Análise de manutenção de parafusos de alta resistência para turbinas eólicas

Parafusos de alta resistência são componentes de conexão de núcleo amplamente utilizados em turbinas eólicas sob condições de carga complexas. Com o rápido desenvolvimento da indústria de energia eólica, a ampliação contínua das unidades de turbinas eólicas e a extensão da vida útil aumentaram os requisitos para a segurança operacional e a confiabilidade da manutenção de parafusos de alta resistência. O modo tradicional de manutenção preventiva atualmente adotado para parafusos de alta resistência em turbinas eólicas tem limitações óbvias e não consegue mais se adaptar totalmente às condições complexas de operação no local. Portanto, é essencial resumir os defeitos existentes nos trabalhos de manutenção, otimizar e atualizar os processos de manutenção orientados para o campo e promover a transição da manutenção preventiva periódica para a manutenção baseada nas condições, de modo a garantir o funcionamento seguro e estável das turbinas eólicas.

A energia eólica é um dos setores de crescimento mais rápido na nova indústria energética. Turbinas eólicas conectadas à rede servem como o principal equipamento para geração de energia eólica. Com o comissionamento contínuo de novas unidades e o envelhecimento das unidades existentes, o controle de qualidade da manutenção dos equipamentos tornou-se um foco principal da operação e manutenção da energia eólica. Com base nas condições reais de operação das turbinas eólicas em serviço, este artigo resume sistematicamente os problemas comuns emparafuso de alta resistênciamanutenção, analisa os princípios mecânicos de aperto de parafusos e propõe medidas de controle de qualidade de processo completo, fornecendo uma referência para manutenção refinada e baseada em condições de parafusos de alta resistência em turbinas eólicas.

 

1 Situação Atual e Problemas de Manutenção Preventiva para Parafusos de Alta Resistência

1.1 Graus de resistência e posições de instalação de parafusos de alta resistência

Três graus típicos de resistência de parafusos de alta resistência são aplicados em turbinas eólicas: Grau 8.8, Grau 10.9 e Grau 12.9. Diferentes classes são combinadas de acordo com as características de carga, vibração e tensão de diferentes posições estruturais. Parafusos grau 8.8 são geralmente usados ​​para conexões entre geradores e encoders, bem como entre anéis coletores e caixas de engrenagens de unidades controladas por passo. Os parafusos de grau 10.9 são amplamente adotados para conexões de suporte de carga críticas, incluindo juntas de cubo de lâmina, juntas de eixo principal de cubo e conexões de segmento de torre. Os parafusos grau 12.9 são aplicados para conexões de serviço pesado, como juntas entre o eixo principal e anéis de compressão.

1.2 Principais Deficiências na Manutenção Preventiva Atual

1.2.1 Ciclos fixos de manutenção que levam a riscos de manutenção excessiva e insuficiente

Atualmente, a inspeção e calibração de parafusos de alta resistência seguem rigorosamente ciclos fixos de manutenção periódica, sem gerenciamento diferenciado baseado na vida útil, carga real e frequência de vibração. Isto geralmente resulta em manutenção excessiva ou insuficiente, ambas representando riscos potenciais à segurança. O aperto excessivo e repetido causa fadiga cíclica do metal, acelera o envelhecimento do material e pode levar à deformação plástica, rachaduras ou até mesmo fratura do parafuso. A manutenção inadequada reduz a força de atrito das conexões dos parafusos e enfraquece a pré-carga, causando o afrouxamento dos parafusos e a falha da conexão, o que afeta negativamente a estabilidade da unidade.

1.2.2 Uso fora do padrão de ferramentas de manutenção e especificações operacionais incompletas

Os regulamentos de manutenção existentes não definem claramente os cenários e métodos de operação aplicáveis ​​para diferentes ferramentas correspondentes a parafusos de diferentes graus e posições de instalação, incluindo chaves dinamométricas manuais, multiplicadores de torque e chaves dinamométricas hidráulicas. Isto leva a operações de campo desordenadas e inconsistentes. Além disso, algumas chaves dinamométricas não são calibradas antes do uso e ocasionalmente são adotadas ferramentas não qualificadas ou vencidas, resultando em valores de torque imprecisos, processos fora do padrão e qualidade de manutenção incontrolável.

1.2.3 Operações Humanas Irregulares que Causam Riscos de Qualidade Manual

A qualidade da calibração deparafusos de alta resistência é diretamente determinado pela responsabilidade, qualificação profissional e padronização operacional do pessoal de manutenção. No trabalho de campo real, ocorreram comportamentos irregulares, como redução arbitrária do torque de calibração e simplificação dos procedimentos de aperto, resultando em pré-carga insuficiente e qualidade de manutenção abaixo do padrão. A operação de longo prazo sob tais condições causa facilmente o afrouxamento e a falha das conexões dos parafusos, colocando seriamente em risco a segurança da unidade.

2 Princípios Básicos de Aperto de Parafusos de Alta Resistência

2.1 Variação de tensão durante o aperto do parafuso

Durante o aperto, o parafuso é submetido a tensão enquanto os componentes conectados suportam compressão. O estado de tensão muda dinamicamente com o ângulo de aperto e pode ser dividido em quatro estágios:

Estágio inicial de aperto: O parafuso não está totalmente preso à superfície conectada, resultando em força de compressão zero. Existe apenas um pequeno atrito na rosca e o torque de aperto permanece baixo.

