CN202768603U - 风电机塔筒连接螺栓锁紧片 - Google Patents

Abstract

本实用新型技术就是利用锁片来防止塔筒螺栓的松动。每付锁片由上下两片构成，锁片的厚度在1.5～2mm左右，每付锁片穿两个螺栓，可以对两个螺栓进行锁固作用。下锁片在螺栓孔处会形成U形槽结构，螺栓头的两个平面正好卡在U形槽中，起到防止螺栓头转动的作用。上锁片在螺母拧紧之前是平的，当螺母按预紧扭矩值拧紧之后，将把锁片外侧靠近六方的边翘起来，紧贴在六角螺母的平面上，这个锁片的边对六角螺母的转动起到了锁紧的作用。这种锁片可以保证塔筒螺栓永远不会松动，可以节省检查紧固的工时费用6万左右，最重要的意义在于可以避免风电机倒塌的恶性事故，避免重大损失的发生。所以，这种锁片具有很好的使用价值和推广价值。

Description

风电机塔筒连接螺栓锁紧片

所属技术领域：

本实用新型是一种用于风电机塔筒螺栓锁紧的技术，是一种双螺栓止动垫片，可以有效防止塔筒连接螺栓的松动。 

背景技术：

风电产业是我国重点发展的新能源产业，近几年得到了飞速发展。不同统计口径的统计数据对比显示，2011年中国风电累计装机容量达到了6236万千瓦，我国无论从装机容量、发展规模还是风机制造能力上看，都已成为名副其实的世界风电大国。但随着风电产业爆发式发展，质量问题也逐渐暴露出来，叶片问题、变速箱问题、轴承问题、控制系统问题，层出不穷，维护费用高昂。特别是不断出现的风电机倒塌事件，对风电产业造成的损失是巨大的，这种恶性事故也对风电产业的发展造成了负面影响。 

从风电机倒塌事故公布的调查资料显示了一些信息，风电机的倒塌首先是从塔筒的连接法兰处断裂的，风电机塔筒一般由三、四节连接而成，接头端焊接法兰，发兰盘上使用125付高强度10.9级规格M56直径螺栓，125付螺栓形成的整体拉力是26900吨。螺栓在安装时预紧力和预紧扭矩值大于(摩擦系数μ≥0.15)为最低紧固扭矩值，高强度螺栓靠自身收缩弹性强大的拉力，使螺栓螺母紧贴法兰的表面，产生强大的摩擦力保证螺栓不会松动。塔筒的高度在60米以上。 

我们以风电机倒塌的一起典型事故来说明这个问题，事故报告的内容显示，在现场有1/3以上的螺栓被拉断，有的剩螺杆，有的是螺帽和螺杆；有的螺栓还连接在法兰上，但用手都可以拧动；塔筒连接处有2/3的法兰从塔筒上撕裂下来。事故报告认为螺栓的松动是造成风电机倒塌的主要因素，所以我们应该采取措施解决风电机塔筒螺栓的松动问题。下面进行塔筒受力的分析和螺栓松动的因素分析。 

