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风机倒塌原因探讨

2012-08-03 15:11
华静一
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  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。

  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:

  (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μ≥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μ≥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。

  (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μ≥0.14。由于以前吊机和机械设备上使用表面发黑螺栓,扭矩值摩擦系数要求在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μ≥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μ≥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?

  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μ≥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μ=0.11-0.15。通过滑度来控制摩擦系数是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μ≥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(mm)2,10.9级

  (1)预紧力1750×摩擦系数0.11×直径M64 = 12320N·m

  (2)预紧力1750×摩擦系数0.15×直径M64 = 16800N·m

  二者相比同样规格M64扭矩紧固力相差4480 N·m,相当于少M42规格10.9级高强度螺栓扭矩紧固力的值。

  建设部发布的JG/T5057.40-1995预紧力和预紧扭矩值(摩擦系数μ≥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JG/T5057.40-1995预紧力和预紧扭矩值(摩擦系数μ≥0.14)来预防螺栓螺母松动的科学依据。

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