摘要：风力发电机组上螺栓的规格、数量较多，螺纹规格M30以上的高强度螺栓是连接风力发电机组基础、塔架、机舱、轮毂、叶片等的关键部件，螺栓拧紧后的预紧力大小及预紧力的分散程度直接影响整个风力发电机组的运行安全。目前，国内尚无全面、权威的高强度螺栓规范，高强度螺栓相关的标准、规范来自不同部门，有的标准、规范发布时间较早，有的数据指标不一致。本文对高强度螺栓的相关规范进行归纳总结，对高强度螺栓的试验检验项目、安装要求、质量检验进行梳理，同时结合实际工程经验，列举螺栓现场检验中经常出现的质量问题，分析原因，并给出解决措施。
风力发电机组上的螺栓规格繁多、数量众多，螺纹规格M30以上的高强度螺栓是连接风力发电机组基础、塔架、机舱、轮毂、叶片等的关键部件，螺栓拧紧后的预紧力大小及预紧力的分散程度直接影响整个风力发电机组的运行安全。目前，国内尚无全面、权威的高强度螺栓规范，高强度螺栓相关的标准规范来自不同部门，有的标准发布时间较早，有的数据指标不一致。本文对高强度螺栓的相关规范进行汇总，对高强度螺栓的试验检验项目、安装要求、质量检验进行梳理，同时结合实际工程经验，列举螺栓现场检验中经常出现的质量问题，分析原因，并提出解决措施。
风力发电机组高强度螺栓连接形式及规格数量
风力发电机组高强度螺栓连接形式及规格、数量高强度螺栓连接有以下三种形式：（1）高强度螺栓（钉）连接：由一个螺栓与一个平垫圈组成；（2）高强度螺栓对连接：由一个大六角螺栓、一个螺母、两个平垫圈组成；（3）高强度螺柱连接：由一个螺柱、一个螺母、一个平垫圈组成。高强度螺柱也叫双头螺栓或双头螺柱。
不同风电机组生产厂家，甚至同一厂家的不同风电场，其高强度螺栓的数量、规格、扭矩值均有差异，安装时以使用说明书为准。
高强度螺纹紧固件1拧紧工具有手动扭矩扳手、电动扭矩扳手（俗称快速枪）、液压扭矩扳手、液压拉伸器等，每种设备的校正系数不同，必须按照参数表进行校准和使用。
高强度螺纹连接抽检次数及试验项目
1.抽检次数规定
按照《钢结构用高强度大六角头螺栓、大六角螺母与垫圈技术规范》GB/T 1231-2009检验规则5.1规定，“高强度螺栓连接同批最大数量为3000套。”按照《钢结构高强度螺栓连接技术规范》JGJ 82-2011条款解释7.2.2规定，“高强度螺栓连接的现场验收为复验，其产品标准规定出厂检验最大批量不得超过3000套；复验最大批量不得超过2个出厂检验批次，且不得超过6000套。” 需要注意的是，本规范和GB/T 1231-2009中的螺栓试验参数仅适用于M12-M30，不适用于螺柱。
根据《风电塔筒用高强度螺栓连接》检验规则NB/T31082-2016第6.7条规定，“螺栓连接按批抽样，同批螺栓连接最大数量为5000套”。本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及以上高强度螺栓到场后抽检数量不超过5000套；螺纹规格M36以下高强度螺栓到场后抽检数量不超过6000套。
二、抽检检测项目标准要求
根据相关规范的要求，高强度螺栓的抽检试验一般包括以下项目：螺栓楔入载荷试验、螺母保证载荷试验、螺母硬度试验、垫圈硬度试验、螺栓连接扭矩系数试验，以上试验的抽检数量为8个。螺纹脱碳试验试样数量为3个。螺栓送检时应附有制造厂的质量检验报告。报告应包括螺栓的批号、规格、数量、材质、炉号、化学成分、试样拉伸试验和冲击试验数据、物理力学性能试验数据、连接扭矩系数试验数据等。
