تجزیه و تحلیل تعمیر و نگهداری پیچ و مهره های با استحکام بالا برای توربین های بادی

پیچ و مهره های با استحکام بالا اجزای اتصال هسته ای هستند که به طور گسترده در توربین های بادی تحت شرایط بار پیچیده استفاده می شوند. با توسعه سریع صنعت برق بادی، بزرگ شدن مداوم واحدهای توربین بادی و افزایش طول عمر، الزامات بالاتری را برای ایمنی عملیاتی و قابلیت اطمینان تعمیر و نگهداری پیچ‌های با استحکام بالا ایجاد کرده است. حالت تعمیر و نگهداری پیشگیرانه سنتی که در حال حاضر برای پیچ‌های با استحکام بالا در توربین‌های بادی اتخاذ شده است، محدودیت‌های آشکاری دارد و دیگر نمی‌تواند به طور کامل با شرایط پیچیده عملیاتی در محل سازگار شود. بنابراین، خلاصه کردن نقص‌های موجود در کار تعمیر و نگهداری، بهینه‌سازی و ارتقای فرآیندهای تعمیر و نگهداری میدان‌محور، و ترویج انتقال از تعمیر و نگهداری پیشگیرانه دوره‌ای به تعمیر و نگهداری مبتنی بر شرایط ضروری است تا از عملکرد ایمن و پایدار توربین‌های بادی اطمینان حاصل شود.

انرژی بادی یکی از بخش‌هایی است که سریع‌ترین رشد را در صنعت انرژی‌های جدید دارد. توربین های بادی متصل به شبکه به عنوان تجهیزات اصلی برای تولید برق بادی عمل می کنند. با راه اندازی مستمر واحدهای جدید و قدیمی شدن واحدهای موجود، کنترل کیفیت تعمیر و نگهداری تجهیزات به کانون اصلی بهره برداری و نگهداری نیروی باد تبدیل شده است. بر اساس شرایط عملیاتی واقعی توربین های بادی در حال خدمت، این مقاله به طور سیستماتیک مشکلات رایج درپیچ با استحکام بالاتعمیر و نگهداری، اصول مکانیکی سفت کردن پیچ را تجزیه و تحلیل می‌کند و اقدامات کنترل کیفیت کامل فرآیند را پیشنهاد می‌کند و مرجعی برای تعمیر و نگهداری دقیق و مبتنی بر شرایط پیچ‌های با استحکام بالا در توربین‌های بادی ارائه می‌کند.

 

1 وضعیت فعلی و مشکلات تعمیر و نگهداری پیشگیرانه برای پیچ و مهره های با استحکام بالا

1.1 درجه های مقاومت و موقعیت های نصب پیچ و مهره های با مقاومت بالا

سه درجه مقاومت معمولی پیچ‌های با استحکام بالا در توربین‌های بادی اعمال می‌شود: درجه 8.8، درجه 10.9 و درجه 12.9. درجه های مختلف با توجه به ویژگی های بار، ارتعاش و تنش موقعیت های مختلف سازه مطابقت دارند. پیچ‌های درجه 8.8 معمولاً برای اتصالات بین ژنراتورها و رمزگذارها و همچنین بین حلقه‌های لغزشی و گیربکس‌های واحدهای تحت کنترل استفاده می‌شوند. پیچ و مهره های درجه 10.9 به طور گسترده برای اتصالات باربر حیاتی، از جمله اتصالات تیغه هاب، اتصالات محوری محور اصلی، و اتصالات بخش برج مورد استفاده قرار می گیرند. پیچ های درجه 12.9 برای اتصالات سنگین مانند اتصالات بین محور اصلی و حلقه های فشاری استفاده می شود.

1.2 کمبودهای اصلی در نگهداری پیشگیرانه فعلی

1.2.1 چرخه های تعمیر و نگهداری ثابت که منجر به خطرات نگهداری بیش از حد و کم تعمیر و نگهداری می شود

در حال حاضر، بازرسی و کالیبراسیون پیچ‌های با استحکام بالا به شدت از چرخه‌های تعمیر و نگهداری دوره‌ای ثابت پیروی می‌کند، بدون مدیریت متمایز بر اساس عمر سرویس، بار واقعی و فرکانس ارتعاش. این معمولاً منجر به تعمیر و نگهداری بیش از حد یا عدم نگهداری می شود که هر دو خطرات بالقوه ایمنی را به همراه دارند. سفت شدن مکرر زیاد باعث خستگی چرخه ای فلز می شود، پیری مواد را تسریع می کند و ممکن است منجر به تغییر شکل پلاستیک، ترک یا حتی شکستگی پیچ شود. نگهداری ناکافی نیروی اصطکاک اتصالات پیچ را کاهش می دهد و پیش بارگذاری را ضعیف می کند و در نهایت باعث شل شدن پیچ و خرابی اتصال می شود که بر پایداری واحد تأثیر منفی می گذارد.