风电机塔筒受力非常复杂，从力学原理来讲塔筒是一种单边固定受力的方式，头重脚轻，在风电机的头部受到很大的风载，塔筒在风力的作用下会出现前后摇摆的情况，塔筒螺栓的受力也在变化。比如，在塔筒向后弯曲的情况下，塔筒前面受到拉应力，螺栓处于拉伸状态，螺栓被拉长；塔筒后面受到压应力，塔筒的连接法兰将受到压应力的作用，法兰就会产生轻微的压缩，螺栓的紧度就会被放松，在这种交变负荷的作用下，还有塔筒产生的振动，这些 因素都很容易让螺栓产生松动。当有一个螺栓出现松动以后，就会有第二个、第三个，……不断的出现松动就会使塔筒法兰连接螺栓的受力发生变化，会越来越不均匀，法兰连接的紧密程度遭到破坏，塔筒摇摆和振动的情况会更加严重，会进一步加快螺栓的松动；当松动螺栓达到一定数量时，没有松动螺栓的受力会进一步加大，并且由于螺栓松紧的程度不一样，每个螺栓受力的大小也不一样。当遇到大风时，紧的螺栓受力大会先被拉断，逐步扩大到其它的螺栓。从事故的图片我们也能分析到这种情况，风电机的倒塌是从塔筒的第一节和第二节的连接处断裂，这个位置受扭矩最大，在风电机的迎风方向塔筒螺栓受到强大拉力的作用，有1/3的螺栓被全部拉断，这部分法兰还连接在第二节塔筒上。由于有1/3的螺栓被拉断，螺栓被拉断必然会造成塔筒的倾斜，塔筒法兰已经承受不了倒塌的弯曲力矩，法兰的截面积比较小，与2/3的法兰连接螺栓相比强度很弱，法兰肯定会首先被拉断，并从塔筒上撕裂下来，整个风电机带塔筒就倒塌下来。 

从以上事故的报告内容我们得到的结论是螺栓的松动造成了风电机的倒塌事故，风电机塔筒虽然是静止状态，但由于头部受力非常巨大，塔筒的高度很高，塔筒受到的力矩非常巨大，会产生摆动和振动，塔筒的法兰和连接螺栓都受到拉应力和压应力的交变负荷，螺栓受到拉应力时长度会产生轻微的拉伸，法兰受到压应力时螺栓的紧度会变小，再加上塔筒的振动，螺栓就容易产生松动。螺栓的松动造成螺栓受力不均，造成螺栓被拉断，造成风电机倒塌。给我们的教训就是不能用平常静止状态的连接方式来处理风大机塔筒的连接问题。 

现在为了防止风电机塔筒螺栓的松动采用定期抽检的方式来保证塔筒螺栓的紧固，但是每个塔筒有五百个螺栓左右，如果一个风电场有一百台风电机，那么一个风电场塔筒螺栓的数量将达到五万个，靠几个人检查它的松紧程度是不可想象的，也是不能保证万无一失的。由于这种定期抽查存在概率问题，有可能松的螺栓并没有被抽到；也存在很多不确定的因素，比如人的工作状况等。而且经常对螺栓进行检查和紧固也会消耗大量的工时，每个塔筒每年两个人对塔筒螺栓进行紧固检查的工时费用大概要3千元左右，20年的寿命其费用将达到6万元左右，这也是一个不小的费用，而且这种方式也不能保证连接螺栓的紧固做到万无一失。如果发生风电机倒塌恶性事故，造成的损失将达到千万元以上。所以，我们采取防止螺栓松动的措施是非常必要的。 

现有防止螺栓松动的常用方式有两种：一种是采用开口销子止动的方式，在螺母的上部开有若干个对称的小槽，在螺栓杆部的适当位置打一个小孔，可以让开口销子穿过；当螺母 拧紧后，转动螺母在适当的位置，保证螺母的小槽和螺栓杆部的小孔完全对正，用开口销子从一端穿过螺母的小槽和螺栓杆的小孔，在开口销子的另一端把开口销子杆部分开，起到防止开口销子脱落的作用。开口销子在螺母和螺栓杆之间就起到了销子的作用，可以防止螺母的转动，起到防止螺母松动的作用。这种方式会增加螺母和螺杆的加工工序，增加螺母和螺栓的加工成本。 

第二种是采用止动垫片止动的方式，止动垫片分为单耳止动垫片和双耳止动垫片两种，图4为单耳止动垫片的主视图和侧面剖视图，图5为双耳止动垫片的主视图和侧面剖视图，从图中可以看出止动垫片有一个较长的耳部结构，在安装垫片时要把这个耳部放在固定件的边缘，突出固定件边缘的耳部将被向下弯曲，贴紧在固定件的边缘，起到防止垫片转动的作用。止动垫片安装在螺母和被固定件之间，当螺母拧紧后，单耳止动垫片就把垫片多余的边撬起来，紧贴在螺母的六方上，可以防止螺母的转动；双耳止动垫片就是把垫片的另一个耳部撬起来，紧贴在螺母的六方上，起到防止螺母转动的作用。 

