淺析液壓拉伸器與液壓力矩扳手在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安裝過程中的應(yīng)用

劉招著

（中閩（霞浦）風(fēng)電有限公司 福建霞浦 355100）

淺析液壓拉伸器與液壓力矩扳手在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安裝過程中的應(yīng)用

劉招著

（中閩（霞浦）風(fēng)電有限公司 福建霞浦 355100）

本文主要分析液壓拉伸器與液壓力矩扳手在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組螺栓聯(lián)接中的預(yù)緊力控制及應(yīng)用的不同，進(jìn)而提出合理正確的選用工具有助于我們保證施工進(jìn)度，提高施工效率，確保施工質(zhì)量以及風(fēng)機(jī)的安全穩(wěn)定、長周期運行。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組；螺栓緊固；液壓拉伸器；液壓力矩扳手

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安裝過程各重要部位多采用螺栓聯(lián)接，在螺栓緊固過程中，一般都有預(yù)緊力要求。大型的螺栓聯(lián)接至關(guān)重要，必要的預(yù)緊力控制是保證聯(lián)接可靠性、緊密性的重要條件。本文主要分析液壓拉伸器與液壓力矩扳手在風(fēng)機(jī)安裝過程中應(yīng)用的不同之處。

1 兩種風(fēng)電機(jī)組裝配螺栓擰緊方法預(yù)緊力控制淺析

1.1 扭矩擰緊法

目前，在風(fēng)電行業(yè)中最為廣泛使用的螺栓聯(lián)接預(yù)緊工藝為扭矩擰緊法；通過扭矩扳手設(shè)定的扭矩值，將扭矩間接轉(zhuǎn)換為拉伸力以實現(xiàn)對螺栓的預(yù)緊，其優(yōu)點是簡單、直觀。液壓扳手有驅(qū)動式液壓扭矩扳手和中空式液壓扳手兩大系列。驅(qū)動式液壓扭矩扳手配合標(biāo)準(zhǔn)套筒使用，為通用型液壓扳手，適用范圍廣，可幾乎應(yīng)用于風(fēng)機(jī)安裝中各大規(guī)格螺栓連接部位的緊固。中空液壓扳手厚度較薄，特別適用于空間比較狹小的地方，如風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的輪轂與葉片連接處。

液壓扭力扳手工作原理：液壓扭力扳手是由工作頭、液壓泵以及高壓油管組成。通過高壓油管，液壓泵將動力傳輸?shù)焦ぷ黝^，驅(qū)動工作頭旋轉(zhuǎn)螺母的擰緊或松開。

由于液壓扭力扳手產(chǎn)生的擰緊力矩T作用，使螺栓和被聯(lián)接件之間產(chǎn)生預(yù)緊力F0。由《機(jī)械原理》可知，擰緊力矩T等于螺旋副間的摩擦阻力矩T1和螺母環(huán)形端面與被聯(lián)接件（或墊圈）支撐面間的摩擦阻力矩T2之和[1]，公式如下：

式中：d——螺紋公稱直徑，mm；

F0——預(yù)緊力，N；

K——擰緊力矩系數(shù)。擰緊系數(shù)K與螺紋表面及法蘭的粗糙度、潤滑狀況、擰緊速度、使用工具和環(huán)境溫度等因素都有關(guān)，通常在0.1～0.3之間變化。在一定的擰緊力矩下，預(yù)緊力變化比較大，故通過擰緊力矩來控制螺栓預(yù)緊力的精度不高，其誤差約為±25%，最大可達(dá)±40%。一般來說，控制擰緊力矩精度較高的工具是測力矩扳手和限力矩扳手。

1.2 液壓拉伸預(yù)緊法

螺栓液壓拉伸器工作原理：螺栓液壓拉伸器簡稱螺栓拉伸器，由液力升壓泵（超高壓油泵）產(chǎn)生的油壓，通過油管傳送到拉伸器的活塞面上，通過液壓拉伸器上的拉伸頭與被拉伸螺栓相互作用而使螺栓拉伸，達(dá)到設(shè)定壓力后，通過撥棒或扳手旋緊螺母，使螺母與被緊固件表面正確貼合，泄壓后達(dá)到緊固螺母的目的。液壓拉伸器構(gòu)成如圖1所示。

由于受到螺栓直徑、長度、螺紋形式、螺距、對接面的條件、軸向同軸度等多種因素影響，最終螺栓上獲得的軸力并不等于開始時液壓缸作用在螺栓上的力，有一定的損失。在工程上，液壓拉伸器的設(shè)定拉力Fh一般要大于預(yù)緊力F0，兩者之間的比值主要和螺栓夾緊部分的長細(xì)比有關(guān)，對于普通公制粗牙螺栓，推薦公式為：

式中：G-為螺栓夾緊部分的長細(xì)比，即螺栓夾緊部分長度/螺栓公稱直徑，如圖2所示；Lk-為螺栓夾緊部分長度，mm；d-螺栓公稱直徑，mm；Fh-液壓拉伸器的設(shè)定拉力，N；F0-：螺栓預(yù)緊力，N。

圖1 液壓拉伸器的組成結(jié)構(gòu)圖

按照公式（2）計算，以長細(xì)比（G）為橫坐標(biāo)，設(shè)定拉力值與預(yù)緊力比值（Fh/F0）為縱坐標(biāo)，得到兩者關(guān)系曲線如圖2。

