kritische dragende verbindingscomponenten zijn bouten met hoge sterkte rechtstreeks bepalend voor de operationele veiligheid en stabiliteit van windturbines. De traditionele periodieke onderhoudsmodus heeft tekortkomingen zoals rigide cycli, niet-standaard gereedschappen en frequente handmatige fouten, die niet kunnen voldoen aan de eisen van verfijnde windenergiebedrijven. Uitgebreide kwaliteitsverbetering kan worden bereikt door gestandaardiseerd personeelsbeheer, geoptimaliseerde bedrijfsprocessen, strikte gereedschapscontrole en volledige mechanismen vóór inspectie. Met de voortdurende verbetering van de professionaliteit van de operator, het upgraden van onderhoudsprocessen en de popularisering van intelligente testapparatuur, zal het onderhoud van bouten met hoge sterkte geleidelijk een toestandsgebaseerd, nauwkeurig en controleerbaar beheer realiseren, waardoor het risico op falen van bouten effectief wordt verminderd en een veilige en stabiele werking van windturbines op de lange termijn wordt gegarandeerd.
