風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片連接螺栓斷裂機(jī)理及原因分析

鄭建軍，王 劭，云 峰

（內(nèi)蒙古電力（集團(tuán)）有限責(zé)任公司內(nèi)蒙古電力科學(xué)研究院分公司，呼和浩特 010020）

0 引言

風(fēng)力發(fā)電技術(shù)具有低排放、低污染等優(yōu)點(diǎn)，是我國(guó)電能可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要選擇之一[1]。近年來(lái)，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)因其巨大的綠色環(huán)保優(yōu)勢(shì)逐漸成為能源領(lǐng)域發(fā)展最快的高新技術(shù)之一[2]。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主要由葉片、傳動(dòng)系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)、儲(chǔ)能設(shè)備、塔架及電器系統(tǒng)等部件組成[3-5]。其中，葉片主要通過(guò)連接螺栓固定在輪轂上組成風(fēng)輪，承受的載荷最大[6]。因此，葉片連接螺栓必須具有足夠的強(qiáng)度和彎扭剛度，才能確保風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2022 年2 月，某新能源公司運(yùn)維人員在對(duì)一臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行檢修過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，該機(jī)組的兩條葉片連接螺栓發(fā)生斷裂失效。斷裂螺栓直徑36 mm，長(zhǎng)427 mm，材質(zhì)為42CrMo，性能等級(jí)為10.9級(jí)。本文采用化學(xué)成分分析、宏觀斷口形貌、金相組織及斷口微觀形貌觀察、力學(xué)性能測(cè)試等方法對(duì)葉片連接螺栓的斷裂機(jī)理及原因進(jìn)行綜合性失效分析，以預(yù)防或減少該類故障的發(fā)生。

1 試驗(yàn)結(jié)果與分析

1.1 化學(xué)成分檢測(cè)

按照GB/T 4336—2016《碳素鋼和中低合金鋼多元素含量的測(cè)定火花放電原子發(fā)射光譜法（常規(guī)法）》[7]要求，使用SPECTRO MAXx 型臺(tái)式直讀光譜儀，對(duì)斷裂的葉片連接螺栓取樣進(jìn)行化學(xué)成分檢測(cè)，檢測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。結(jié)果表明，螺栓主要合金成分的元素含量與GB/T 3077—2015《合金結(jié)構(gòu)鋼》[8]標(biāo)準(zhǔn)中42CrMo鋼的化學(xué)成分含量要求相符合。

表1 葉片連接緊固螺栓化學(xué)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)檢測(cè)結(jié)果……