以上两种常用的螺母止动方式应用在风电机塔筒连接螺栓上是不经济和不适用的。采用开口销子止动方式的缺点是会大幅增加螺栓的成本，由于风电机塔筒使用螺栓量大，螺栓采用直径56mm的大螺栓，首先会大幅增加螺母的材料用量，另外螺母的加工工艺比较复杂，制造精度高，因此会大幅增加塔筒螺栓的成本。采用止动垫片的方式虽然成本低，但现有的单耳和双耳止动垫片不适于风电机塔筒使用，风电机塔筒是内法兰，在塔筒的内部，法兰的宽度较窄，安装螺栓的位置距离塔壁比较小，塔筒连接螺栓数量又多，间距又小；止动垫片的耳部放置在朝塔壁的方向起不到防止垫片转动的作用，止动垫片的耳部必须放在法兰的内边缘，将耳部弯曲卡在法兰的内侧，这样才能起到防止垫片转动的作用；但这样安装会影响垫片另一侧的翻起，因为另一侧距离塔壁很近，螺栓的间距又很小，很难用工具对垫片进行翻边操作，所以现有的止动垫片是不适合风电机塔筒螺栓使用的。我们必须开发出新型的风电机塔筒螺栓专用的止动垫片。 

发明内容：

本实用新型技术就是采用新型锁片来防止塔筒螺栓的松动。要对螺栓起到锁紧作用，首先要防止锁紧片的转动，由于塔筒螺栓的间距比较近，我们可以采用两个螺栓安装一个锁紧片的方式，这种锁片的形状就相当于两个相互连接的垫片，两个螺栓就是固定点，两个点固定就防止了垫片的转动。每个锁片上有两个螺栓孔，像两个连接的垫片，外形要比垫片大一 些，厚度与垫片相差不多，厚度在1.5～2mm左右。 

每付锁片由上下两片构成，每付锁片穿两个螺栓，可以对两个螺栓进行锁固作用。下锁片是装在螺栓头和法兰之间，下锁片在螺栓孔的两侧进行对称垂直弯曲，两侧会形成U形结构，六角头螺栓穿过垫片后，螺栓头的两个边正好卡在U形槽中，起到防止螺栓头转动的作用。而且这种结构还可以提高安装螺栓的工作效率，由于省掉了用扳手对螺栓头的固定，上螺栓变得更加快捷，也更容易拧紧螺栓，所以可以大幅提高安装螺栓的工作效率，减少安装成本。 

安装锁片时两个螺栓先穿下锁片，从下往上穿过两个法兰孔，然后是穿上锁片，在上锁片上是螺母，上锁片在螺母拧紧之前是平的。当螺母按预紧扭矩值拧紧之后，我们选靠近外侧的六角螺母的一个面，我们将把对着这个面的锁片向上弯曲；用錾子的刃口对准垫片与法兰的接触面，用榔头敲击錾子，錾子的楔力会把垫片的边翘起来，我们可以把这个边敲垂直，形成紧贴在六角螺母外侧的直角边，这个锁片的边对六角螺母的转动起到了限制作用，这样就对螺母起到了锁紧的作用。如果需要对螺栓进行拆卸，只要把锁片的边敲平，就可以把螺母拧动，就可以把螺栓拆下来，使用很方便。 

