在役風電高強螺栓的超聲檢測解決方案

1.行業背景

高強螺栓作為風力發電機組中關鍵部件，其連接質量是否可靠將直接影響風機運行的安全性。近幾年因螺栓斷裂導致的葉片掉落、倒塔等事情時有發生。采用相控陣超聲檢測為主，輔以螺栓軸力檢測和軸力在線監測系統的方案，能夠對風電螺栓的質量做評估，及時發現和更換缺陷螺栓避免造成嚴重后果。

2.檢測解決方案

    2.1螺栓相控陣超聲檢測

2.1.1 螺栓檢測的問題與難點

對于螺栓檢測，傳統無損檢測方法通常使用磁粉檢測或常規超聲檢測，但對在役螺栓檢測均存在一定局限性。和傳統檢測方法相比，超聲相控陣方法檢測螺栓優勢明顯：

 

 

2.1.2 檢測設備

1) 主機：OLYMPUS相控陣檢測儀omniscan SX/MX2   

2) 探頭：OLYMPUS相控陣探頭2L16A24/4L16A24

           

 

使用相控陣設備SX/MX2搭配A24相控陣探頭進行檢測，檢測范圍覆蓋整個螺栓的螺桿及螺紋處，能夠檢測出螺栓的裂紋及其他缺陷。

2.1.3 螺栓相控陣檢測配置及效果：

我們對有圖所示螺栓工件進行檢測，使用扇掃描的檢測結果如下，能夠檢測螺栓螺紋中的缺陷。

     

  

2.1.4 螺栓相控陣檢測方法

  此次檢測用相控陣縱波檢測方法，將探頭放置螺栓端面發射扇形波束從而對整個螺栓進行檢測。相控陣扇掃能夠區分螺紋信號與螺紋間的裂紋信號，在S掃描圖像上能夠清晰的顯示，并記錄缺陷的位置和深度。及時發現危害性缺陷，如螺紋間裂紋。

 

 

 

 

 

自制螺栓對比試塊，試塊螺栓面上在深度100mm，160mm，和240mm處刻了深1mm槽，檢測缺陷清晰，如圖所示。

        

 

 

 

 

2.1.5 現場檢測情況

在役螺栓的斷裂情況，無需拆卸螺栓即可實現檢測。在某風場對塔筒螺栓，葉片螺栓，主軸螺栓等進行相控陣超聲檢測。

  

  塔筒螺栓檢測                                           葉片螺栓檢測                                                        主軸螺栓檢測

 

2.2 螺栓軸力檢測及軸力在線監測

 

在役使用中螺栓疲勞斷裂過程與螺栓安裝時的預緊力（軸力）不均勻關系密切。利用超聲螺栓軸力檢測儀，加強螺栓軸力日常巡檢非常必要，能夠早期發現軸力異常，螺栓松動等。

螺栓軸力在線監測系統能實時獲取螺栓軸力狀態，長期跟進和記錄螺栓軸力變化，螺栓松動后及時預警。監測系統采集傳輸和保存螺栓歷史數據，從螺栓的軸力、變形、裂紋等方面提供螺栓的安全監測，極大提高風機運行可靠性和安全性。

 

 

 

螺栓軸力現場檢測                                                   螺栓軸力在線監測

 

 

3. 總結

  

針對在役風電高強螺栓的質量監測方法，建議以相控陣超聲現場檢測為主，及早發現螺栓變形，裂紋，斷裂等缺陷；對螺栓松動及短、長期螺栓預緊狀態采用螺栓軸力檢測巡檢和建立在線監測系統相結合，能很好的解決在役高強螺栓的質量監控和評估，防患于未然。