需要注意的是，润滑剂应随螺栓一起送检实验室，严格按照安装手册的要求涂抹。某风电场高强度螺栓送检时，未告知试验人员在垫片与螺母及螺栓头接触面涂抹润滑剂，导致扭矩系数超出规范规定的0.110～0.150的平均值范围。经重新检验并按照安装手册的要求涂抹润滑剂后，试验合格。《风力发电机组高强度螺纹连接副安装技术要求》GB/T 33628-2017（2017年5月12日发布，2017年12月1日实施）指出，防卡剂建议使用二硫化钼含量大于30%的润滑剂。 螺栓外螺纹处涂抹的润滑剂厚度约为螺纹深度的1/2，螺母与垫片接触面处涂抹的润滑剂厚度约为0.1mm。
JGJ 82-2011在6.1.5中规定“高强度螺栓连接的贮存时间不应超过6个月，贮存时间超过6个月后使用时，必须按要求重新进行扭矩系数或拧紧轴力试验，检验合格后方可使用”。因此，到达现场的高强度螺栓应按批次、数量要求及时进行检验，出厂后安装使用时间不应超过6个月。
高强度螺纹连接副的安装指导要求
风力发电机组高强度螺纹连接副的安装程序因风力发电机组制造商而异。风力发电机组制造商的螺栓安装说明如下：
首先用1000N.m的快速枪完成初拧，然后按扭矩设计值的75%进行对称分区补拧，最后拧紧至扭矩设计值。GB/T 33628-2017规定了三个拧紧扭矩值分别为10%扭矩值、50%扭矩值、100%扭矩值。一般来说，企业标准高于国家标准，建议以风力发电机制造商的使用说明书为准。
根据《钢结构工程施工质量验收规范》GB 50205-2001的规定，高强度螺栓终拧后螺栓螺纹应外露2～3圈，其中10%的螺栓螺纹允许外露1圈或4圈。
高强度螺纹连接施工质量检测
根据JGJ82-2011第6.5.1条规定，高强螺栓紧固质量检验方法如下：（1）用小锤（约0.3kg）敲击螺母对高强螺栓进行一般检查，不得漏检任何螺栓。（2）终拧紧力矩应按节点数的10%进行抽检，不应少于10节点；每个需检查的节点，应抽检螺栓数量的10%，不应少于2个螺栓。（3）检查时，在丝杠和螺母端面上画一条直线，然后将螺母松开约600；然后用力矩扳手再次拧紧，使两条线重合。此时的扭矩应在0.9Tch~1.1Tch范围内。 （4）如发现不合格，应放大1倍检查，如仍有不合格，则应对整个节点的高强度螺栓进行重新紧固。（5）扭矩检验应在螺栓最终紧固后1小时、24小时前完成，检验所用扭矩扳手的相对误差应为±3%。需要注意的是：GB50205-2001第6.3.2条规定最终扭矩检验应在1小时后48小时内进行；GB/T33628-2017第8.1.1条规定复检应在4小时至24小时内进行。三个规范对复检时间规定不同，随着工程技术工艺进步，建议按最新标准执行。
监理单位对机舱与轮毂连接处的高强度螺栓，在复紧后抽检10%，终紧后抽检20%；其它部位抽检次数在10%以上。检查时用与施工单位标记颜色不同的记号笔在螺栓上做记号，以防松动。标记要求从丝杠尾部、丝杠、螺母、垫圈到法兰面，特别是螺母与垫圈相交处，为一条不间断的直线，应特别注意标记的连续性。验收完毕钢结构高强度螺栓连接的设计 施工及验收规范，监理在塔架上写上自己的姓名及验收日期。螺栓紧固验收标记是创优检查的重要内容，整齐、规范的标记可作为创优的亮点。
塔筒法兰处螺栓安装后300小时应全面检查防松标记，机组高强度螺栓（钉）运行500小时后应全面检查。风电机组正常运行过程中，运行人员应定期对螺栓进行检查，检查周期及检查内容按GB/T33628-2017要求。运行两年以上的机组高强度螺栓年度检查抽检率不应低于10%。
螺栓现场检验可能出现的质量问题
1.螺栓腐蚀现象
几乎每个海上风电场设备到场检查，都会发现部分螺栓生锈，多数是由于管理不到位造成的，如螺栓到货后没有包装完好、清点数量，海上运输过程中风浪较大，海水溅到螺栓上，造成生锈。叶片上的高强度螺柱随叶片一起运到现场，螺纹部位二硫化钼涂层有一定的防腐作用，但不能完全避免生锈。某风电场在叶片到货检查过程中，发现部分螺栓生锈，原因可能是螺栓防腐处理不到位（见图1）。某风电场底塔安装完成后，因故放置时间较长，经检查发现螺栓锈蚀。 塔体上部加装了铁质防雨罩，但除湿机供电时断时续，导致塔体内部高强度螺栓受到盐雾严重腐蚀（见图2）。更换高强度螺栓是解决锈蚀问题最好的办法。