这种锁片的结构简单，安装方便，还可以起到替代垫片的作用，所以相对成本只是比垫片稍高一些，从经济上来说是可行的，在安装上更方便了螺栓的拧紧，可以节约安装工时费用。这种锁片可以保证塔筒螺栓永远不会松动，可以达到一劳永逸的效果，可以节省大约6万元左右的维护检查工时费用，具有非常好的应用价值和经济效益，最重要的意义在于可以避免风电机倒塌的恶性事故，避免重大损失的发生。所以，这种锁片具有很好的使用价值和推广价值。 

这种双螺栓锁片可以应用在螺栓间距小的固定件上，安装方便，可以对螺栓起到很好的止动作用，是一种经济可靠的螺栓锁紧方式，应用范围广泛。 

下面是采用新型双螺栓锁片来防止塔筒螺栓松动的具体实施方式，我们将结合附图进一步说明它的结构和原理。这种新型锁片每付锁片锁紧两个螺栓，下面是两个螺栓连接塔筒法兰的局部结构图。 

附图说明：

图1是本实用新型风电机塔筒连接螺栓锁紧片的半剖视图。 

图2是本实用新型风电机塔筒连接螺栓锁紧片的俯视图。 

图3是本实用新型风电机塔筒连接螺栓锁紧片的侧面剖视图。 

图4是单耳止动垫片的主视图和侧面剖视图。

图5是双耳止动垫片的主视图和侧面剖视图。

图中1、六角螺母，2、上锁片，3、法兰，4、下锁片，5、六角螺栓， 

具体实施方式：

从图1塔筒连接螺栓锁紧片的半剖视图可以明确表示出锁片的连接结构，(2)和(4)是上锁片和下锁片，每付锁片连接了两个螺栓，两个螺栓首先就限制了锁片的转动，我们再通过锁片限制螺母和螺栓头的转动。 

(2)是上锁片，锁片的安装位置我们可以明确的从图1中看到，上锁片(2)安装在螺母(1)和法兰(3)之间；下锁片(4)安装在螺栓头(5)和法兰(3)之间。 

图2是锁片的俯视图，从图2我们可以明确看到锁片的形状，锁片的两端相当于两个大垫片，中间有连接片连接。图2俯视图可以看到螺母的锁紧状态，我们看到两个六角螺母下面的锁片的边被翻起，翻起的垫片边垂直紧贴在六角螺母的一个边上，这个翻起的锁片边限制了六角螺母的转动；而这个边在没有锁紧之前是平的，这个结构的优点就是可以在任意位置锁紧螺母，螺母拧紧在什么位置，锁片就可以在对应的位置翻起，这样就可以在任意位置限制螺母的转动，起到螺母锁紧的作用。 

图3是塔筒连接螺栓锁紧片的侧面剖视图，从图3可以看到下锁片的结构特点，下锁片(4)安装在螺栓头(5)和法兰(3)之间，下锁片的两个边在螺栓头的两侧向下弯曲，形成U形结构，锁片的U形结构卡在六角螺栓头的两侧，对螺栓头的转动起到限制作用。 

Claims (1)

1.本实用新型风电机塔筒连接螺栓锁紧片是一种双螺栓锁紧片，现有螺栓为单螺栓锁紧片，双螺栓锁紧片的特征是每付锁片由上锁片和下锁片构成，锁片的厚度在1.5～2mm左右，每付锁片有两个孔，穿两个螺栓，下锁片安装在螺栓头和被紧固件之间，下锁片限制六角螺栓头的转动；上锁片安装在螺母和被紧固件之间，上锁片锁定螺母；螺栓锁紧片可以对两个螺栓进行锁固作用；下锁片在螺栓孔对称的两侧弯曲成U形槽结构，六角螺栓头的两个边正好卡在U形槽中，起到防止螺栓头转动的作用，上锁片在螺母拧紧之前是平的，当螺母按预紧扭矩值拧紧之后，我们选靠近外侧的六角螺母的一个面，我们将把对着这个面的锁片向上弯曲，形成紧贴在六角螺母外侧的直角边，这个锁片的边对六角螺母的转动起到了锁紧的作用。 

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