1.2.2 استفاده غیر استاندارد از ابزارهای تعمیر و نگهداری و مشخصات عملیاتی ناقص

مقررات نگهداری موجود نمی تواند سناریوهای قابل اجرا و روش های عملیاتی را برای ابزارهای مختلف مربوط به پیچ و مهره های درجات مختلف و موقعیت های نصب، از جمله آچار گشتاور دستی، ضرب کننده گشتاور و آچار گشتاور هیدرولیک، تعریف کند. این منجر به عملیات میدانی بی نظم و ناسازگار می شود. علاوه بر این، برخی از آچارهای گشتاور قبل از استفاده کالیبره نمی شوند، و گاهی اوقات ابزارهای ناموفق یا عقب افتاده به کار می روند که منجر به مقادیر نادرست گشتاور، فرآیندهای غیر استاندارد و کیفیت نگهداری غیرقابل کنترل می شود.

1.2.3 عملیات نامنظم انسانی که باعث خطرات کیفی دستی می شود

کیفیت کالیبراسیون ازپیچ و مهره های با استحکام بالا به طور مستقیم توسط مسئولیت، مهارت های حرفه ای و استاندارد عملیاتی پرسنل تعمیر و نگهداری تعیین می شود. در کار صحرایی واقعی، رفتارهای نامنظم مانند کاهش خودسرانه گشتاور کالیبراسیون و ساده کردن روش های سفت کردن رخ داده است که منجر به بارگذاری ناکافی و کیفیت تعمیر و نگهداری نامناسب می شود. کارکرد طولانی مدت در چنین شرایطی به راحتی باعث شل شدن و خرابی اتصالات پیچ می شود و ایمنی واحد را به طور جدی به خطر می اندازد.

2 اصل اساسی سفت کردن پیچ و مهره با استحکام بالا

2.1 تغییر تنش در حین سفت کردن پیچ

در حین سفت کردن، پیچ تحت کشش قرار می گیرد در حالی که اجزای متصل تحت فشار قرار می گیرند. حالت تنش به صورت دینامیکی با زاویه انقباض تغییر می کند و می توان آن را به چهار مرحله تقسیم کرد:

مرحله سفت شدن اولیه: پیچ به طور کامل به سطح متصل نشده و در نتیجه نیروی فشرده سازی صفر است. فقط اصطکاک جزئی رزوه وجود دارد و گشتاور سفت شدن کم است.

مرحله سفت کردن موثر: پس از تماس کامل پیچ با سطح متصل، سفت کردن رسمی شروع می شود. هم نیروی تراکم و هم گشتاور سفت شدن با افزایش زاویه چرخش به سرعت افزایش می یابند.

مرحله تغییر شکل پلاستیک: هنگامی که تنش پیچ به حد تسلیم می رسد، تغییر شکل پلاستیک رخ می دهد. زاویه چرخش همچنان افزایش می یابد، در حالی که نیروی تراکم و گشتاور به آرامی رشد می کنند و تمایل به تثبیت دارند.

مرحله شکست اضافه بار: سفت شدن بیش از حد مداوم باعث تنش بیش از حد می شود که منجر به افت سریع نیروی فشاری و گشتاور و در نهایت منجر به شکستگی کششی پیچ می شود.

2.2 تأثیر ضریب اصطکاک بر نیروی فشاری پیچ

هیچ مطابقت ثابتی بین گشتاور سفت کردن و پیش بارگیری وجود ندارد. ضریب اصطکاک به شدت بر نیروی فشرده سازی نهایی تأثیر می گذارد. تحت همین گشتاور سفت شدن، تفاوت در اصطکاک در سطوح تماس با رزوه و سطوح بلبرینگ پیچ می تواند منجر به انحرافات قابل توجهی در پیش بار شود. خوردگی رزوه، آلودگی روغن، ناخالصی ها، روانکاری ناهموار و آسیب پوشش باعث تغییر حالت اصطکاک می شود و باعث انحراف پیش بار و خرابی اتصال می شود که از دلایل اصلی شل شدن پیچ و تنش ناهموار در عملیات میدانی است.

3 اقدام کنترل کیفیت برای تعمیر و نگهداری پیچ و مهره با استحکام بالا

3.1 عوامل مؤثر بر کیفیت تعمیر و نگهداری

کیفیت نگهداری پیچ را می توان از طریق یک مدل هرم سلسله مراتبی تحلیل کرد. به ترتیب اهمیت، عوامل کلیدی مؤثر عبارتند از: پرسنل، روش‌های عملیات، ابزار و تجهیزات، و ویژگی‌های مواد (از جمله پیچ و مهره و مواد اجزای متصل). این عوامل بر هم اثر می گذارند و به طور مشترک اثر تعمیر و نگهداری و قابلیت اطمینان عملیاتی طولانی مدت اتصالات پیچ را تعیین می کنند.

