Analisi della manutenzione dei bulloni ad alta resistenza per turbine eoliche

I bulloni ad alta resistenza sono componenti di collegamento principali ampiamente utilizzati nelle turbine eoliche in condizioni di carico complesse. Con il rapido sviluppo del settore dell’energia eolica, il continuo ampliamento delle turbine eoliche e l’estensione della durata di servizio hanno aumentato i requisiti di sicurezza operativa e affidabilità di manutenzione dei bulloni ad alta resistenza. La tradizionale modalità di manutenzione preventiva attualmente adottata per i bulloni ad alta resistenza nelle turbine eoliche presenta evidenti limiti e non può più adattarsi completamente alle complesse condizioni operative in loco. Pertanto, è essenziale riassumere i difetti esistenti nei lavori di manutenzione, ottimizzare e aggiornare i processi di manutenzione sul campo e promuovere la transizione dalla manutenzione preventiva periodica alla manutenzione basata sulle condizioni, in modo da garantire il funzionamento sicuro e stabile delle turbine eoliche.

L’energia eolica è uno dei settori in più rapida crescita nel nuovo settore energetico. Le turbine eoliche connesse alla rete costituiscono le principali apparecchiature per la generazione di energia eolica. Con la continua messa in servizio di nuove unità e l’invecchiamento di quelle esistenti, il controllo di qualità della manutenzione delle apparecchiature è diventato un obiettivo chiave del funzionamento e della manutenzione dell’energia eolica. Sulla base delle effettive condizioni operative delle turbine eoliche in servizio, questo documento riassume sistematicamente i problemi comunibullone ad alta resistenzamanutenzione, analizza i principi meccanici del serraggio dei bulloni e propone misure di controllo della qualità dell'intero processo, fornendo un riferimento per una manutenzione raffinata e basata sulle condizioni dei bulloni ad alta resistenza nelle turbine eoliche.

 

1 Stato attuale e problemi di manutenzione preventiva per bulloni ad alta resistenza

1.1 Gradi di resistenza e posizioni di installazione dei bulloni ad alta resistenza

Nelle turbine eoliche vengono applicati tre gradi di resistenza tipici dei bulloni ad alta resistenza: Grado 8.8, Grado 10.9 e Grado 12.9. I diversi gradi vengono abbinati in base alle caratteristiche di carico, vibrazione e sollecitazione delle diverse posizioni strutturali. I bulloni di grado 8.8 vengono generalmente utilizzati per i collegamenti tra generatori ed encoder, nonché tra collettori rotanti e riduttori di unità con controllo del passo. I bulloni di grado 10.9 sono ampiamente adottati per le connessioni portanti critiche, compresi i giunti pala-mozzo, i giunti mozzo-albero principale e le connessioni di segmenti di torre. I bulloni di grado 12.9 vengono applicati per collegamenti per carichi pesanti come giunti tra l'albero principale e gli anelli di compressione.

1.2 Principali carenze nell'attuale manutenzione preventiva

1.2.1 Cicli di manutenzione fissi che portano a rischi di manutenzione eccessiva e insufficiente

Attualmente l’ispezione e la taratura della bulloneria ad alta resistenza seguono rigorosamente cicli fissi di manutenzione periodica, senza una gestione differenziata in base alla durata di esercizio, al carico effettivo e alla frequenza delle vibrazioni. Ciò si traduce comunemente in una manutenzione eccessiva o insufficiente, che pongono entrambe potenziali rischi per la sicurezza. Un serraggio eccessivo e ripetuto provoca l'affaticamento ciclico del metallo, accelera l'invecchiamento del materiale e può portare a deformazione plastica, crepe o addirittura alla frattura dei bulloni. Una manutenzione inadeguata riduce la forza di attrito delle connessioni bullonate e indebolisce il precarico, causando infine l'allentamento dei bulloni e il guasto della connessione, con effetti negativi sulla stabilità dell'unità.