2.螺栓联轴器旋转现象
高强度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。将螺栓拆开重新涂抹润滑剂后，不断转动的现象消失（见图3）。科学研究表明，二硫化钼在常温下潮湿空气中易氧化，但很微弱；当湿度和酸值较高时，氧化现象变得明显。经分析，出现此问题的螺栓，一是喷雾二硫化钼喷涂不均匀，二是喷涂后等待时间长，海上空气湿度大，使二硫化钼的润滑效果降低。还有一种情况是上下垫圈螺栓头部、螺母接触面或螺纹处未涂润滑剂，扭矩系数增大，造成螺栓不断转动。因此，应按规定涂抹润滑剂后及时进行起吊作业。
3.垫圈和螺母放置方向错误
风电塔架螺栓连接副所用的垫圈与螺母均为A型，即一侧为平整无倒角，另一侧有标记并有倒角（见图4）。垫圈内倒角的设置与螺栓头下方的过渡圆弧相吻合。安装时，垫圈倒角面必须朝向螺栓头，否则螺栓头与垫圈不能很好的贴合，影响螺栓的受力性能。对于螺母侧的垫圈，由于倒角面表面平整光滑，拧紧时扭矩系数小、离散率也小，因此应使垫圈倒角面朝向螺母。安装工艺可以用一句话来概括：螺母与垫圈应有标记的一面朝外放置。
在安装过程中，一些螺母或垫圈放置的方向错误，必须按要求进行纠正。
图1 叶片螺柱生锈
图2 受盐雾腐蚀的塔螺栓
图 3 不匹配的垫圈和螺母以及未润滑/已润滑的垫圈
图4 螺母和垫圈的正面和背面
图 5 法兰下使用错误的套管
4. 垫圈和衬套缺失或使用错误规格
有些施工人员责任心不够，会漏装或错装垫圈、套筒（见图5）。在螺栓安装质量检查时，发现有些螺栓的外露长度明显与其他螺栓不同，显得有些突兀，仔细检查可能是由于法兰下方的垫圈、套筒漏装或错装所致（见图6）。风力发电机的高强度螺栓连接副有M30、M36、M42、M48等几种规格，虽然规格长度不同，但工人责任心不够，容易混装，将小直径的螺栓插入大直径的螺孔中。这种螺栓混用非常危险，容易导致较小的螺栓先断裂，影响风力发电机的安全，必须更换。
5.扭矩值不符合设计要求
在高强度螺栓扭矩验收过程中，经常会发现螺母松动、偏离标记，表明扭矩值不符合设计要求。造成这种情况的原因很多，如扭矩值设定不正确、加压到预设值后保持时间太短、终拧几天后验收、终拧时漏拧等。但有几种情况应引起重视。一种情况是液压泵长时间工作后，由于液压油温升高等原因，加压达到预设值的时间增加，预设扭矩值下降，如果操作人员不注意，就会造成实际扭矩变小。还有一种情况是在0℃以下的低温下，要注意更换低温液压油，保证扭矩值与显示值的一致性。另外，使用不合格的液压油管、油管接头配合不紧，也有可能造成压力值上不去。 建议液压泵工作一段时间后，检查一下预设值是否发生变化，最好暂停一段时间，让施工人员也得到休息和调整。
6.扭矩值超过设计要求
为了防止验收时扭矩值达不到设计值而需要返工重新紧固，施工人员在终拧时故意调高了预设值。螺栓扭矩值是经过科学计算的，绝不能擅自调高，防止超负荷造成螺栓断裂或螺纹剥落。为此，螺栓安装质量检验应严格按照JGJ 82-2011规范的要求进行。先画出标准线，然后将螺母松开约600；然后用扭矩扳手再次拧紧，使两线重合。此时的扭矩应测量在0.9Tch至1.1Tch范围内才为合格。如果检验时采用设计扭矩值，螺母无法拆卸，必须调高扭矩值才能松开螺母，则存在故意调高终拧扭矩值的可能。风电设备制造商应评估并确定是否需要更换所有螺栓。
在进行技术交底时，必须明确告知工人超过设计扭矩值的危险，以防止此类事故的发生。
图6 法兰上的螺纹太长
