案例模板机组吊装塔架螺栓1226.docx

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案例模板机组吊装塔架螺栓1226

企业生产实际教学案例：

风力发电机组塔筒螺栓的紧固

1生产案例

1.1案例背景概述

1）风力发电安装可分为机务安装和电气安装两部分。

2）风力发电机务安装可以归纳为两大主要板块：

设备吊装和螺栓紧固。

3）紧固螺栓虽然在庞大的风力发电机组中十分不显眼，但是细节不能忽视，千里之堤，也会溃于蚁穴，在各种风机倒塌严重事故中，相当一部分事故的原因都出现在紧固螺栓质量不过关或者螺栓紧固工艺不严格之上。

本单元通过企业生产实际事故案例认识塔筒螺栓紧固的重要性，学习相关的操作要求和标准。

1.2案例一宁夏某风电场塔筒螺栓问题

1.2.1案例陈述

案例事故发生时间为2010年2月4日，在机组消缺工作过程中发现4号机组有一颗（二段和三段塔筒连接螺栓）螺栓（M42x240）断裂，断裂情况见下图。

图1二月四日塔筒螺栓断裂情况

在发现之后，现场人员第一时间将螺栓取下，并进行登记，向公司反馈信息。

同时，使用增力包对本台机组螺栓力矩进行检验，重点在断裂螺栓的周围，发现并不存在力矩打超的现象；按照质量事务跟踪系统上公司相关部门给出的信息，将断裂的螺栓及相邻四颗一起换下。

同年3月10日，在机组进行静态调试工作过程中，该风电场的7号机组再次出现有一颗塔筒螺栓（M42x240）断裂的现象，与四号机组发现的螺栓断裂的情况几乎一样（见下图），通过检验塔筒螺栓力矩，并按照公司相关部门要求，更换了断裂螺栓以及相邻四颗螺栓，并发往西安质量检测中心，对螺栓进行检验。

图2三月四日塔筒螺栓断裂情况

1.2.2案例分析

对于这两次风机塔筒螺栓断裂事件，公司相关部门也给子相当的重视和技术支持，经过西安质量检测中心鉴定，结果认为螺栓质量存在问题。

按照品质部的要求，收到新螺栓后，又在7号机组随机更换了五颗基础环和塔筒连接螺栓（M42x270），并发到西安质检中心进行检验。

塔筒螺栓厂家又要求第三方出具质量监测报告，于是，2010年4月21日开始按照公司要求更换塔筒螺栓，即更换4号机组10个（随机抽换）、7号机组10个（随机抽换），又随机更换1号机组的10个螺栓。

在更换螺栓过程中，再一次检验螺栓力矩，并确定螺栓力矩不存在问题，4月23日随机更换的三台机组共30颗（M42x240）螺栓更换完毕，4月24日已发往北京进行检测。

在同一维护周期在同一风电场连续发生两起螺栓断裂事故，虽然最终检测结果还没反馈，但是由于塔筒紧固螺栓质量不过关的可能性十分大。

考虑到风力机组属于高重心大质量设备，其塔筒及其连接部分零件的可靠性要求非常高，在设计施工过程中一定要严格按照相关标准严格把关。

同时，在吊装运行后的日常维护保养中也要合理针对性定制螺栓状态检查项目。

1.3案例二“8.26”瓜州北大桥第五风电场风力机倒塌事故

1.3.1案例陈述

案例事故发生时间为2010年8月26日凌晨4点10分左右，事故风机是2010年8月19日开始吊装，2010年8月20日完成叶轮吊装。

发生事故时风速达到38m/s。

图3倒塌事故后的机舱与叶片部分

事故前风力机在吊装完毕后叶轮处于锁死状态，此状态在预强风后叶轮不能随风慢速正常旋转，致使叶轮受风作用力增大，随之将此作用力传动至风力机塔架整体；叶片角度处于顺桨位置，即90度。

风力机安装完毕后塔架螺栓力矩均未达到50%预紧，（要求风力机机舱安装完毕后，叶轮吊装之前塔架及机舱力矩必须达到100%力矩紧固）中段塔架上法兰和上段塔架的下法兰连接螺栓只进行对交50%力矩紧固，其他螺栓人工拧至拧不动为止。

中段塔架下法兰以下与下段塔架连接螺栓均按50%力矩液压扳手全部紧固。

图4倒塌事故后的中断塔架

发生事故后，风力机下段塔筒完好，中段塔架上法兰较中度变形，中段上法兰与上段下法兰面连接螺栓断裂20颗，上段塔架与机舱、叶轮发生倒塌；机舱严重摔毁，叶片全部摔毁、上段塔筒严重变形、倒塌。

