Análisis de mantenimiento de pernos de alta resistencia para aerogeneradores

Los pernos de alta resistencia son componentes de conexión centrales ampliamente utilizados en turbinas eólicas bajo condiciones de carga complejas. Con el rápido desarrollo de la industria de la energía eólica, la continua ampliación de las unidades de turbinas eólicas y la extensión de la vida útil han aumentado los requisitos de seguridad operativa y confiabilidad del mantenimiento de los pernos de alta resistencia. El modo de mantenimiento preventivo tradicional adoptado actualmente para los pernos de alta resistencia en las turbinas eólicas tiene limitaciones obvias y ya no puede adaptarse completamente a las complejas condiciones operativas in situ. Por lo tanto, es fundamental resumir los defectos existentes en los trabajos de mantenimiento, optimizar y mejorar los procesos de mantenimiento orientados al campo y promover la transición del mantenimiento preventivo periódico al mantenimiento basado en la condición, a fin de garantizar el funcionamiento seguro y estable de las turbinas eólicas.

La energía eólica es uno de los sectores de más rápido crecimiento en la nueva industria energética. Las turbinas eólicas conectadas a la red constituyen el principal equipo para la generación de energía eólica. Con la continua puesta en servicio de nuevas unidades y el envejecimiento de las existentes, el control de calidad del mantenimiento de los equipos se ha convertido en un foco clave de la operación y el mantenimiento de la energía eólica. Basado en las condiciones reales de operación de las turbinas eólicas en servicio, este artículo resume sistemáticamente los problemas comunes enperno de alta resistenciamantenimiento, analiza los principios mecánicos del apriete de pernos y propone medidas de control de calidad de proceso completo, proporcionando una referencia para el mantenimiento refinado y basado en la condición de pernos de alta resistencia en turbinas eólicas.

 

1 Estado actual y problemas del mantenimiento preventivo de pernos de alta resistencia

1.1 Grados de resistencia y posiciones de instalación de pernos de alta resistencia

En las turbinas eólicas se aplican tres grados de resistencia típicos de pernos de alta resistencia: Grado 8.8, Grado 10.9 y Grado 12.9. Se combinan diferentes grados según las características de carga, vibración y tensión de diferentes posiciones estructurales. Los pernos de grado 8.8 se utilizan generalmente para conexiones entre generadores y codificadores, así como entre anillos colectores y cajas de engranajes de unidades con paso controlado. Los pernos de grado 10.9 se adoptan ampliamente para conexiones críticas de soporte de carga, incluidas juntas de pala y cubo, juntas de cubo y eje principal y conexiones de segmento de torre. Los pernos de grado 12.9 se aplican para conexiones de servicio pesado, como juntas entre el eje principal y los anillos de compresión.

1.2 Principales Deficiencias en el Mantenimiento Preventivo Actual

1.2.1 Ciclos de mantenimiento fijos que generan riesgos de mantenimiento excesivo o insuficiente

En la actualidad, la inspección y calibración de pernos de alta resistencia sigue estrictamente ciclos fijos de mantenimiento periódico, sin una gestión diferenciada en función de la vida útil, la carga real y la frecuencia de vibraciones. Esto comúnmente resulta en un mantenimiento excesivo o insuficiente, los cuales plantean riesgos potenciales para la seguridad. Un apriete excesivo y repetido provoca fatiga cíclica del metal, acelera el envejecimiento del material y puede provocar deformación plástica, grietas o incluso fractura de pernos. El mantenimiento inadecuado reduce la fuerza de fricción de las conexiones atornilladas y debilita la precarga, lo que en última instancia provoca que los pernos se aflojen y falle la conexión, lo que afecta negativamente a la estabilidad de la unidad.

1.2.2 Uso no estándar de herramientas de mantenimiento y especificaciones operativas incompletas

Las regulaciones de mantenimiento existentes no definen claramente los escenarios aplicables y los métodos operativos para diferentes herramientas correspondientes a pernos de diferentes grados y posiciones de instalación, incluidas llaves dinamométricas manuales, multiplicadores de torsión y llaves dinamométricas hidráulicas. Esto conduce a operaciones de campo desordenadas e inconsistentes. Además, algunas llaves dinamométricas no se calibran antes de su uso y, en ocasiones, se adoptan herramientas no calificadas o vencidas, lo que genera valores de torsión inexactos, procesos no estándar y una calidad de mantenimiento incontrolable.

1.2.3 Operaciones humanas irregulares que causan riesgos de calidad manuales

La calidad de la calibración depernos de alta resistencia está directamente determinado por la responsabilidad, las habilidades profesionales y la estandarización operativa del personal de mantenimiento. En el trabajo de campo real, se han producido comportamientos irregulares, como reducir arbitrariamente el par de calibración y simplificar los procedimientos de apriete, lo que ha resultado en una precarga insuficiente y una calidad de mantenimiento deficiente. El funcionamiento prolongado en tales condiciones provoca fácilmente que se aflojen y fallen las conexiones de pernos, lo que pone en grave peligro la seguridad de la unidad.

2 principios básicos del apriete de pernos de alta resistencia

2.1 Variación de la tensión durante el apriete de pernos

Durante el apriete, el perno está sujeto a tensión mientras que los componentes conectados soportan compresión. El estado de tensión cambia dinámicamente con el ángulo de apriete y se puede dividir en cuatro etapas:

Etapa de apriete inicial: el perno no está completamente sujeto a la superficie conectada, lo que resulta en una fuerza de compresión nula. Sólo existe una pequeña fricción en la rosca y el par de apriete permanece bajo.

