革新風電運維：智能螺栓實時監測破解葉根螺栓斷裂難題

-- 客戶面臨的挑戰 --

某風力發電項目4MW風電機組葉根螺栓頻繁斷裂問題亟待解決（螺栓疲勞斷裂情況見圖1）。機組長期受困于葉根高應力區螺栓的異常疲勞失效，雖已嘗試多種監測手段并更換為TTG圓螺母（取得部分改善效果），但始終未能根治疲勞斷裂頑疾。頻發的螺栓疲勞失效不僅顯著推高維護成本，更嚴重威脅機組運行安全。為此，亟需部署一套具備實時在線監測功能的螺栓軸力監測系統，通過動態捕捉螺栓受力異常點，實現安全隱患的源頭治理。

圖 1 葉根螺栓疲勞斷裂

-- 創新突破-在線軸力實時監測系統 --

針對葉根螺栓斷裂難題，項目最終引入上海應譜科技有限公司研發的智能螺栓在線軸力監測系統。該系統以"軸力動態感知+AI異常診斷"為核心，突破原使用的各種監測技術的局限，實現對螺栓受力狀態的全天候數字化監控。

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智能螺栓監測方案

螺栓智能傳感器

上海應譜科技的智能螺栓由測量螺栓伸長量的傳感器和螺栓組成。傳感器的關鍵部件-測量桿嵌入在螺栓內部的盲孔中。當螺栓受到預緊力作用時，會發生軸向伸長，帶動內置測量桿產生相對于螺栓頭部的微小位移。微型傳感元件會實時捕捉該位移變化，并將其轉換為電信號傳輸至智能螺栓監控系統。系統通過分析這些數據，持續追蹤螺栓軸力的動態變化，一旦發現異常波動，立即觸發預警機制。

圖 2 智能螺栓和傳感器工作原理圖

實時監測與智能部署

? 高頻數據采集傳感器以每秒4次的頻率自動采集螺栓軸力數據，精準捕捉瞬態載荷波動，確保不遺漏任何異常信號。

? 科學布點方案應譜科技為每個風機葉片量身定制安裝方案：（安裝位置見圖3，現場實景見圖4）。

高應力區：部署7-10根智能螺栓，重點監測易損部位。

低應力區：安裝1-2根作為參考基準。

? 遠程可視化監控安裝完成后，螺栓軸力數據實現實時可視化。客戶可通過遠程平臺隨時查看高應力區螺栓的受力特征，及時掌握設備運行狀態。

圖 3 智能螺栓安裝分布示意圖

圖 4 現場安裝了智能螺栓

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實時軸力監測：發現問題與解決方案

異常數據揭示隱患

系統監測顯示：在相同工況下，三個葉片的葉根螺栓動載荷存在顯著差異。

葉片B高應力區螺栓動載荷（見圖5）高達葉片A的兩倍。

這一異常數據與現場記錄的葉片B螺栓頻繁斷裂現象高度吻合。

圖 5 葉片B高應力區螺栓動載荷比葉片A高出一倍以上

根本原因分析

基于應譜科技的軸力數據庫和現場數據對比，專家團隊判斷：葉片B法蘭變形導致間隙過大，這是引發螺栓動載荷異常的根本原因。

專業建議

立即對法蘭面進行全面檢查。

通過加裝墊片調整法蘭間隙。

持續監測軸力變化，驗證調整效果。

-- 現場實施與效果驗證 --

改造措施

按建議加裝定制墊片（見圖6）。

圖 6 加裝墊片記錄

顯著成效

螺栓動載荷顯著降低（見圖7），載荷值回歸安全范圍，徹底解決螺栓頻繁斷裂問題。

圖 7 加裝墊片前后的螺栓動載荷對比

-- 案例啟示：智能監測重塑風電運維 --

技術價值

• 實時預警：精準捕捉螺栓受力異常。

• 數據驅動：為設備可靠性提供科學依據。

• 智能診斷：快速定位問題根源。

行業意義

• 開創風電運維智能化新模式。

• 為行業提供可復制解決方案。

• 推動風電設備可靠性升級。