4 häufige Probleme bei Windturbinenschrauben und wie man sie vermeidet

Schrauben in Windkraftanlagen sind aufgrund der Drehbewegung, des Windes und der Temperaturschwankungen täglich enormen Belastungen in repetitiver Weise ausgesetzt.

Die oben genannten Bedenken lösen immer Fehlfunktionen von Windkraftanlagen durch Risse, Lockerung und Korrosion aus.

Bolzen und Verbindungselemente erfahren während ihres gesamten Betriebslebenszyklus immer eine gewisse Spannung.

Dieser Artikel erörtert die typischsten Fehlerarten bei Verbindungselementen, die in Windkraftanlagen verwendet werden, deren Gründe und wie angemessene Inspektionen und Anti-Lockerungs-Lösungen Risiken mindern können.

Häufige Probleme bei Windkraftanlagen-Schrauben: Was verursacht sie?

Normalerweise geschieht das Versagen allmählich. Frühe Anzeichen können Oberflächenrost, Verlust der Vorspannung oder kleine Risse in der Nähe der Gewindewurzel sein. 

Wenn keine geeigneten Prüfungen durchgeführt werden, können die folgenden Gründe zu einer ungeplanten Abschaltung oder teuren Reparaturen führen.

Häufige zyklische Belastung und Vibration

Windkraftanlagen sind selten konstanten Lasten ausgesetzt. Die Windgeschwindigkeiten schwanken ständig und induzieren dadurch zyklische Zug- und Druckbelastungen der verschraubten Verbindungen.

Die wiederholte Belastung erhöht die Wahrscheinlichkeit von Schraubenermüdungsversagen. 

Allmählich bilden sich winzige Risse im Material, die sich ausbreiten, bis sie das kritische Niveau für einen Bruch erreichen.

Ermüdungsversagen tritt häufig bei Turmflanschschrauben, Blattschrauben und Gondelverbindungen auf.

Dies erschwert die Erkennung während der routinemäßigen Wartung.

In vielen Fällen beginnen Risse an Gewindewurzeln oder Oberflächenfehlern, wo sich die Spannung konzentriert.

Bestimmte Turbinenverbindungen erfahren höhere Ermüdungsbelastungen als andere. Dazu gehören:

• Turmflanschverbindungen.
• Blattwurzelverbindungen.
• Lagerungssystem-Verbindungselemente.
• Hauptwellenkupplungsschrauben.

Diese Bereiche erfordern normalerweise eine periodische Vorspannungsinspektion und zerstörungsfreie Prüfungen.

Mehrere Wartungspraktiken helfen, Ermüdungsrisiken zu reduzieren:

• Verwenden Sie kontrollierte Anziehverfahren.
• Überprüfen Sie die Vorspannung während geplanter Inspektionen.
• Vermeiden Sie Oberflächenschäden während der Installation.
• Wählen Sie geeignete Beschichtungen für die Außenexposition.

Moderne Anti-Lockerungs-Lösungen helfen auch, die Klemmkraft während der Vibrationszyklen aufrechtzuerhalten.

Unsachgemäße Schraubenvorspannung

Falsches Anziehen bleibt eines der größten Installationsprobleme im Energiesektor.

Lockerung kann auftreten, wenn die Schrauben zu wenig angezogen sind, während Dehnung auftreten kann, wenn die Schrauben zu fest angezogen sind. Letzteres kann seine elastische Grenze überschreiten und Spannungskonzentrationen verursachen.

Eine ordnungsgemäße Drehmomentkontrolle und Spannungsprüfung helfen, das Lösen von Windkraftanlagen-Schrauben während langer Betriebszyklen zu reduzieren.

Umgebungsbedingungen

Die Umgebung für Offshore- und Küstenwindparkstrukturen umfasst Feuchtigkeit, Salzwasser und variable Temperaturen; diese Faktoren tragen zur Korrosion bei.

Korrosion schwächt das Gewinde und verringert die Klemmwirkung. Korrosionsgruben werden zu Ausgangspunkten von Ermüdungsrissen unter extremen Umweltbedingungen.

Korrosionsschutz erfordert Beschichtung und Inspektion.

Wasserstoffversprödung bei hochfesten Schrauben

Wasserstoffversprödung von Schrauben bleibt ein Hauptanliegen in schweren industriellen Anwendungen. 