Etapa de apriete efectivo: después de que el perno hace contacto total con la superficie conectada, comienza el apriete formal. Tanto la fuerza de compresión como el par de apriete aumentan rápidamente con el aumento del ángulo de rotación.

Etapa de deformación plástica: cuando la tensión del perno alcanza el límite elástico, se produce la deformación plástica. El ángulo de rotación continúa aumentando, mientras que la fuerza de compresión y el par crecen lentamente y tienden a estabilizarse.

Etapa de falla por sobrecarga: el apriete excesivo continuo provoca una tensión excesiva, lo que provoca una rápida caída en la fuerza de compresión y el torque y, finalmente, produce una fractura por tracción del perno.

2.2 Influencia del coeficiente de fricción en la fuerza de compresión del perno

No existe una correspondencia fija entre el par de apriete y la precarga. El coeficiente de fricción afecta en gran medida la fuerza de compresión final. Con el mismo par de apriete, las diferencias de fricción en las superficies de contacto de la rosca y en las superficies de apoyo de los pernos pueden provocar desviaciones significativas en la precarga. La corrosión de las roscas, la contaminación del aceite, las impurezas, la lubricación desigual y los daños en el revestimiento cambiarán el estado de fricción, provocando una desviación de la precarga y fallas en la conexión, que son las principales causas de aflojamiento de los pernos y tensión desigual en la operación de campo.

Tres medidas de control de calidad para el mantenimiento de pernos de alta resistencia

3.1 Factores principales que influyen en la calidad del mantenimiento

La calidad del mantenimiento de los pernos se puede analizar mediante un modelo piramidal jerárquico. En orden descendente de importancia, los factores clave que influyen son el personal, los métodos de operación, las herramientas y equipos, y las propiedades de los materiales (incluidos los materiales de los pernos y los componentes conectados). Estos factores interactúan y determinan conjuntamente el efecto de mantenimiento y la confiabilidad operativa a largo plazo de las conexiones atornilladas.

3.2 Medidas de control de calidad de todo el proceso

3.2.1 Fortalecer la capacitación del personal y estandarizar el comportamiento operativo

Se llevará a cabo periódicamente capacitación especializada sobre mantenimiento de pernos de alta resistencia para mejorar la responsabilidad del personal y la competencia profesional. Los contenidos de la capacitación incluyen principios de tensión de pernos, criterios de coincidencia de grados, procesos de apriete estandarizados y métodos de identificación de fallas. Los operadores deberán ser capaces de identificar defectos como corrosión, deformación, grietas y aflojamiento, y deberán seguir estrictamente los procedimientos estándar para evitar errores manuales y ajustes de torque arbitrarios.

3.2.2 Implementar la inspección de calidad de los pernos previa al mantenimiento

Se debe realizar una inspección visual y de rendimiento exhaustiva antes del mantenimiento, que abarque la precisión dimensional, la integridad del recubrimiento, el estado de la rosca y el estado de la lubricación. Se comprobarán completamente los defectos, incluidos la corrosión, las rebabas, la deformación y los daños superficiales. El estado de fricción de las roscas se evaluará de acuerdo con las condiciones operativas para predecir posibles riesgos de desviación del par. Se prohíbe la reutilización de pernos no calificados para eliminar peligros ocultos en su origen.

3.2.3 Estandarizar la gestión de herramientas y garantizar la precisión de la detección

Se establecerá un sistema regular de inspección, calibración y mantenimiento de las herramientas de mantenimiento. Se deben realizar pruebas de precisión dinámicas y estáticas en llaves dinamométricas, multiplicadores de torsión y llaves hidráulicas antes de la operación. Se prohíben herramientas vencidas, inexactas o dañadas. Se seleccionarán las herramientas y métodos de apriete correspondientes según el grado de resistencia del perno, la posición de instalación y las características de carga para realizar una operación clasificada y estandarizada. Las herramientas se limpiarán después de su uso y las llaves dinamométricas manuales se restablecerán al valor mínimo de torsión para mantener la precisión de la medición a largo plazo.

3.2.4 Unificar estándares técnicos y lograr un control consistente en todo el proceso

Unificar especificaciones técnicas, estándares de medición y criterios de calibración en todotornilloprocesos de inspección, verificación de herramientas y prueba de torque para eliminar la calidad de operación inconsistente causada por diferentes operadores o lotes. Establezca registros de mantenimiento completos, incluida la posición de los pernos, el par calibrado, la información del operador y los datos de prueba, logrando una trazabilidad del proceso completo y un control de calidad de mantenimiento estable.

4 Conclusión

Como componentes de conexión críticos para soportar cargas, los pernos de alta resistencia determinan directamente la seguridad operativa y la estabilidad de las turbinas eólicas. El modo de mantenimiento periódico tradicional tiene desventajas como ciclos rígidos, herramientas no estándar y errores manuales frecuentes, que no pueden cumplir con los requisitos del funcionamiento refinado de la energía eólica. Se puede lograr una mejora integral de la calidad mediante una gestión de personal estandarizada, procesos operativos optimizados, un control estricto de las herramientas y mecanismos completos de inspección previa. Con la mejora continua de la profesionalidad de los operadores, la actualización de los procesos de mantenimiento y la popularización de los equipos de prueba inteligentes, el mantenimiento de pernos de alta resistencia logrará gradualmente una gestión precisa y controlable basada en la condición, reduciendo efectivamente los riesgos de falla de los pernos y garantizando un funcionamiento seguro y estable a largo plazo de las turbinas eólicas.