风电塔筒高强度螺栓联接的受力分析及腐蚀实验研究

摘要

近年来，能源问题日益成为人类面临的最严峻的问题之一。风力发电技术日趋成熟，是一种具有大规模发展潜力的可再生能源，在远期有可能成为世界上重要的替代能源。然而由于风力发电的场地条件十分恶劣，所以对风机运行的安全性，特别是风电塔架的塔筒之间联接的可靠性的研究是很有必要的。风机塔筒之间一般是由高强度螺栓连接的，所以必须对高强度螺栓的可靠性进行研究。本文对塔筒连接的高强度螺栓扭矩系数的影响因素、螺栓的受力及应力状态下的腐蚀进行了研究分析。
　　 从分析结果可以发现，螺栓的扭矩系数与螺纹的中径、螺母的支承面的大小、螺纹升角、连接件的表面质量，还有螺旋副的表面质量等因素有关。其中最主要的是螺旋副的表面质量。在实验研究中可以看出，润滑剂的使用对扭矩系数的很大的影响。使用润滑剂能够使扭矩系数减小，并且可以得到更为准确的预紧力，但会影响螺栓的应力松弛。
　　 利用ANSYS对高强度螺栓受力进行有限元分析，发现在螺栓头和螺栓的连接处及螺母与螺栓的连接处，出现了应力集中。这两个地方是螺栓的危险截面。对法兰连接受力进行分析，连接法兰四周的螺栓受的最大应力各有不同，是从大到小（或从小到大）排列。并对整个塔及受力最大处的螺栓进行受力分析。分析结果对螺栓连接的现场施工有一定的指导意义。
　　 对不同情况下的高强度螺栓进行应力腐蚀研究，并进行了中性盐雾实验研究，发现受应力作用的螺栓腐蚀出现的时间较没有受力的螺栓早。经过50h的中性盐雾实验之后，受应力作用的螺栓的镀锌层已经完全腐蚀，而没受力的螺栓的镀锌层还没有被完全腐蚀。可见应力的存在会加速螺栓的腐蚀，所以在工程应用中对螺栓连接的表面防护要充分考虑预紧力的影响。
　　 研究结果对高强度螺栓的制造和工程应用有一定的理论指导意义。