风电机组高强螺栓安装标准要求
风电机组高强螺栓安装标准要求
风电机组上的螺栓规格和数量众多，螺纹规格M30以上的高强螺栓，是风电机组基础、塔筒、机舱、轮毂、叶片之间连接的关键部件，螺栓紧固后预紧力值的大小及预紧力的分散度，直接影响到整台风力发电机组的运行安全。目前国内尚未有一本全面、的高强螺栓规范，与高强螺栓相关的标准规范出自于不同部门，有的出版年代较远，有些数据指标不一致。本文综合高强螺栓的相关规范，对高强螺栓的试验检测项目、安装要求、质量检验进行了梳理。同时结合工程实际经验列出螺栓现场检验经常出现的质量问题，分析原因并给出了应对措施。
风电机组高强螺栓连接形式与规格数量
风电机组高强螺栓连接形式与规格数量高强螺栓连接有以下三种形式：（1）高强螺栓（钉）连接：由一个螺栓和一个平垫圈组成；（2）高强螺栓副连接：由一个大六角螺栓、一个螺母、两个平垫圈组成；（3）高强螺柱连接：由一个螺柱、一个螺母、一个平垫圈组成。高强螺柱又叫双头螺栓或双头螺柱。
不同风电机组厂家甚至同一厂家不同风电场高强螺栓的数量、规格及扭矩值各不相同，安装时应以作业指导书为准。
高强螺纹紧固件紧固工具有手动力矩扳手、电动力矩扳手（俗称快枪）、液压力矩扳手、液压拉伸器等。每台设备的修正系数各不相同，必须经过校验合格后对照参数表使用。
高强螺纹连接副的抽检数量及试验项目
一、抽检数量的相关规定
根据《钢结构用高强度大六角头螺栓、大六角螺母、垫圈技术条件》GB/T 1231－2009检验规则中5.1规定“同批高强度螺栓连接副最大数量为3000套。"根据《钢结构高强度螺栓连接技术规程》JGJ82－2011条文说明中7.2.2规定“高强度螺栓连接副进场验收属于复验，其产品标准中规定出厂检验最大批量不超过3000套；作为复验的最大批量不宜超过2个出厂检验批，且不宜超过6000套。"有一点需要注意，该规范与GB/T1231－2009中螺栓试验参数仅适用于M12－M30，且不适用于双头螺柱。
根据《风电机组塔架用高强度螺栓连接副》NB/T31082－2016检验规则中6.7规定“抽检以螺栓连接副批次为单位，同批螺栓连接副最大数量为5000套。"该规范中螺栓试验参数规格为M36－M64。
综上所述，建议螺纹规格M36及以上的高强螺栓进场后每批次抽检不超过5000套；螺纹规格M36以下的每批次抽检不超过6000套。
二、抽检试验项目的规范要求
根据相关规范要求，高强螺栓抽检试验一般包括以下项目：螺栓楔负载试验、螺母保证荷载试验、螺母硬度试验、垫圈硬度试验、螺栓连接副扭矩系数试验，上述试验抽检数量均为8件。螺纹脱碳试验试件数量为3件。螺栓送检时应附制造厂的质量检验出厂报告，报告中应包括批号、规格、数量、材料、炉号、化学成分、试件拉力试验和冲击试验数据、实物机械性能试验数据、连接副扭矩系数测试数据等内容。需要注意的是润滑剂应随螺栓一起送试验室，并严格按照安装指导手册要求进行涂敷。某风电场高强螺栓送检时，未告知试验人员在垫片与螺母、螺栓头接触面涂敷润滑剂，致使扭矩系数超出规范规定的平均值0.110～0.150范围。重新送检并按照安装指导手册要求涂敷润滑剂后检测合格。《风力发电机组高强螺纹连接副安装技术要求》GB/T33628－2017（2017年5月12日发布，2017年12月1日实施）指出，抗咬合剂推荐使用二硫化钼含量大于30%的润滑剂。螺栓外螺纹润滑剂涂敷厚度约为螺纹深度的1/2，螺母及垫片接触面上的润滑剂涂敷厚度约为0.1mm。JGJ 82－2011中6.1.5规定“高强度螺栓连接副的保管时间不应超过6个月。当保管时间超过6个月后使用时，必须按要求重新进行扭矩系数或紧固轴力试验，检验合格后方可使用。"因此到场的高强螺栓应及时按批次和数量要求送检，安装使用不宜超过出厂时间6个月。
