【科普】风电高强度螺栓安装工艺
高强度螺栓在风电机组中主要用于连接塔筒、机舱、叶片等关键部件，其安装质量直接影响机组的运行寿命和安全性。
图1 风电机组螺栓情况
高强度螺栓安装过程大致分为以下几个过程:
图2 风电高强度螺栓安装流程
01
安装高强度垫圈
在一些风电螺栓设计规范中有明确提到关于高强度垫圈的使用，其中提到螺栓与零件上的螺纹孔连接时，螺栓与被连接零件之间必须安装高强度垫圈。螺栓与螺母连接时，螺栓、螺母与被连接零件之间均必须使用高强度垫圈。
通常垫圈可以起到一下几项作用：分散载荷、保护接触面、防松与维持预紧力、调整摩擦系数、补偿不平整表面、防腐蚀与绝缘。
图3 高强度垫圈
02
螺栓涂抹润滑剂
风电机组高强度紧固件在安装之前通常需要涂抹润滑剂，在很多设计图纸或安装规范中规定，润滑剂的使用是强制性的，尤其是在扭矩法安装时。
润滑剂的涂抹有以下几方面的作用：
减少摩擦：润滑剂可降低螺纹和接触面的摩擦系数，确保预紧力准确施加。
防止咬死：在高温或高载荷条件下，润滑剂可防止螺栓与螺母咬死，便于拆卸。
防腐保护：部分润滑剂具有防腐功能，可延长螺栓使用寿命。
均匀预紧力：润滑剂有助于均匀分布预紧力，避免局部应力集中。
目前通用的润滑剂有：二硫化钼润滑剂、石墨润滑剂、锌基润滑剂、钼基润滑剂、聚四氟乙烯（PTFE）润滑剂、复合润滑剂。
03
螺栓拧紧
风电高强度螺栓安装有很多拧紧方法，有传统的拧紧方法和一些新型的拧紧方法和技术。
传统拧紧方法
扭矩法：这是最通用的拧紧方法，使用扭力扳手（如手动力矩扳手、手动扭力倍增器、液压扭力扳手、电动扭矩扳手等）来拧紧螺栓。
拉伸法：先通过外力使螺栓达到规定的伸长量，然后拧紧螺母，待除去外力之后，即可得到连接螺栓所需的预紧力。
新型拧紧方法和技术
液压拉伸器机器人智能螺栓紧固系统：已大量应用于风电轮毂变桨轴承等的螺栓紧固。该系统采用机器人配合液压拉伸器，可实现快速换手和自动化作业，大大提高了生产效率，降低了人工干预。
液压扳手机器人智能螺栓紧固系统：可满足风电轮毂和风电底座的螺栓装配精度和工艺数据提取分析，提升生产效率40%以上。
超声波法测量螺栓预紧力：通过对螺栓拧紧工艺的研究，运用超声波法测量螺栓预紧力，以优化拧紧工艺，提高装配效率。
拧紧步骤：分步多次拧紧
风电机组厂家通常都会给出整机产品高强度紧固件终拧力矩值，根据不同安装部位、不同螺栓规格给出准确的终拧力矩值以及检验力矩范围。
高强度紧固件拧紧工艺通常为多次分步拧紧。
例：某风机厂家高强度紧固件分步拧紧要求
图4 分步拧紧要求
风电机组上的高强度紧固件通常为为环形分布，高强度紧固件的拧紧顺序至关重要，直接影响连接的均匀性和结构的稳定性：
分布载荷：正确的拧紧顺序可以确保连接面受力均匀，避免局部应力集中。
防止变形：错误的拧紧顺序可能导致法兰或连接件变形，影响密封性和结构强度。
确保预紧力：按顺序拧紧可以确保所有螺栓达到设计预紧力，避免个别螺栓过紧或过松。
风电高强度紧固件通常要求采用十字旋转拧紧顺序规则：
图5 十字旋转拧紧顺序
螺栓拧紧标记
在风电高强度螺栓安装过程中，通常需要对螺栓进行标记，以确保安装质量和后续维护的准确性。标记的主要目的是记录螺栓的安装状态、扭矩值、检查日期等信息，便于跟踪和管理。
标记方法
1.油漆标记：
-使用不同颜色的油漆在螺栓头部或螺母上标记，表示不同的安装状态或扭矩值。
-常见颜色：绿色表示已按标准扭矩拧紧，黄色表示需要复查，红色表示存在问题。
2.划线标记：
-在螺栓头部和螺母上划线，根据拧紧步骤的操作，做出不同划线标识，以防拧紧步骤错乱。
-在螺栓头部和螺母上划线，检查螺栓是否松动。如果划线错位，表明螺栓可能松动。
3.标签标记：
-使用耐候性标签，记录安装日期、扭矩值、检查人员等信息，贴在螺栓或附近结构上。
4.电子标记：
-使用RFID标签或二维码，记录螺栓的安装和维护信息，便于数字化管理。
5.刻字标记：
-在螺栓头部刻字，记录安装日期、批次号等信息，适合长期使用。
通过这些标记方法，可以有效管理风电高强度螺栓的安装和维护，确保风电机组的安全运行。
05
拧紧力矩检验
风电高强度螺栓的力矩检验是安装工艺中不可省略的强制步骤，一般设计规范中会明确规定标准的检验流程。
例：某力矩检验方法
力矩检验：扭矩法拧紧的螺栓，欠拧检查按比例抽检，用100%力矩进行检查，螺栓转动角度在5°以内则合格；超拧检查抽取不转动的螺栓，用105%的力矩进行检查，转动在10°内则合格。
拉伸法拧紧的检验：使用95%预紧力进行拉伸，无法转动则合格，若松动则重新拉伸。
定期检查：只做欠拧检查，按位置重要度比例抽检，用100%力矩进行检查，转动在10°以内则合格。
04
螺栓防腐
风电高强度紧固件在基本安装工艺结束后还要进行的一个操作就是防腐，由于风电螺栓通常处于 恶劣的环境条件下（如高湿度、盐雾、温差大等），防腐性能直接影响螺栓的使用寿命和连接可靠性。
风电高强度紧固件的防腐现状主要依赖于表面涂层（如镀锌、达克罗、环氧涂层）等技术，以应对高湿度、盐雾等恶劣环境。
常见的操作是在力矩及拉伸力检测完毕后,用冷喷锌喷涂螺栓表面(锚栓除外),干固后再重新画防松标识线。
基础锚栓防腐一般会在外露面涂抹薄薄的一层防锈油，塔筒外锚栓上安装保护套。
尽管现有技术已能提供较好的防腐性能，但在海上风电等极端条件下仍面临涂层损伤、成本高和维护难度大等问题。未来发展趋势包括开发高性能涂层、复合材料以及智能化监测技术，以进一步提升防腐效果和降低成本。
结语
风电机组厂家针对高强度螺栓的安装，通常都有详细的操作指导手册，各个厂家会根据自己的设计规范提出不同的拧紧方法（比如：扭矩法、拉伸法）以及详细的拧紧步骤规定。
尽管工艺已较为成熟，但在复杂环境和高精度要求下，仍需进一步优化操作规范和技术手段。
