风电行业高强螺栓的润滑问题分析

　　1 引言
　　近几年我国的风电行业发展迅猛，风电机组的质量安全也越来越受到重视。螺栓，作为风电机组的主要连接方式之一，应用在轮毂、齿轮箱、叶片连接、塔筒连接等诸多关键部位，螺栓的安全关系到整个风电机组的安全可靠运行。螺栓质量、装配方法、拧紧工具、操作者都会影响到最终螺纹的连接质量，本文分析的螺栓润滑问题也是影响风电螺栓装配的关键因素之一，希望借此使螺栓的研究得到更多的重视。
　　2 高强螺栓润滑的必要性
　　润滑剂是在螺栓装配中应用到螺纹或其他接触面的化学品。润滑剂不仅仅在螺栓安装过程中起到润滑作用，在螺栓的装配、使用和拆卸过程中都起了很重要的作用。
　　首先，在装配过程中，润滑剂使装配更加顺畅并且减小了扭矩系数的分散性，使螺栓应力分布更加均匀。目前风电螺栓的上紧大多使用扭矩法控制，使用高强度螺栓就是为了得到更高更稳定的预紧力。预紧力是通过对螺栓端头施加的扭矩转化的。研究发现，并不是100% 的扭矩都能转化成最终螺栓的预紧力，其中45%–50% 消耗在克服螺栓断头与支撑面之间的摩擦力，35%–40% 消耗在克服螺纹间的摩擦力，只有10%–20% 转化为夹紧力，即我们需要的力。螺栓总预紧扭矩T 与预紧力D 有如下的关系：T=K·D·F
　　其中D 为螺栓公称直径，K 为扭矩系数。
　　随着螺纹表面摩擦条件的不同，转化的预紧力也不相同。螺栓润滑条件越好，同一预紧扭矩下转化的预紧力就越大，即扭矩系数K 越小。我们在上紧过程中需要的是稳定适中的夹紧力，即需要一个稳定的扭矩系数K。在预紧扭矩T 相同的条件下，K 值过大，则转化的预紧力太小，达不到设计的预紧要求；K 值过小，加之扭矩扳手有一定的误差，则容易导致预紧力过载，螺纹连接副失效；K 值不稳定，则转化的预紧力不一致，容易造成受力面如法兰盘变形。使用螺栓润滑剂能够使螺栓扭矩系数的稳定性和一致性大大提高，有效避免这些风险。
　　其次，在螺栓装配和拆卸过程中，润滑剂有效地防止了金属间的咬合。合适的润滑剂不仅能够起到装配顺畅的作用，还能够防止装配或拆卸时螺栓发生咬死。由于加工精度的关系，两个金属面之间，包括螺纹面之间，不可能100% 接触。即使加工再精密，光洁度和平面度很高，最多有25%–35% 的高点接触。特别是螺纹表面，由于螺纹升角的存在，只有大约15%–20% 接触。当对螺栓施加一个高载荷扭矩时，两个螺纹面之间的高点接触，发生弹性形变，直到可以承载扭矩所转化的压力。如果是没有润滑的表面，表面就容易发生擦伤。在特定的载荷或温度下，金属间就有可能咬合，致使在装配或拆卸过程中发生卡咬。为了防止这种现象导致螺栓失效，需要将两个接触面隔开。好的润滑剂会填充接触点之间的空隙，减少金属与金属间的接触，预防磨损或卡咬。
　　最后，在螺栓服役过程中，需要润滑剂对螺栓提供防腐防锈蚀保护。风电机组服役环境恶劣，特别是近海及海上风电场对腐蚀保护的要求比较高。虽然达克罗涂覆的高强度螺栓本身防腐防锈性能非常优秀，但达克罗涂层比较脆弱，在运输和施工过程中无法避免磕碰现象，使用润滑剂能够起到极好的辅助防腐效果。此外，高强度螺栓预紧扭矩比较大，螺纹面间的摩擦力大，达克罗涂层无法抵抗较大的摩擦力，在上紧过程中涂层多被破坏，润滑剂能够起到减少涂层间摩擦，保护涂层的作用。
　　3 高强螺栓润滑剂的组成和选择