风电机组零部件种类众多、数量庞大,涉及专业技术范围广阔,以某直驱型2MW风电机组为例,其一台整机零部件有550余种,6800余件,这些导致了零部件采购和质量控制的高风险。而普通紧固件、高强度紧固件包含的数量最多,占所有零部件数量的84%。 紧固件作为风电机组的基础,在主机、叶片、塔架和减速箱的连接中,与风力发电机组一起承担着基本性能、构件基本功能的各项要求。目前,大致有如下三类:a .塔筒螺栓:即风力发电机塔座上使用的螺栓,主要使用的是GB/T 1228~1231大六角头钢结构连接副、GB/T 32076.1~7预载荷高强度栓接结构连接副、DIN6914~6916以及DAST等大六角头钢结构连接副螺栓。b. 整机螺栓:即风力发电机上使用的螺栓,主要使用的是GB/T 5782、GB/T 5783、GB/T 70.1、GB/T 6170、GB/T 97等六角头螺栓、内六角螺栓、六角螺母及垫圈。c. 异型紧固件:即连接风力发电机叶片的特种件,主要为一些产品的非标双头螺栓及T型圆螺母等。 风电机组高强度紧固件是大家普遍关注的产品,这些紧固件的质量和可靠性对风电机组的性能起着极其重要的作用。近年来,因紧固件失效的质量问题屡屡出现。如某型号风电机组在运行过程倒塌,分析主要原因之一,塔筒与塔架的连接螺栓断裂。在对这些故障进行归零过程中,不难发现这些紧固件在设计、生产、采购、验收乃至使用环节存在质量失控的问题,因此,必须引起高度重视,强化风电机组的质量控制,有必要采取全过程监督。 1、从设计源头抓起 某型号风电机组配套使用的紧固件中,设计选用了多达数百种不同类型、不同品种、不同规格的紧固件,数量少、品种杂、材料牌号多,对紧固件的采购、生产乃至使用带来诸多难题。针对存在的问题,在风电机组设计研制时,在确保满足研制要求和系统性能的前提下,加强标准化审查,在设计评审中进行严格控制,尽可能地将紧固件合并归集。 目前,风电高强度螺栓大部分选择10.9级,少量为12.9级。10.9级高强度螺栓,其硬度值33~39HRC,抗拉强度Rm≥1040MPa,断后伸长率≥9%,断后收缩率≥48%,低温冲击功AKv(-45℃)≥27J。对螺母的要求,应达到10H性能等级的保证载荷和硬度。对垫片的要求,其硬度应参考GB/T1231-2006《钢结构用高强度大六角螺栓、螺母、垫圈》或GB/T97.1-2002《平垫圈A级》。 通过对某型号风电机组的紧固件选用的材料进行对比分析,所用材料基本科分为碳素结构钢、合金结构钢2大类。螺母和垫片基本上是碳素结构钢45#、少量为35#、10B33钢;螺栓根据规格从小到大,采用的合金钢为20MnTiB、ML20MnTiB 、35VB、35CrMo、42CrMo、B7和40CrNiMoA等。在进行归集替代时,必须确保归集替代的材料优于被替代的材料,这样紧固件材料种类、型号和规格将会大大减少,极大地方便了采购和生产。 2、对供应商的选择 通常风电机组企业对供应商的选择重点,首先放在对供应商的主机、减速箱、变浆控制系统、塔筒、叶片等样品鉴定上和审验上,还要进行试验性运行2年以上。对供应商的审核评价,依据一定的流程,然而“性价比”往往是众多风电机组主机厂选择供应商的第一要素。对于风电机组使用年限20年的质量指标,这样很有可能在后续供货期间出现种种问题,造成大量的质量成本。对供应商的选择,应该从对潜在供应商的选择开始,要对潜在的供应商质量保证能力、产品开发能力和供货产品进行审核评估,看其是否满足风电机组企业对零部件采购的需求。 风电机组紧固件的供应商一般通过自制、定点采购和市场采购3种方式。