做家：陈浩，张涛，田峰，田力男（内蒙古电力科学协商院，呼和浩特）
0引言
某风电场于年年末并网投产，共安置HQ50-型风力发机电组61台，装机总容量49.41MW。投运4a后，此中1台风机齿轮箱立支柱构造法兰接连螺栓产生断裂。本文针对螺栓断裂缘故停止检查剖析，并提议响应的处置倡议，以消除机组金属设置在安置和运转通过中造成的缺点和平安隐患，保证机组的平安、经济、安稳运转。
1风机机舱立支柱构造受力剖析
1.1创设模子
1.1.1三维几许模子
依照风机机舱干系材料及现场实践衡量数据，操纵UG三维建模软件创设风机机舱构造几许模子，如图1所示。为提升谋划速率，在保证谋划精度
的前提下，该模子对风机机舱实体模子的细节停止了恰当简化，粗心了机舱罩、照明安装、隔音安装及透风安装等部件。
1.1.2有限元模子
将风机机舱UG文件变换为STEP格式，并导入ANSYSWorkBench有限元剖析软件，创设风机机舱有限元剖析谋划模子，如图2所示[1-3]。剖析模子中粗心了发机电和齿轮箱的内部零件，以空腹圆柱体替代，发机电和齿轮箱品质离别设为kg和kg。其余由于轮毂和叶片的形态对谋划后果影响较小，是以只在剖析模子的主轴法兰盘处增加与轮毂和叶片等重的品质点，其品质为kg。机舱底部采纳固联盟束，仅可绕塔筒轴向回旋。剖析模子采纳四周体单位，单位总额目为个，节点总额目为个。
1.2受力剖析
为明确剖析风机机舱立支柱构造的受力形态及受力形态，在风机机舱有限元模子根本上离别创设风机在停机或运转形态、有风或无风前提下的数值剖析模子，谋划3种不同工况下风机机舱的受力状况。
1.2.1工况1
风机处于停机形态，且风电场风速较小。此时，可粗心风对风机风轮的影响，仅思考风机机舱部份的本身重力影响，经谋划风机机舱应力散布状况如图3所示。由图3可知，风机机舱应力水准不高，最大应力处于机舱底部筋板部位，约为40MPa，其余立支柱构造处应力较其余部位大，约为15MPa。
1.2.2工况2
风机处于运转形态，且风电场风速较小。此时风机机舱部份除受本身重力影响外，还继承风机因偏航动弹的惯性力影响。材料显示风机动弹的角加快率不高于0.02rad/s2，经谋划风机机舱应力散布状况如图4所示。由图4可知，风机机舱受力形态与工况1的谋划后果极为类似，解说因偏航动弹的惯性力对全部系统的受力形态影响不大，可粗心不计。
1.2.3工况3
风机处于停机或运转形态，且风电场风速较大。此时风机机舱部份除受本身重力影响外，还继承水准风力的影响。取风速为36.9m/s（极为顽劣前提下），谋划对应的风压为85N/m2，风机机舱应力散布状况如图5所示。由图5可知，在极为天色下，风机机舱最大应力仍处于底部筋板部位，约为MPa，但仍未抵达机舱材料Q钢的顺从极限，是以机舱只产生弹性变形，不产生塑性变形；其余立支柱构造处应力较其余部位魁梧，约为50MPa。
聚集3种不同工况下风机机舱的有限元剖析后果可知，不管风机在停机或运转形态、有风或无风前提下，齿轮箱立支柱部位均继承较大的应力，为全部机舱的薄弱步骤。
2断口状貌与金相机关剖析
2.1断口状貌
风力发机电机舱立支柱构造法兰接连螺栓规格为M16mm（直径），强度品级为10.9级。现场查验觉察，该批螺栓存在不同厂家和不同品级（10.9级和12.9级）混用景象，如图6所示，此中12.9级螺栓数目较少。产生做废的螺栓均为10.9级，大部份断裂于螺柱自刚性杆处数第1道至第3道罗纹的牙底处，螺栓杆部未见显然板滞损伤。螺栓断面平坦滑润，断口看来显然的疲乏源、疲乏扩充曲线及瞬断区，如图7所示。对断裂的法兰接连螺栓断口停止电子显微镜扫描观看，觉察断面内存在一系列海浪状、略带屈曲的疲乏辉纹，并伴随二次裂纹，具备模范的疲乏断裂特性[4]，如图8所示。
2.2金相机关
采纳硬度法对断裂的法兰接连螺栓脱碳层深度停止探测，如图9所示。由图9能够看出，该螺栓的金相机关为回火索氏体，罗纹部份存在深度为μm的脱碳层，罗纹的牙型高度为μm。经谋划，罗纹未脱碳层高度为μm，远小于干系规程请求的牙型高度的2/3[5]，螺栓脱碳层深度严峻超标。其余，通过探测，螺栓的维氏硬度（HV）为，适合规程请求[5]。
3螺栓断裂缘故肯定
依照风机机舱受力形态的有限元剖析后果以及断口状貌和金相机关剖析后果可知：
（1）该表率风机在静载及运转工况下，齿轮箱立支柱部位继承较大的应力，时常螺栓自刚性杆处数第1道至第3道罗纹牙底处于应力聚集地域，若螺栓强度不够，极有大概在顽劣工况下沿此处开裂，给机组平安、安稳运转带来隐患。
（2）该批螺栓存在不同厂家和不同品级（10.9级和12.9级）混用景象，致使法兰与底座聚集部位各部份强度不均，在外力影响下轻易沿强度较低侧螺栓（10.9级）部位开裂。
（3）螺栓罗纹脱碳层深度严峻超标，致使罗纹处强度不够，螺栓在继承屈曲载荷时，轻易沿此处开裂造成疲乏源。
（4）螺栓断面平坦滑润，看来显然的海浪状、略带屈曲的疲乏辉纹，并伴随二次裂纹，具备模范的疲乏断裂特性。
通过以上剖析以为，机舱立支柱构造法兰接连螺栓开裂原由于：法兰接连螺栓处于应力聚集地域，螺栓罗纹脱碳层深度超标使得该部位强度不够，当风机振荡时造成轮回应力，致使螺栓沿低强度的罗纹脱碳层处开裂并持续扩充，终究产生疲乏断裂。
4倡议
本文聚集有限元摹拟后果、断口状貌与金相机关剖析后果确认了机舱立支柱构造法兰接连螺栓的开裂缘故。为了防止再次产生断裂，倡议应用统一厂家、统一强度品级的螺栓，同时将该法兰接连螺栓退换为强度品级更高的12.9级高强度接连螺栓，在新退换螺栓投入应用前应送检，以保证螺栓的机关和功用及格。
参考文件：
[1]张洪才，刘宪伟，孙长青.ANSYSWorkbench14.5数值摹拟工程实例说明[M].北京：板滞产业出书社，：
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[2]袁越锦，徐英英，张艳华.ANSYSWorkbench14.0建仿照真技艺及实例详解[M].北京：化学产业出书社，：
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[3]陈艳霞，陈磊.ANSYSWorkbenchWorkbench工程运用案例通晓[M].北京：电子产业出书社，：49-94.
[4]陶春虎.紧固件的做废剖析及其提防[M].北京：航空产业出书社，：97-.
[5]华夏紧固件准则化技艺委员会.紧固件板滞功用螺栓、螺钉和螺柱：GB/T.1—[S].北京：华夏准则出书社，：7-9.
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