高强螺纹连接副安装指导要求
风电机组内高强螺纹连接副安装程序各个风电机组厂家会有所不同，某风电机组厂家螺栓安装指导程序如下：
首先用电动扭矩扳手1000N.m完成初拧，再按扭矩设计值75%米字形对称分区复拧，最后终拧至扭矩设计值。GB/T33628－2017中规定三次施拧扭矩值分别为10%扭矩值、50%扭矩值、100%扭矩值。一般情况下企业标准高于国家标准，建议按风电机组厂家指导手册执行。
根据《钢结构工程施工质量验收规程》GB50205－2001中规定，高强度螺栓终拧后螺栓丝扣应外露2～3扣，其中允许有10%的螺栓丝扣外露1扣或者4扣。
高强螺纹连接副施工质量检验
根据JGJ82－2011第6.5.1款，高强螺栓紧固质量检查方法如下：（1）用小锤（约0.3kg）敲击螺母对高强螺栓进行普查，不得漏拧。（2）终拧扭矩应按节点数抽查10%，且不应少于10个节点；对每个被抽查节点应按螺栓数量抽查10%，且不应少于2个螺栓。（3）检查时在螺杆端面和螺母上画一直线，然后将螺母拧松约600；再用扭矩扳手重新拧紧，使两线重合，测得此时的扭矩应在0.9Tch～1.1Tch范围内。（4）如发现有不符合规定的，应再扩大1倍检查，如仍有不合格者则整个节点的高强度螺栓重新施拧。（5）扭矩检查宜在螺栓终拧1h以后、24h之前完成，检查用的扭矩扳手其相对误差应为±3%。需要注意的是：GB50205－2001第6.3.2款规定应在1h后、48h内进行终拧力矩检查；GB/T33628－2017第8.1.1款规定应在4h～24h内进行复检。三个规范在复检时间上有所不同。随着工程技术的科技进步，建议按最新标准执行。
监理单位对机舱与轮毂连接处高强螺栓在复拧后抽检10%，终拧后抽检20%；其他部位随机抽检数量在10%以上。抽检时用不同于施工单位划线颜色的记号笔在螺栓上做防松标识。划线要求从螺杆尾部、螺丝、螺母、垫圈一直到法兰面划一条不间断的直线，特别是在螺母、垫圈交接转角位置需注意划线的连续性。验收完成后监理人员在塔筒上写下名字和验收日期。螺栓紧固、验收的划线情况是创优检查的重要一项，整齐规范的划线可作为创优的一个亮点。
塔筒法兰部位螺栓应在安装300h后对防松标识进行全数检查，机组运行500h后应对机组高强螺栓（钉）进行全数检验。在风电机组正常运行期间运营单位应对螺栓进行定期巡检，巡检周期及检验内容见GB/T33628－2017规范要求。运行两年以上的机组高强螺栓年检抽样率不应低于10%。
螺栓现场检验易出现的质量问题
一、螺栓锈蚀现象
几乎每个海上风电场设备到场检验，均能发现有部分螺栓生锈的现象。大部分是由于管理不到位造成的，如螺栓到货清点后没有包装好，海上运输风浪较大时海水溅在螺栓上，导致发生锈蚀现象。叶片上的高强螺柱是随着叶片一起到现场的，丝扣部位涂敷二硫化钼有一定的防腐蚀作用，但不能*避免锈蚀。某风电场叶片到货验收发现部分螺栓有生锈现象，分析原因可能是螺栓的防腐处理不到位（见图1）。某风电场底塔安装后因故长时间放置，塔筒上部盖有铁质防雨罩子，但除湿机供电时断时续，致使塔筒内高强螺栓受盐雾腐蚀严重（见图2）。对于高强螺栓锈蚀的问题采取更换手段是最佳解决方案。