图7 螺钉外露长度超过（57±2）mm
图8 左侧螺纹损坏严重
7. 螺纹长度不正确
机舱与顶部塔架法兰连接的螺栓均为双头螺柱，螺柱上部旋入机舱法兰。某风电厂家要求拧紧螺母后螺杆露出法兰的长度为（57±2）mm（见图7）。实际施工中，部分螺杆的露长不符合设计要求，施工人员为省时省力，采用管夹夹紧螺杆进行调整，导致螺纹损伤严重钢结构高强度螺栓连接的设计 施工及验收规范，后期维修拆卸时无法将螺母旋出（见图8）。此类施工行为必须在技术交底时强调，验收时加强检查，对螺纹损伤的高强度螺柱应予以更换。
正确的调整方法是用两个螺母和一把扳手进行调整，调整方法如下：将两个螺母拧到丝杆中间，如果螺栓过长，用扳手夹住外面螺母，向内拧紧；如果螺栓过短，用扳手夹住里面螺母，向外拧紧，将丝杆长度调整到设计值。
8.螺栓断裂
大六角螺栓断裂通常发生在螺杆与螺栓头连接处。某风电场由于遵循了错误的安装说明书，未对垫圈涂抹润滑剂，扭矩系数增大，导致螺栓实际扭矩值达不到设计值。风电设备生产厂家经过研究，决定将螺栓拆除，重新涂抹润滑剂。在拆卸重新安装螺栓的过程中，发现一根高强度螺栓断裂，断口处有一层生锈的夹层，夹层面积约为螺杆截面积的1/3，这应该是出厂时的质量缺陷（见图9）。高强度螺栓出厂时都是经过全检的，该问题的发生说明螺栓生产厂家的质量检验不严格，应引起重视，严格检验。
需要注意的是，GB/T33628-2017规定，同一构件所用的螺纹连接副应为同一厂家、同一批次的产品，安装后已拆除的、按扭矩法测得的预紧精度有严格要求的高强度螺栓、螺母、垫圈不得重复使用。
9.螺栓无法插入
某风电场在安装第一节塔架，拧紧部分螺栓后发现剩余螺栓无法插入，经现场测量，上下法兰孔错位20mm，最大法兰间隙达3mm（见图10）。后来将塔架拆除，换上另一节塔架，可以正常组装，说明钢管桩上法兰没有问题。对塔架下法兰圆度、螺栓孔间距等指标进行检查，偏差值符合规范要求。初步分析可能是塔架未采用定位销定位、塔吊倾斜或两台吊机吊点不在过圆心的直线上，导致塔架下法兰一侧先落地，上下法兰螺孔略有错位。工人急于插入螺栓，迅速施加扭矩，螺栓安装逐渐向另一侧推进。 当法兰另一侧的落地重量完全释放后，螺孔的错位偏差逐渐积累变大，以致螺栓无法插入。
此次事件说明，塔架、机舱、叶片吊装必须设置三根以上定位销，才能保证定位准确、快速，同时保证机舱、叶片上安装螺钉的螺纹不损坏或少损坏。更换定位销时，应使用专用螺母和套筒扳手，卸下螺柱；定位完成后，再卸下定位销，安装螺柱。注意旋入机舱或叶片的螺柱应采用螺纹紧固件（应根据环境温度和螺栓是否经常拆卸选择紧固件类型）。高强度螺栓穿入后，应严格按照安装说明书的要求，分区、分级、对称地进行对称紧固，不得省略重新紧固工序，不得直接做最后的紧固。 同时法兰出厂检验把关严格，严禁使用圆度、不平度、孔距不符合规范要求的法兰，加之采用知名品牌，生产质量相对有更好的保障。
图9：某风电场M48高强度螺栓断裂
图10 某风电场30#风电机组底塔螺丝孔错位
结论
风力发电机组在运行过程中，50%以上的运行故障都是由于高强度螺栓松动、断裂等螺栓失效引起的。避免螺栓失效的方法主要有两个，一是设计时选用合适的螺栓，并确保螺栓质量符合要求；二是螺栓安装后要获得正确的预紧力，确保螺栓预紧力与设计值一致，保证每个螺栓受力均匀。追根溯源，保证高强度螺栓安装质量的关键在于安装施工人员。提高安装工人的责任心，使其严格遵照操作规程，是各级管理人员矢志追求的最终目标。
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杜先生：13918635063
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