摘要:本文采用壓力傳感器、M采集模塊組成的載荷測試系統對螺栓所受到的載荷進行分析,結合螺栓連接的預緊力、應力幅等因素對螺栓連接中螺栓的斷裂原因進行了初步探討,初步判斷出螺栓斷裂原因,并給出改進意見。
1.背景
某項目現場的7#, 31#, 27#機組變槳軸承與輪毅聯接雙頭螺栓出現斷裂情況,其中2013年6月13日發現7#機組螺栓斷裂2顆,2013年8月16日發現31#機組螺栓斷裂1顆,2013年9月22日、10月及2014年1月14日發現27#機組螺栓斷裂各1顆。
變槳軸承與輪毅聯接處厚度均為169mm,雙頭螺柱露出變槳軸承長度為70士lm,輪毅內M30螺紋。孔光孔深度為12m。即雙頭螺柱與輪毅旋合第一扣的距離L=169+70+12+3.5(一個螺距)=254.5mm.現場檢查該機組的相鄰螺栓及另外兩支葉片上的聯接螺栓,未發現螺栓松動,機組未見其他異常。該批斷裂螺栓強度等級為10.9級,由圖1可以看出,兩顆螺栓斷裂位置均為螺栓與螺紋孔旋合最后一扣位置。
圖1:變槳軸承連接輪毅螺栓斷裂位置
現場找到一顆完整斷裂螺栓,斷面清晰,見圖2、圖3。由圖中可以看出,該螺栓斷口為典型的疲勞斷口,有明顯的貝紋狀疲勞線。由線條很細膩可以看出,造成螺栓疲勞撕裂的應力幅值較小,最后斷裂位置區域很小,也能說明這一點(該顆螺栓是在更換過程中,拆卸時擰斷)。
為方便描述斷裂螺栓所在位置,特按以下規則對螺栓位置進行編號:葉片順槳,斷螺栓的軸承對應的葉片鎖定在左側斜向上方向,站在葉根,面向變槳軸承,以右手邊固定變槳柜支架螺栓左側第一顆螺栓編號為1#,逆時針方向依次為2#、3#--59#、60#,如圖1所示。以上機組螺栓斷裂位置見表1。
圖4:螺栓位置編號
表1:螺栓斷裂位置統計
2.測試方案
由于設備局限,本次共使用8個壓力傳感器,因此傳感器布置位置有限。由表1可知,螺栓斷裂主要集中在1#到7#螺栓位,故此處作為布放傳感器的重點位置,為與該部位做對比,重點部位對稱方向及垂直方向各布置1顆傳感器,各螺栓位置與傳感器對應的編號為:1#螺栓一1#傳感器、3#螺栓一2#傳感器、4#螺栓一3#傳感器、6#螺栓一4#傳感器、52#螺栓一5#傳感器、7#螺栓一6#傳感器、22#螺栓一7#傳感器、37#螺栓一8#傳感器,機組在正常工作時(葉片在0度位置),葉片翼緣與傳感器布置位置見圖5。