二、螺栓连轴转现象
高强螺栓扭矩抽检发现部分螺栓在液压站加载时螺母与螺栓一起转动。拆卸螺栓重新涂敷润滑剂后，连轴转现象消失（见图3）。科学研究表明二硫化钼在潮湿空气中室温即发现有氧化现象，但很微弱；在湿度与酸值都很高时，氧化才变得明显。经分析发生该问题的螺栓采用喷雾式二硫化钼喷涂不均匀，喷涂后等待时间较长，海上空气湿度大使二硫化钼的润滑效果降低。另一种情况是上下垫圈与螺栓头、螺母触面或螺纹上未涂敷润滑剂，扭矩系数增大致使螺栓连轴转。因此按要求涂敷润滑剂后应及时进行吊装作业。
三、垫圈、螺母放置方向不对
风电机组塔架螺栓连接副采用的垫圈、螺母为A型，即单面为平面无圆倒角，另一面有标志和圆倒角（见图4）。垫圈设置内倒角是为了与螺栓头下的过渡圆弧相配合，安装时垫圈倒角一侧必须朝向螺栓头，否则螺栓头不能很好与垫圈密贴，影响螺栓的受力性能。对于螺母一侧垫圈，因倒角侧的表面平整、光滑，拧紧时扭矩系数较小且离散率也较小，所以垫圈有倒角一侧应朝向螺母。安装技术交底时可归纳为一句话：螺母和垫圈放置时有标志的一面朝向外侧。
在安装过程中有的螺母或垫圈放置方向错误，必须根据要求予以纠正。
四、垫圈、套筒漏放或规格错用
部分施工人员责任心不强，存在漏放或错用垫圈、套筒现象（见图5）。在螺栓安装质量检验时会发现个别螺栓外露长度明显与众不同，显得有些突兀，仔细检查有可能是法兰下方漏放或者错用垫圈、套筒（见图6）。风电机组高强螺栓连接副有M30、M36、M42、M48几种规格，虽然规格、长度有差别，但工人责任心不强易发生混用现象，小直径螺栓穿入大孔径螺孔内。这种螺栓混用情况非常危险，易造成规格较小螺栓最先断裂影响到风电机组安全，必须进行更换。
五、扭矩值达不到设计要求
在高强螺栓扭矩验收时经常会发现螺母松动偏离划线较多，表明扭矩值达不到设计要求。造成这种情况的原因有多种，如扭矩值设置错误、加压至预设值保载时间太短、终拧几天以后进行验收、终拧时漏拧等。但有几种情况应引起重视，一种情况是液压泵在长时间工作后，由于液压油油温升高等原因，加压达到预设值的时间增长，同时预设扭矩值有减小的情况，若操作人员不注意会造成实际扭矩变小。另一种情况是在低温0℃以下应注意更换低温液压油，以保证扭矩值与显示值的一致性。此外使用不合格的液压油管，油管接头部位贴合不紧密，也可能造成压力值上不去。建议当液压泵工作一段时间后要检查预设值是否变动，最好暂停一会，施工人员也可以得到休息和调整。
六、扭矩值超过设计要求
施工人员为了防止验收时扭矩值达不到设计值返工重新施拧，在终拧时有意调高预设值。螺栓扭矩值是经过科学计算的，不得擅自增加，防止出现过载造成螺栓断裂或丝扣滑丝。为此螺栓安装质量检验时应严格按照JGJ82－2011规范要求，首先进行规范划线，然后将螺母拧松约600；再用扭矩扳手重新拧紧使两线重合，测得此时的扭矩应在0.9Tch～1.1Tch范围内则为合格。若检查时使用设计扭矩值不能拆卸，必须加大扭矩值才能拧松螺母，则存在故意加大终拧扭矩值的可能性，由风电机组设备厂家评估确定是否需要更换全部的螺栓。