1.2.2 Utilizzo non standard degli strumenti di manutenzione e specifiche operative incomplete

Le normative di manutenzione esistenti non riescono a definire chiaramente scenari applicabili e metodi operativi per diversi strumenti corrispondenti a bulloni di diversi gradi e posizioni di installazione, comprese chiavi dinamometriche manuali, moltiplicatori di coppia e chiavi dinamometriche idrauliche. Ciò porta a operazioni sul campo disordinate e incoerenti. Inoltre, alcune chiavi dinamometriche non vengono calibrate prima dell'uso e occasionalmente vengono adottati strumenti non qualificati o scaduti, con conseguenti valori di coppia imprecisi, processi non standard e qualità di manutenzione incontrollabile.

1.2.3 Operazioni umane irregolari che causano rischi per la qualità manuale

La qualità della calibrazione dibulloni ad alta resistenza è direttamente determinata dalla responsabilità, dalle competenze professionali e dalla standardizzazione operativa del personale di manutenzione. Nell'effettivo lavoro sul campo, si sono verificati comportamenti irregolari come la riduzione arbitraria della coppia di calibrazione e la semplificazione delle procedure di serraggio, con conseguente precarico insufficiente e qualità di manutenzione inferiore agli standard. Il funzionamento a lungo termine in tali condizioni provoca facilmente l'allentamento e il guasto dei collegamenti a bullone, mettendo seriamente a rischio la sicurezza dell'unità.

2 Principi fondamentali del serraggio di bulloni ad alta resistenza

2.1 Variazione delle sollecitazioni durante il serraggio dei bulloni

Durante il serraggio, il bullone è soggetto a tensione mentre i componenti collegati sopportano compressione. Lo stato tensionale cambia dinamicamente con l’angolo di serraggio e può essere suddiviso in quattro fasi:

Fase di serraggio iniziale: il bullone non è completamente attaccato alla superficie collegata, con conseguente forza di compressione pari a zero. Esiste solo un attrito minimo sulla filettatura e la coppia di serraggio rimane bassa.

Fase di serraggio effettiva: dopo che il bullone è completamente a contatto con la superficie connessa, inizia il serraggio formale. Sia la forza di compressione che la coppia di serraggio aumentano rapidamente con l'aumento dell'angolo di rotazione.

Fase di deformazione plastica: quando la tensione del bullone raggiunge il limite di snervamento, si verifica la deformazione plastica. L'angolo di rotazione continua ad aumentare, mentre la forza di compressione e la coppia crescono lentamente e tendono a stabilizzarsi.

Fase di cedimento per sovraccarico: un serraggio eccessivo e continuo provoca uno stress eccessivo, che porta a un rapido calo della forza di compressione e della coppia e, infine, alla rottura per trazione del bullone.

2.2 Influenza del coefficiente di attrito sulla forza di compressione del bullone

Non esiste una corrispondenza fissa tra coppia di serraggio e precarico. Il coefficiente di attrito influisce notevolmente sulla forza di compressione finale. Con la stessa coppia di serraggio, le differenze di attrito sulle superfici di contatto della filettatura e sulle superfici di appoggio dei bulloni possono portare a deviazioni significative del precarico. La corrosione della filettatura, la contaminazione dell'olio, le impurità, la lubrificazione non uniforme e i danni al rivestimento modificheranno lo stato di attrito, causando deviazioni di precarico e guasti alla connessione, che sono le principali cause di allentamento dei bulloni e sollecitazioni irregolari durante il funzionamento sul campo.

3 Misure di controllo qualità per la manutenzione dei bulloni ad alta resistenza

3.1 Fattori fondamentali che influenzano la qualità della manutenzione

La qualità della manutenzione dei bulloni può essere analizzata attraverso un modello piramidale gerarchico. In ordine decrescente di importanza, i fattori chiave che influenzano sono il personale, i metodi operativi, gli strumenti e le attrezzature e le proprietà dei materiali (compresi i materiali dei bulloni e dei componenti collegati). Questi fattori interagiscono e determinano congiuntamente l'effetto della manutenzione e l'affidabilità operativa a lungo termine delle connessioni bullonate.