圖2 Fh/F0與夾緊部分長細(xì)比（R）的關(guān)系

因此對于不同螺栓夾緊部分長度和直徑的風(fēng)機(jī)螺栓聯(lián)接部位，可根據(jù)要求的螺栓預(yù)緊力F0，通過公式（2）計算出液壓拉伸器的設(shè)定拉力Fh。

由以上對扭矩擰緊法和液壓拉伸預(yù)緊法分析可知，采用扭矩法預(yù)緊螺栓中影響擰緊系數(shù)K的因素太多，而且很多因素具有不可控性，在同一施工扭矩下，螺栓預(yù)緊力只能控制在一定的范圍內(nèi)，而不能獲得設(shè)計所要求的軸向拉伸力，而導(dǎo)致螺栓欠擰或超擰，隨之螺栓將發(fā)生松動或破壞螺栓，保證不了連接強(qiáng)度和質(zhì)量。相比扭矩法，使用液壓拉伸器時設(shè)定的拉力與拉伸得到的預(yù)緊力向?qū)?yīng)，直接將螺栓拉伸到規(guī)定的預(yù)緊力；此方法對預(yù)緊力的控制較為準(zhǔn)確，但是受到安裝位置和空間的限制，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組只能在部分連接處使用液壓拉伸法進(jìn)行預(yù)緊。

2 液壓拉伸器與液壓力矩扳手在風(fēng)機(jī)螺栓聯(lián)接中特點分析

（1）沿海地區(qū)鹽霧腐蝕嚴(yán)重，風(fēng)機(jī)聯(lián)接螺栓一般涂有防腐涂層保護(hù)，常為達(dá)克羅或鍍鋅層；使用扭矩扳手緊固時，螺母外表面涂層容易被破壞，從而影響螺母的防腐效果。但是使用液壓拉伸法緊固，由于螺母套傳遞給螺母的扭矩非常小，因此不會破壞螺母的防腐涂層。

（2）螺栓拉伸器使用純拉力直接拉長螺栓，無扭剪力和側(cè)向力，對聯(lián)接的接觸面無摩擦損傷，是精確控制螺栓預(yù)緊力的最佳方法。比起液壓扭矩扳手，優(yōu)點是反應(yīng)迅速、精確，無扭轉(zhuǎn)應(yīng)力、無摩擦損傷、可同步預(yù)緊多個螺栓（采用油管分配器）。

（3）液壓扭力扳手通用性好，而螺栓拉伸器的拉伸管要和螺栓螺距等匹配，一對一匹配螺紋，通用性不好；對于通過液壓拉伸器安裝的螺栓，在后期的維護(hù)、更換中，也必須使用拉伸器進(jìn)行緊固。

（4）使用液壓拉伸器比液壓力矩扳手工期長

某2.5MW直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安裝工程，其風(fēng)機(jī)各高強(qiáng)連接螺栓部位均是按階段、次序、多個循環(huán)地緊固；除輪轂與葉片間的連接螺栓采用中空液壓扳手緊固外，其余各連接部位均要求采用拉伸器緊固。

經(jīng)筆者于施工現(xiàn)場統(tǒng)計測算，同樣的一批工作人員，使用液壓扭矩扳手緊固M36輪轂與葉片間的連接螺栓時，平均36s緊固1個螺栓；使用氣動液壓拉伸器（此工具由地錨籠廠家配套提供）緊固基礎(chǔ)與1段塔筒之間連接螺栓時，平均180s緊固2個螺栓（使用分配器同步預(yù)緊2個螺栓）；使用電動液壓拉伸器（此工具由風(fēng)機(jī)廠家配套提供）緊固其余高強(qiáng)連接螺栓時，平均110s緊固2個螺栓（使用分配器同步預(yù)緊2個螺栓）。因此相比使用液壓拉伸器緊固此直驅(qū)型風(fēng)機(jī)吊裝連接部位的螺栓，若使用1套液壓扳手工作，不考慮其他因素的影響下，緊固時間將直接減少：26.83-15.12=11.71d，約1.5個工作日；若同時使用多套液壓扳手進(jìn)行各安裝平臺緊固螺栓，將大大減少吊裝時間。

因風(fēng)機(jī)安裝工藝要求為最后一段塔架和機(jī)艙需在同一天吊裝完成，若在緊固螺栓工序中多出的工作時間內(nèi)又受到如大風(fēng)、降雨等天氣影響，將明顯影響施工進(jìn)度、增加工期。因此施工隊伍在投標(biāo)時應(yīng)注意所吊裝的風(fēng)機(jī)是否要求使用液壓拉伸器緊固風(fēng)機(jī)聯(lián)接螺栓，此項關(guān)鍵工序?qū)⒂绊懼┕みM(jìn)度和成本。

3 結(jié)論

螺栓拉伸器相比起液壓扭矩扳手，表面防腐層不易破壞，操作簡單、對螺栓聯(lián)接副無扭矩系數(shù)要求、螺栓受力簡單、預(yù)緊力精度高、螺栓不易松動、后期維護(hù)量小、安裝時費時多；針對不同風(fēng)機(jī)廠家要求及現(xiàn)場情況，合理正確的選用工具有助于我們保證施工進(jìn)度，提高施工效率，確保施工質(zhì)量以及風(fēng)機(jī)的安全穩(wěn)定、長周期運行。

[1]戈豐來，徐慶坤.力矩扳手的力矩計算[J].機(jī)械制造，2002（4）：45～47.

TM315

A

1004-7344（2016）13-0223-02

2016-4-15

劉招著（1985-），男，福安人，助理工程師，本科，研究方向為機(jī)電工程。