这3种方式各有利弊,质量控制的要求也不尽相同。 自制就是对非标紧固件,风电机组紧固件的供应商自己组织的原材料采购、工艺编制、加工制造以及检验。自制非标紧固件最大的优点是可完全落实设计要求,特别是对材料有特殊要求的必须自制。一般情况下,非标件会造成生产成本高昂,经济性差,同时也存在尺寸一致性差、机械性能低等方面的问题。质量控制的重点是生产过程的监督和成品的检验验收。 在风电机组企业中,通常要求紧固件供应商必须通过ISO9000、ISO14000、ISO/TS16949体系认证。一些上市公司或跨国企业,还有一套自己开发的对供应商进行综合评估的表格和评价标准,并要求企业实验室通过ISO/IEC17025认可,这些评价标准更加具有针对性和实用性。 供应商的选择,是通过一系列的审核评价来决定的,即对预先讨论选定的数个潜在供应商,风电机组企业主机厂的专业人员对其质量体系和工厂现场进行第二方审核,以确定供应商开发能力、质量保证能力和产能是否满足风电机组企业主机厂零部件配套的要求;然而,在审核通过的供应商范围内进行招标,一般为选择价格较有优势的供应商。供应商选定的数量一般为2~3家,根据产能和风险评估后确定。选定的供应商,根据风电机组主机厂的要求,在样品开发完成并经过一系列试验,小批量试用后,开始供货,同时签订供应合同。 3、对供应商的质量控制 ①产品设计与开发阶段的质量控制。在这一阶段,通常有以下做法:a、邀请供应商提出降低成本,改善性能及提高质量的意见。b、对供应商进行培训,明确设计和开发产品的目标质量,与供应商共同探讨质量控制过程,达成一致的产品标准质量控制、检验方法和验收标准。 ②试制阶段的质量控制。试制阶段,要求供应商提供样品,这就产生了对外购件的质量检测、不合格品的控制等过程。这时,风电机组企业主机厂应与供应商共享已有的技术成果和资源,对试制样品进行全面检验,对供应商质量保证能力进行初步评价。对产品质量问题,宜采取改进、妥协、更换供应商的办法来解决。 ③批量生产阶段的质量控制。风电机组企业在批量生产中,对供应商的质量控制除了监控供应商的过程能力指数、测量系统、质量管理体系和进货质量检验之外,还对入厂检验中发现的批量性质量问题,生产中出现的重大质量问题和售后反馈的严重质量问题,要求供应商制定质量对策和强化质量管理,落实改进细则,从而杜绝质量问题的再次发生。 4、建立质量信息数据库 紧固件在验收检查、装配调试、各类实验甚至安装使用过程中均有相应的质量记录,如进厂检验记录、特性检验记录、失效记录等,这些质量信息集中反映了紧固件的质量状况,通过对这些质量信息的收集、归类和分析,有利于非标紧固件的设计选用,对合格供应商的评价以及验收检查方案的制定。 针对装配调试、各类安装试验甚至在使用过程中失效的紧固件应100%进行失效分析,以确定是紧固件固有可靠性问题还是使用可靠性问题,必要时应归零。根据失效分析报告或归零结论,及时对相关的紧固件进行检查和更换,同时完善验收检查方案,必要时更换供应商。 5、结语 随着新常态下市场竞争的加剧,各主机厂越来越专注于自身具有核心竞争力的领域。打造核心供应链,建立供应商战略合作联盟,已成为风电机组企业的必然选择。在这一种供应链环境下,风电机组企业主机厂必须采用相应的手段和措施,对供应商提供的产品进行有效管理或控制。因为,供应商的质量管理部门,是整个供应链管理中的重要环节,需要在整个产业链的分工合作过程中具体实现,并做到优势互补,风险共担。
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