3.2 Misure di controllo qualità dell'intero processo

3.2.1 Rafforzare la formazione del personale e standardizzare il comportamento operativo

La formazione specializzata sulla manutenzione dei bulloni ad alta resistenza deve essere condotta regolarmente per migliorare la responsabilità e la competenza professionale del personale. I contenuti della formazione includono i principi di sollecitazione dei bulloni, i criteri di corrispondenza delle qualità, i processi di serraggio standardizzati e i metodi di identificazione dei guasti. Gli operatori devono essere in grado di identificare difetti quali corrosione, deformazione, crepe e allentamenti e devono seguire rigorosamente le procedure standard per evitare errori manuali e regolazione arbitraria della coppia.

3.2.2 Implementare il controllo di qualità pre-manutenzione dei bulloni

Prima della manutenzione deve essere effettuato un controllo visivo e prestazionale completo, che comprenda l'accuratezza dimensionale, l'integrità del rivestimento, le condizioni della filettatura e lo stato di lubrificazione. Difetti quali corrosione, sbavature, deformazioni e danni superficiali dovranno essere completamente controllati. Lo stato di attrito delle filettature deve essere valutato in base alle condizioni operative per prevedere potenziali rischi di deviazione della coppia. È vietato riutilizzare bulloni non qualificati per eliminare i pericoli nascosti alla fonte.

3.2.3 Standardizzare la gestione degli strumenti e garantire la precisione del rilevamento

Deve essere stabilito un sistema regolare di ispezione, calibrazione e manutenzione per gli strumenti di manutenzione. Prima dell'uso dovranno essere eseguiti test di precisione dinamica e statica su chiavi dinamometriche, moltiplicatori di coppia e chiavi idrauliche. Sono vietati strumenti scaduti, imprecisi o danneggiati. Gli strumenti e i metodi di serraggio corrispondenti dovranno essere selezionati in base al grado di resistenza del bullone, alla posizione di installazione e alle caratteristiche di carico per realizzare operazioni classificate e standardizzate. Gli strumenti devono essere puliti dopo l'uso e le chiavi dinamometriche manuali devono essere ripristinate al valore di coppia minimo per mantenere la precisione della misurazione a lungo termine.

3.2.4 Unificare gli standard tecnici e realizzare un controllo coerente dell'intero processo

Unifica specifiche tecniche, standard di misurazione e criteri di calibrazione ovunquebulloneprocessi di ispezione, verifica degli utensili e test di coppia per eliminare la qualità operativa incoerente causata da operatori o lotti diversi. Stabilire registri di manutenzione completi, tra cui posizione dei bulloni, coppia calibrata, informazioni sull'operatore e dati di test, realizzando la tracciabilità dell'intero processo e un controllo stabile della qualità della manutenzione.

4 Conclusione

In quanto componenti di collegamento portanti critici, i bulloni ad alta resistenza determinano direttamente la sicurezza operativa e la stabilità delle turbine eoliche. La tradizionale modalità di manutenzione periodica presenta carenze quali cicli rigidi, strumenti non standard ed errori manuali frequenti, che non possono soddisfare i requisiti di un funzionamento raffinato dell’energia eolica. È possibile ottenere un miglioramento completo della qualità attraverso una gestione standardizzata del personale, processi operativi ottimizzati, un controllo rigoroso degli strumenti e meccanismi di pre-ispezione completi. Con il continuo miglioramento della professionalità degli operatori, l’aggiornamento dei processi di manutenzione e la diffusione di apparecchiature di prova intelligenti, la manutenzione dei bulloni ad alta resistenza realizzerà gradualmente una gestione basata sulle condizioni, accurata e controllabile, riducendo efficacemente i rischi di guasto dei bulloni e garantendo un funzionamento sicuro e stabile a lungo termine delle turbine eoliche.