1.3.2案例分析

经过对事故发生原因分析，认为具体责任有以下几点：

（1）由于业主要求施工单位必须在2010年8月底前完成，吊装项目启动于2010年5月8日开始吊装，事故发生前已完成吊装116台；从7月中旬开始采取24小时吊装作业方案，夜间也进行风力机吊装，夜间作业照明采用探照灯，业主要求吊装单位2台400吨履带吊进行上段塔架、机舱、叶轮吊装；1台250履带吊进行下、中段塔架吊装；2台70吨汽车吊及配套汽车吊完成叶轮组装及卸货工作，必须在24小时内完成4台风力机吊装。

致使施工单位超强度工作，导致事故发生的原因之一。

（2）吊装单位在进行此台事故风力机机舱吊装时为能够按照华锐公司要求完成中段塔筒螺栓力矩的紧固，在叶轮吊装完毕后由于天时太晚，管理人员及施工人员工作时间太长人员过于劳累，管理人员思想麻痹大意，忘记对上段塔架螺栓的坚固工作，导致事故发生，此责任占主要责任。

（3）此塔筒上段的下法兰面有轻微变形，筒口发生椭圆且法兰面外翻，塔筒在出厂前没有见到第三方检验报告；在吊装前吊装单位没有做详细检查。

由于天时太晚，塔筒厂在现场对此问题做简单处理后进行吊装。

吊装完成后由于塔架存在缺陷且又长时间放置未做处理，又加连接螺栓力矩不够，所以在遇到大风天气后塔筒在晃动的同时塔兰面对螺栓产生了剪切力，塔筒螺栓也随之晃动开始松动，导致事故发生的原因之一。

（4）风力机厂家人对风力机吊装质量把关不严谨，工作从在严重失职，吊装单位在风力机吊装时风机厂家人应在全程进行质量监督，安装指导，由于风机厂家安装指导失职，导致事故发生的原因之一。

（5）监理管理不到位，在风力机吊装前，监理交底不到位，监理工作失职，也是导致事故发生原因之一。

1.4案例三“2.1”某风电场风机倒塌事件

1.4.1案例陈述

案例事故发生时间为2010年2月1日凌晨3点18分左右，发生了43#风机发生了倒塌事件。

塔筒从中、下段法兰连接处折断倒塌，主机随同塔筒上段和中段朝着主导风向北偏西60度方向，扭曲旋转约180度后倒在大致为北偏西15度方向，法兰盘脖颈距端部12mm处撕裂近三分之二（连接螺栓83孔），三分之一螺栓断裂（42条），中塔筒下法兰约三分之一撕裂随中塔筒倒下。

塔筒中段、上段、风机机舱、轮毂顺势平铺在地面上，塔筒上段在中间部分发生扭曲变形。

风力发电机摔落在地，且全部摔碎，齿轮箱与轮毂主轴轴套连接处断裂，齿轮箱连轴器破碎，叶片从边缘破裂大量填充物散落在地面上。

图5倒塌后的43#风机机头部分

图6倒塌后的43#风机塔筒部分

轮毂主轴套筒断裂损坏的事故发生后，现场将风机全停，并进行外观、内部的全面检查。

3月4日，检查发现61号风机中下塔筒法兰连接螺栓断裂48根（共125根），在螺栓未断裂面的法兰与焊缝间有长度为1.67米的裂缝，其异常现象与倒塌的43号塔筒情况基本一致。

