风机叶片螺栓断裂故障排查六步法

质量钟声2018-11-10 09:23:15

质量钟声于2017年3月3日推送了《质量事故调查标准化探析——德国高铁断轴事故分析的思考》,对问题调查分析方法进行了归纳。这一次,结合风电行业的实际案例,我们将对风机叶片螺栓断裂故障排查的主要步骤进行总结。

【序言】

高强螺栓连接副作为最常见、最重要的装配连接方式,被广泛应用于塔筒、机架、机舱、叶片等各种需要紧固连接的部件上。风力发电机组的运行环境恶劣,载荷工况复杂,随着机组的长期运行,螺栓的疲劳断裂几乎不可避免。

如何才能高效的查找螺栓断裂的真正原因?下面以叶片螺栓疲劳断裂故障分析为例,来分享“六步法”质量问题调查。

【一步:问题信息收集】

叶片螺栓发生断裂后,断裂现场是问题分析的重要信息来源,故障现场保护及信息的及时传递尤为重要,主要应有以下内容:

1、  文字信息:文字描述是对风机问题发生过程的详细反馈,主要对故障发生前后,风机运行的异常情况进行描述,应包含机型的相关信息。

2、  图片信息:图片是对问题最直接的反馈媒介,是文字信息的补充,应包含:

  1. 断裂螺栓相对位置:一般以吊装时候标记的“0”度位置开始,顺时针计数、标记,要对断裂螺栓的位置进行拍照;

  2. 螺栓断裂位置:叶片螺栓为双头螺柱,拧入叶片侧为平头形式,而在轮毂侧为内六角形式,要对螺栓断裂位置进行拍照;

  3. 螺栓断口:螺栓断口包含有断裂形式的重要信息,要对断进行清晰的宏观、微观拍照;

  4. 叶片螺栓出厂要求有螺栓的追溯信息:包括螺栓的厂家、规格、批次信息等,需要进行拍照。

【二步:问题临时处理】

叶片螺栓断裂往往包含比较复杂的原因,对于问题的分析及定责一般都需要较长的时间周期,因此故障发生后,尽快实施临时处理措施,恢复风机运行。临时处理措施主要应有以下内容:

1、  问题处理准备:

  1. 方案制定:问题的临时处理方案需要有专业技术部门的会签或审批。

  2. 物料准备:问题需要对螺栓进行更换,更换之前应将螺栓、螺母、垫片、润滑剂等物料准备齐全,确定安装力矩等施工参数,同时也应检查力矩扳手等安装工具。

2、  问题处理与记录:

  1. 问题处理:在确认问题处理方案及物料无误后,进行故障处理。

  2. 处理的记录:问题处理完,除了要限功率运行一段时间外,还需对问题的处理情况进行记录,应包括:更换螺栓的数量、位置、螺栓的厂家、批次、扭矩系数等信息。

【三步:直接原因分析】

叶片螺栓发生断裂,螺栓本身是否合格是首先需要进行确认的,对于螺栓本身的调查可以找到问题的直接原因或相关提示。调查一般包含以下内容:

1、  螺栓的断裂形式:一般来讲,从螺栓的断口就可以初步判定螺栓断裂是疲劳断裂还是极限断裂。在假设螺栓合格的情况下,如果是疲劳断裂就要考虑疲劳源,如果是极限断裂就要考虑拉力来源。

2、  螺栓的失效分析:螺栓的失效分析一般委托有CNAS认证的专业机构进行,通过对螺栓的材质、机械性能、断裂形式等全面分析,确定其失效模式。如果发现螺栓本身存在缺陷,那很可能问题批量存在,在后续调查及问题处理时就要重点关注。

3、  螺栓安装工艺调查:螺栓的疲劳断裂一般是由于螺栓没有打紧,而极限断裂往往是螺栓打的过紧,因此需要迅速排查施工工艺,包括力矩选择、润滑剂及相关内容。

4、 风机的运行环境:叶片螺栓断裂可能与风机的运行环境有关,比如大风急停、超低温运行、关联部件损坏等等,都可能导致螺栓的断裂。

【四步:根本原因分析】

只有进行全面、系统的质量调查,才有助于找到根本原因,制定有效对策。质量调查需包含以下内容:

1、  螺栓的设计:包含螺栓的选型、技术参数等,除此之外还要调查螺栓在预定的运行环境下(包括的设计载荷、疲劳寿命等)的设计要求,一般看设计裕度是否满足要求。

2、  螺栓的生产:包含螺栓从原材料的选择、检验,热处理、机加工、表面处理,无损检测和性能测试等环节,根据技术协议、企业标准、行业标准、国家标准甚至国际标准进行全生产过程调查。

3、  叶片的生产:叶片螺栓主要连接轮毂和叶片,载荷主要来源就是叶片,因此叶片的重量、重心、叶根螺栓孔及螺栓安装的质量都需要进行排查。三支叶片不平衡、叶根螺栓孔垂直度不合格等都可能间接造成叶片螺栓断裂。

4、  现场吊装:吊装一般是由第三方实施完成,在技术交底过程中,可能会忽视部分技术细节,加之对人员设备能力的管控力度以及现场环境等原因,出现操作疏忽或不规范的情况也不无可能,因此对吊装过程的环境(风沙雨雪冰)、润滑剂涂抹、力矩标识、力矩的交叉和分次打紧等工作环节应重点调查,需要有吊装过程的详细记录或影像资料。

5、  运行维护:风机的运行维护也是比较重要的环节,维护的频次及选择的技术参数和工具都会对螺栓产生一定影响。如果频次过低,则不能及时发现已经断裂的螺栓,可能会导致更多螺栓断裂;如果维护力矩不当(设定不当或设备输出不当),可能无法检出紧固力不足螺栓或使螺栓超出安全紧固力值。

【五步:问题纠正预防】

通过对现场直接原因的调查和对螺栓全生命周期的调查,找出异常环节,要根据其重要程度进行等级区分,制定解决措施和改善对策,对策主要从人、机、料、法、环、测六个方面着手。同时也应举一反三,做好同类问题的排查、预防和纠正。

【六步:处理效果验证】

问题处理效果跟踪主要分两部分:

1、  对于风机故障处理效果:处理后要对故障处理后的风机进行一段时间的限功率,另一方面,还应定期上塔对更换后的螺栓力矩、力矩标识等进行检查,保证问题处理效果。

2、对于生产制造环节:通过PDCA循环的方式,保证各项改进的真正落实。

【总结】

高强螺栓重要而又应用广泛,螺栓的断裂好比“设备故障的前兆”,往往会因为一颗螺栓的断裂,反映出一系列的质量问题。如不能及时发现和有效处理问题隐患,可能会使问题进一步扩大,造成更大的经济损失,因此,一旦有螺栓断裂问题发生,就需要引起高度的重视,并进行系统的调查分析,以避免问题的进一步恶化。

希望本篇对大家的工作能有所帮助,不足之处请多多指教。