在进行技术交底时必须对工人讲清楚超过设计扭矩值的危害性，杜绝此类事件的发生。
七、螺杆露丝长度不对
机舱与顶塔法兰连接螺栓是双头螺柱，螺柱上部拧入机舱法兰内。某风电机组厂家要求螺母紧固后螺杆距法兰外露长度为（57±2）mm（见图7）。在实际施工中部分螺杆外露长度不符合设计要求，施工人员为了省时省力，使用管钳夹住螺杆进行调整，造成丝扣严重受损，后期维护拆卸时螺母无法旋出（见图8）。此类施工行为必须在技术交底时加以强调，验收时加强检查。螺纹受损的高强螺柱应予以更换。
正确的调整方法是使用两个螺母和扳手进行调整。调整方法如下：将两个螺母旋至螺杆中部，若螺栓过长则用扳手夹住外侧的螺母向内侧施拧；若螺栓过短则用扳手夹住内侧的螺母向外侧施拧，调整螺杆长度至设计值。
八、螺栓断裂
大六角螺栓断裂部位一般发生在螺杆与螺栓头交接的地方。某风电场因听从错误的安装指导，垫圈未涂敷润滑剂，扭矩系数变大会使螺栓实际扭矩值达不到设计值。经风电机组设备厂家研究决定拆除螺栓重新涂敷润滑剂。在螺栓拆卸再次安装过程中发现有一条高强螺栓断裂，断裂面存在生锈的夹层，夹层面积大约为螺杆截面积的1/3，应该是在出厂时已存在质量缺陷（见图9）。高强螺栓在出厂时有全数探伤检查环节，该问题的发生说明螺栓生产厂家质量检查存在把关不严的现象，应引起高度重视，严把检验关。
需要注意的是GB/T33628－2017中规定：同一部件使用的螺纹连接副应为同一厂家、同一批次的产品。高强螺栓、螺母、垫圈安装后拆卸下的，基于扭矩法安装的对预紧力精度有严格要求的不得再次使用。
九、螺栓穿不进去
某风电场进行第一节塔筒吊装，在紧固部分螺栓后发现剩下部分的螺栓无法穿入，经现场测量上下法兰孔位错位达20mm，法兰间隙最大达到3mm（见图10）。后来拆除该塔筒更换另一节塔筒可正常组装说明钢管桩桩顶法兰不存在问题，对该塔筒底法兰的圆度、螺孔间距等指标进行检查，偏差值满足规范要求。初步分析可能是塔筒吊装未使用定位销定位，塔筒吊具倾斜或者两个吊具的吊点未在过圆心的直线上，致使塔筒底法兰一侧先着陆，上下法兰螺孔有些许错位，工人急于穿入螺栓、快枪打力矩，螺栓安装逐步向另一侧推进，待法兰另一侧着陆吊重*释放后螺孔错位偏差逐渐累积变大，以至于螺栓无法穿入。
通过该事件反映出塔筒、机舱、叶片吊装必须设置3个以上的定位销，以保证定位准确快速，同时可使机舱、叶片上已安装螺杆的螺纹不受或少受损伤。更换定位销时应使用专用螺母、套筒扳手去除双头螺柱；就位完成后拆除定位销安装双头螺柱。注意拧进机舱或叶片的螺柱部分应使用螺纹紧固剂（紧固剂的类型应根据环境温度、螺栓是否经常拆卸选用）。高强螺栓穿入后应严格按照安装指导手册要求分区、分级对称紧固，不得省去复拧工序直接终拧。同时严把法兰出厂检验关，法兰圆度、不平整度、孔间距不符合规范要求的严禁使用。另外采用，其生产质量相对而言更有保证。
结语
风电机组运行过程中，有50%以上的运行故障是由高强螺栓的松动和断裂等螺栓失效原因引起的。避免螺栓失效的方法主要有两种，一是要在设计时选择合适的螺栓，并确保螺栓的质量符合要求。二是螺栓安装后要得到正确的预紧力，确保螺栓的预紧力与设计值相符，每条螺栓受力均匀。追本溯源，确保高强螺栓安装质量的根本在于安装施工人员。提高安装工人的责任心，使其严格照章办事，是各级管理人员矢志追求的目标。