1.4.2案例分析

根据现场反映，倒塌的43#风机通过了240验收，运行时间为两个月左右。

该事件的直接原因为：

（1）根据对塔筒法兰材料的检测，塔筒法兰的低温冲击韧性远远达不到国标的要求；

（2）风场现场施工单位对螺栓力矩没有按照施工要求进行，机组的塔筒连接螺栓大部分存在力矩不足，有些螺栓用手就可以拧动。

监理、业主及主机厂家没有进行认真验收；

（3）没有按照定检要求对塔筒螺栓力矩进行定期维护。

1.5案例经验与使用推介

以上企业生产实际案例适用于推介给以下工作作为经验参考：

案例适用对象：

中大型水平轴/垂直轴风力发电机组；

案例适用场所：

以上风力发电机组的塔筒及其紧固螺栓的安装和维护；

案例适用工作范围：

以上工作对象和场所的吊装施工以及日常维护工作。

通过案例总结避免发生类似事故的防范措施有：

（1）充分认识到风力机组塔筒紧固可靠性对机组运行安全的重要性；

（2）设计环节严格按照企业/行业施工标准对紧固零部件以及工具进行质量把关，选用正规厂家的零部件和螺栓，避免在日后使用过程中出现安全隐患；

（3）不得因工期要求而放松对吊装工作质量的要求于监管；要加强对监理单位、风机厂家和吊装单位的管理；

（4）在日常使用与维护中，要严把风机定检持质量关，严格按照规程规范和主机厂家的定检手册进行定检工作，及时发现潜在危险。

2相关知识

2.1塔筒以及其螺栓紧固

2.1.1塔筒结构原理

（1）塔筒的作用：

首先，让风力机组获得较高且稳定的风速，即让风轮处于风能最佳的位置。

其次，给风轮及主机（机舱）提供满足功能要求的、可靠的固定支撑。

最后，提供安装、维修等工作的平台。

（2）塔筒的设计思想：

一方面使所用的风轮捕获尽可能多的风能；另一方面满足所处的工况（从机械强度方面考虑）要求；同时做到兼顾风机整体制造成本控制。

（3）塔筒高度限制：

塔筒越高，轮毂中心高度处风力越大，发电量也越高，但并不能无限制增加高度。

塔筒增高，塔筒成本费用也相应提高，两者存在费用比。

目前风电所用塔架（以轮毅中心高计算）主要为:

40米、65米、70米、80米、100米。

以运行的环境温度划分有:

低温型（-40℃）、常温型（-20℃）。

图7风力发电机组塔筒

（4）塔筒的结构分两种：

一种是无拉索式塔筒，包括桁架式和圆筒式；另一种是有拉索式塔筒，包括四散的基础、无水泥基础、中心相对很小的基础几种形式。

目前大型风力发电机纠.所用的塔架主要为锥形钢制塔架。

两种结构塔架性能对比:

拉线结构塔架

圆筒式塔架

重量

轻

重

组装、安装费用

较高

较低

基础费用

较高

结构简单、占地小、费用低

（5）塔筒的质量检验中未吊装前检查项目：

包括对质量文件、完工报告单、平面度（随机的质量文件）、工具（激光测平仪或塞尺）、法兰平面度允许最大误差的检查。

（6）塔筒的质量检验中的实物检查项目包括：

检查法兰面喷锌，法兰孔喷漆；避雷螺柱喷锌（注意:

上段顶法兰用于安装接油盘的孔可能有漏钻的情况）；检查塔筒登高梯子，有部分现场使用铝合金的成型梯子，质量较好，但可能有漏焊情况，需要注意检查；以及对塔筒外表的油漆检查。

（7）塔筒的质量检验中吊装完后的检查项目包括：

垂直度检查：

当理论正确角度相对于基准面为90时，称为垂直度公差；公差带：

当以平面为基准时，若被测要素为平面，则其垂直度公差带是距离为垂直度公差值，垂直于基准平面的两平行平面之间的区域。

垂直度量测用量角器或垂直度量测仪。

上段、中段塔筒允许最大偏差、下段塔筒允许最大偏差、塔筒总的垂直度。

直线度检查：

直线上各点跳动或偏离此直线的程度。

主要是测量圆柱体和圆锥体的素线直线度误差（见形位公差）、机床和其他机器的导轨面以及工件直线导向面的直线度误差等。

常用的测量方法有直尺法、准直法、重力法和直线法等。

理想的移动路径为直线，任何在直线水平方向的偏移量称为水平直线度，垂直方向则称为垂直直线度。

上、中、下段直线度允许范围。

预紧完螺栓后，检查各法兰连接情况，不允许出现缝隙。

2.2机组螺栓及其紧固

风力发电机组的塔筒作用之一是提供满足功能要求的、可靠的固定支撑，在实际吊装过程中风力机组的绝大多数设备包括塔筒均为螺栓连接。

所以，为了保证完成吊装之后的风力发电机组能够长期安全运行，所有螺栓均必须严格按要求紧固。

图8风力发电机组塔筒的吊装

图9风力发电机组塔筒螺栓的紧固

2.3机组螺栓紧固要求

风力机组塔筒螺栓紧固的配套工具为电动扳手（力矩必须是1000N*M）初次紧固，然后再用电动液压扳手紧固到规定力矩。

每个结合面的螺栓紧固力矩均不同。

在设备吊装前各法兰接触面均要均匀涂抹密封胶。

在法兰穿螺栓前螺栓上涂防咬剂。

图10螺栓螺纹处涂固体润滑膏图11固体润滑膏的涂抹长度

图12螺栓头部下端涂固体润滑膏图13固体润滑膏的涂抹完成后

注:

1.对带*标记螺栓的螺纹旋合面和螺母或螺头（扳手转动的一个）与平垫圈接触面涂抹固体润滑膏（MOLYKOTEG-RapidPlus）。

固体润滑膏（MOLYKOTEG-RapidPlus）使用规定：

螺栓的螺纹部分涂固体润滑膏（MOLYKOTEG-RapidPlus），用油漆刷在螺栓的螺纹部分薄薄的涂固体润滑膏（MOLYKOTEG-RapidPlus）一周（见图10），涂抹长度L为螺纹的旋合长度（见图11），同时在螺栓头部下端面（与平垫圈接触的面）涂固体润滑膏（MOLYKOTEG-RapidPlus）（见图12）。

3行业相关要求与标准（行业标准链接）

3.1某1500KW系列风机塔筒吊装与螺栓紧固力矩施工规范

这里以国内某品牌的1500KW系列风力发电机组安装手册（塔架部分）企业执行标准Q/JF2SJ1500SM.13-2008为例。

其中对于三段式塔筒下段部分的吊装工艺步骤节选如下：

（1）两台吊车缓缓提起下段塔架，下段完全成竖直状态后，拆下辅助吊具（见图14、图15）；

图14塔架下段吊装图15拆下辅助吊具

（2）移动塔简使下法兰高于主控柜上方100cm处，然后逐渐下落，注意用3根Φ20,30米尼龙导向绳调整塔简位置，使其准确套入主控柜外（须特别注意塔简移动时不能碰撞主控柜），继续缓慢下落至基础环上方lOcm处；

（3）调整相互位置，注意对准法兰标记位置，确保塔架门的朝向准确、无误；

（4）对称装上儿个塔架下段及塔架联接螺栓，放下塔架下段，装上所有螺栓，并用电动扳手预紧，预紧力矩为600N.m；

（5）松开主吊具连接螺栓，组合成套后吊车将其吊至地面；

（6）调整好液压扳手的力矩，对角线方向紧固下法兰螺栓。

螺栓力矩分三次打1650N.m,2475N.m,3300N.m。

第三次力矩在机组安装完成后打。

（本力矩值按M42的螺栓给出，其它规格螺栓见《表螺栓紧固力矩表》）。

注：

以上案例为特定品牌特定机型的下段塔筒施工标准，如果对该机组塔筒中段或上段进行吊装施工，其力矩和施工流程会发生变化；同时，如果风力机组的品牌发生变化或者机组大小发生变化其施工流程和力矩要求也可能发生变动。

3.2国内某风电场塔筒螺栓维护计划（节选）

3.2.1维护计划

按照规定的维护时问完成所有要求的维护工作，风力发电机的故障和损坏可以减小到最少。

维护工作包括塔架、机舱、发电机、叶轮、控制系统和远程监控。

3.2.2维护清单

维护清单列出了风力发电机的所有的维护工作。

第一列是维护工作名称，第二例是维护工作的说明，第三例至第六列是维护级别代码。

最后一列是维护工作的执行情况记录。

其中√表示本项维护工作按要求完成；R表示本项维护工作有问题，需要记录；X表示本项维护工作因某种原因没有执行，并说明原因。

涉及到塔架和基础部分的维护清单见下表：

3.2.2维护计划说明

维护计划是指执行维护清单中列出的维护工作时问表。

维护计划列出了风力发电机从开始运行后20年的维护工作。

维护时问（年）是从首次运行后开始，确定维护时问表。

维护工作分为4个级别:

维护A为首次运行后1~3个月维护，维护A是一个单次维护工作，在风力发电机的维护计划中只执行一次，重新紧固所有的螺栓。

维护A执行的时间误差是±1个月。

维护B为半年维护。

维护B执行的时问误差是±1个月。

维护C为一年维护，按照力矩表要求的数量紧固螺栓并作标记以便下次检查时不会重复，如果发现有松动的螺栓，则紧固该项所有的螺栓并作记录。

维护C执行的时问误差是士1个月。

维护X为扩展维护。

3.2.3维护计划表

除了维护计划外，可以在任何有必要的时候检查风机或单个零部件，所有的维护操作和检查都必须完整的记录在维护记录中。

进行维护和检查工作前，应查阅维护记录，可以了解风机当前的状态和一些特殊的情况。