3.2 اقدامات کنترل کیفیت کامل فرآیند

3.2.1 تقویت آموزش پرسنل و استاندارد کردن رفتار عملیاتی

برای بهبود مسئولیت کارکنان و صلاحیت حرفه ای، آموزش تخصصی در مورد تعمیر و نگهداری پیچ با مقاومت بالا باید به طور منظم انجام شود. محتویات آموزشی شامل اصول تنش پیچ، معیارهای تطبیق درجه، فرآیندهای سفت کردن استاندارد و روش های شناسایی خرابی است. اپراتورها باید قادر به شناسایی عیوب مانند خوردگی، تغییر شکل، ترک و سست شدن باشند و برای جلوگیری از خطاهای دستی و تنظیم گشتاور دلخواه باید از روش های استاندارد به شدت پیروی کنند.

3.2.2 بازرسی کیفیت پیچ و مهره ها را قبل از تعمیر و نگهداری اجرا کنید

بازرسی جامع بصری و عملکرد باید قبل از تعمیر و نگهداری، دقت ابعاد پوشش، یکپارچگی پوشش، وضعیت رزوه و وضعیت روانکاری انجام شود. عیوب از جمله خوردگی، فرز، تغییر شکل و آسیب سطحی باید به طور کامل بررسی شود. وضعیت اصطکاک رزوه ها باید با توجه به شرایط عملیاتی برای پیش بینی خطرات انحراف گشتاور بالقوه ارزیابی شود. استفاده مجدد از پیچ و مهره های فاقد صلاحیت برای از بین بردن خطرات پنهان در منبع ممنوع است.

3.2.3 استاندارد کردن مدیریت ابزار و اطمینان از دقت تشخیص

یک سیستم بازرسی، کالیبراسیون و نگهداری منظم باید برای ابزارهای تعمیر و نگهداری ایجاد شود. آزمایش‌های دقت دینامیکی و استاتیکی باید روی آچارهای گشتاور، ضرب‌کننده‌های گشتاور و آچارهای هیدرولیک قبل از کار انجام شود. ابزارهای عقب افتاده، نادرست یا آسیب دیده ممنوع است. ابزارهای مربوطه و روش های سفت کردن باید بر اساس درجه استحکام پیچ، موقعیت نصب و ویژگی های بار انتخاب شوند تا عملیات طبقه بندی شده و استاندارد شده را تحقق بخشند. ابزارها باید پس از استفاده تمیز شوند و آچارهای گشتاور دستی باید به حداقل مقدار گشتاور بازنشانی شوند تا دقت اندازه گیری طولانی مدت حفظ شود.

3.2.4 استانداردهای فنی را یکسان کنید و کنترل کامل فرآیند را انجام دهید

مشخصات فنی، استانداردهای اندازه گیری و معیارهای کالیبراسیون را در سراسر کشور یکسان کنیدپیچفرآیندهای بازرسی، تأیید ابزار و تست گشتاور برای حذف کیفیت عملکرد ناسازگار ناشی از اپراتورها یا دسته‌های مختلف. ثبت سوابق تعمیر و نگهداری کامل از جمله موقعیت پیچ، گشتاور کالیبره شده، اطلاعات اپراتور و داده‌های آزمایش، درک قابلیت ردیابی کامل فرآیند و کنترل کیفیت نگهداری پایدار.

4 نتیجه گیری

پیچ های با استحکام بالا به عنوان اجزای مهم اتصال باربر، مستقیماً ایمنی و پایداری عملیاتی توربین های بادی را تعیین می کنند. حالت سنتی تعمیر و نگهداری دوره‌ای دارای کاستی‌هایی مانند چرخه‌های صلب، ابزارهای غیر استاندارد و خطاهای دستی مکرر است که نمی‌تواند الزامات بهره‌برداری بادی تصفیه‌شده را برآورده کند. بهبود کیفیت جامع را می توان از طریق مدیریت استاندارد پرسنل، فرآیندهای عملیاتی بهینه، کنترل ابزار دقیق و مکانیسم های کامل پیش بازرسی به دست آورد. با بهبود مستمر حرفه ای بودن اپراتور، ارتقای فرآیندهای تعمیر و نگهداری و رواج تجهیزات تست هوشمند، نگهداری پیچ و مهره های با استحکام بالا به تدریج مدیریت مبتنی بر شرایط، دقیق و قابل کنترل را محقق می کند، به طور موثر خطرات خرابی پیچ ها را کاهش می دهد و عملکرد طولانی مدت ایمن و پایدار توربین های بادی را تضمین می کند.