Estágio de aperto efetivo: Após o parafuso entrar em contato total com a superfície conectada, o aperto formal começa. Tanto a força de compressão quanto o torque de aperto aumentam rapidamente com o aumento do ângulo de rotação.

Estágio de deformação plástica: Quando a tensão do parafuso atinge o limite de escoamento, ocorre deformação plástica. O ângulo de rotação continua a aumentar, enquanto a força de compressão e o torque crescem lentamente e tendem a se estabilizar.

Estágio de falha por sobrecarga: O aperto excessivo contínuo causa tensão excessiva, levando a uma rápida queda na força de compressão e no torque e, eventualmente, resultando na fratura por tração do parafuso.

2.2 Influência do Coeficiente de Fricção na Força de Compressão do Parafuso

Não existe uma correspondência fixa entre o torque de aperto e a pré-carga. O coeficiente de atrito afeta muito a força de compressão final. Sob o mesmo torque de aperto, diferenças no atrito nas superfícies de contato da rosca e nas superfícies de apoio do parafuso podem levar a desvios significativos na pré-carga. Corrosão da rosca, contaminação de óleo, impurezas, lubrificação irregular e danos ao revestimento alterarão o estado de atrito, causando desvio de pré-carga e falha de conexão, que são as principais causas de afrouxamento de parafusos e tensão irregular na operação em campo.

3 medidas de controle de qualidade para manutenção de parafusos de alta resistência

3.1 Principais Fatores que Influenciam a Qualidade da Manutenção

A qualidade da manutenção dos parafusos pode ser analisada através de um modelo de pirâmide hierárquica. Em ordem decrescente de importância, os principais fatores de influência são pessoal, métodos de operação, ferramentas e equipamentos e propriedades dos materiais (incluindo parafusos e materiais de componentes conectados). Esses fatores interagem e determinam em conjunto o efeito de manutenção e a confiabilidade operacional a longo prazo das conexões aparafusadas.

3.2 Medidas de Controle de Qualidade do Processo Completo

3.2.1 Fortalecer o treinamento de pessoal e padronizar o comportamento operacional

Treinamento especializado em manutenção de parafusos de alta resistência deve ser realizado regularmente para melhorar a responsabilidade do pessoal e a competência profissional. O conteúdo do treinamento inclui princípios de tensão de parafusos, critérios de correspondência de classes, processos de aperto padronizados e métodos de identificação de falhas. Os operadores deverão ser capazes de identificar defeitos como corrosão, deformação, rachaduras e afrouxamentos, e deverão seguir rigorosamente os procedimentos padrão para evitar erros manuais e ajustes arbitrários de torque.

3.2.2 Implementar inspeção de qualidade pré-manutenção de parafusos

Inspeções visuais e de desempenho abrangentes devem ser realizadas antes da manutenção, abrangendo precisão dimensional, integridade do revestimento, condição da rosca e status de lubrificação. Defeitos incluindo corrosão, rebarbas, deformação e danos superficiais devem ser totalmente verificados. O estado de atrito das roscas deve ser avaliado de acordo com as condições operacionais para prever riscos potenciais de desvio de torque. Parafusos não qualificados estão proibidos de serem reutilizados para eliminar perigos ocultos na fonte.

3.2.3 Padronizar o gerenciamento de ferramentas e garantir a precisão da detecção

Um sistema regular de inspeção, calibração e manutenção deve ser estabelecido para ferramentas de manutenção. Testes de precisão dinâmica e estática devem ser realizados em chaves dinamométricas, multiplicadores de torque e chaves hidráulicas antes da operação. Ferramentas vencidas, imprecisas ou danificadas são proibidas. As ferramentas e métodos de aperto correspondentes devem ser selecionados de acordo com o grau de resistência do parafuso, posição de instalação e características de carga para realizar uma operação classificada e padronizada. As ferramentas devem ser limpas após o uso e os torquímetros manuais devem ser redefinidos para o valor de torque mínimo para manter a precisão da medição a longo prazo.

3.2.4 Unificar padrões técnicos e obter controle consistente de todo o processo

Unifique especificações técnicas, padrões de medição e critérios de calibração em todo o processoparafusoprocessos de inspeção, verificação de ferramentas e testes de torque para eliminar qualidade de operação inconsistente causada por diferentes operadores ou lotes. Estabeleça registros completos de manutenção, incluindo posição do parafuso, torque calibrado, informações do operador e dados de teste, obtendo rastreabilidade completa do processo e controle de qualidade de manutenção estável.

4 Conclusão

Como componentes críticos de conexão para suporte de carga, os parafusos de alta resistência determinam diretamente a segurança operacional e a estabilidade das turbinas eólicas. O modo tradicional de manutenção periódica apresenta deficiências como ciclos rígidos, ferramentas não padronizadas e erros manuais frequentes, que não conseguem atender aos requisitos da operação refinada da energia eólica. A melhoria abrangente da qualidade pode ser alcançada através de gestão de pessoal padronizada, processos operacionais otimizados, controle rigoroso de ferramentas e mecanismos completos de pré-inspeção. Com a melhoria contínua do profissionalismo do operador, a atualização dos processos de manutenção e a popularização de equipamentos de teste inteligentes, a manutenção de parafusos de alta resistência realizará gradualmente um gerenciamento baseado em condições, preciso e controlável, reduzindo efetivamente os riscos de falha dos parafusos e garantindo a operação segura e estável a longo prazo das turbinas eólicas.