Das Problem betrifft hauptsächlich hochfeste Verbindungselemente, die während der Herstellung oder Beschichtungsprozesse Wasserstoff ausgesetzt sind.

Das Material kann äußerlich normal erscheinen, während es innerlich spröde wird.

Dies geschieht, wenn Wasserstoff während der Säuberung, Galvanisierung oder Korrosionsreaktionen in Stahl eindringen kann. 

Einmal im Metall eingeschlossen, schwächt Wasserstoff die Kornstruktur. Unter Zugspannung kann es ohne Vorwarnung zu einer verzögerten Rissbildung kommen.

Dieses Problem ist besonders gefährlich, da ein Bruch Tage oder Wochen nach der Installation auftreten kann.

Wasserstoffbedingte Brüche weisen oft folgende Merkmale auf:

• Plötzliche spröde Rissbildung.
• Wenig sichtbare Verformung.
• Bruch in der Nähe von Gewinden oder beanspruchten Bereichen.
• Versagen unter normalen Betriebslasten.

Labortests sind in der Regel erforderlich, um das Vorhandensein von Wasserstoffversprödungsschrauben bei Fehleruntersuchungen zu bestätigen.

Hersteller reduzieren Risiken durch kontrollierte Produktionsprozesse und Materialverifizierung.

Zu den gängigen vorbeugenden Maßnahmen gehören:

• Korrekte Wärmebehandlungskontrolle.
• Backen nach der Galvanisierung.
• Management der Oberflächenbeschichtung.
• Überwachung der Materialhärte.

CNRL nutzt spezialisierte Laboreinrichtungen zur Unterstützung der Fehleranalyse und Inspektion von Verbindungselementen im Energiesektor.

Häufige Probleme bei Windturbinenschrauben: Wie kann das Lösen von Windkraftanlagen-Schrauben verhindert werden?

Das Lösen von Schrauben bleibt eines der häufigsten Wartungsprobleme in Turbinensystemen. 

Kontinuierliche Vibration reduziert allmählich die Vorspannung, wenn Sicherungsmethoden unzureichend sind. Sobald die Vorspannung abfällt, nimmt die Gelenkbewegung rapide zu.

Mechanische Sicherungssysteme

Mehrere Sicherungsmethoden helfen, die Schraubenspannung während des Betriebs aufrechtzuerhalten.

Häufige Anti-Lockerungs-Lösungen umfassen:

• Federscheiben.
• Doppelmutter-Systeme.
• Keilscheiben.
• Selbstsichernde Muttern.

Diese Systeme reduzieren die Drehbewegung während der Vibrationszyklen.

Bedeutung der ordnungsgemäßen Installation

Selbst gute Sicherungssysteme können versagen, wenn die Installationsverfahren inkonsistent sind.

Techniker müssen kalibrierte Drehmomentwerte und Anziehsequenzen befolgen. Eine ungleichmäßige Vorspannungsverteilung erzeugt oft lokale Spannungen.

Digitale Spannungsüberwachungswerkzeuge verbessern jetzt die Konsistenz der Installation bei großen Windprojekten.

Inspektions- und Überwachungspraktiken

Regelmäßige Inspektion bleibt entscheidend für eine lange Lebensdauer.

Betreiber kombinieren oft:

• Drehmomentprüfung.
• Ultraschallprüfung.
• Visuelle Rissinspektion.
• Korrosionsüberwachung.

Diese Methoden helfen, Vorspannungsverlust zu identifizieren, bevor größere strukturelle Probleme auftreten.

Warum sind Material- und Qualitätskontrolle wichtig?

Materialkonsistenz wirkt sich direkt auf die Haltbarkeit der Schrauben aus. Kleine Variationen in Härte oder Wärmebehandlung können die Bruchfestigkeit beeinflussen.

Deshalb wenden Hersteller strenge Inspektionsverfahren während der Produktion an.

Qualitätssysteme helfen, eine wiederholbare Fertigungsleistung sicherzustellen.

CNRL arbeitet unter IATF 16949-Zertifizierung Standards. Dies unterstützt die Prozesskontrolle, Rückverfolgbarkeit und Inspektionsverwaltung für Industrielle Verbindungselemente.

Solche Systeme sind wichtig für Sektoren, in denen die strukturelle Sicherheit von entscheidender Bedeutung bleibt.

Labor-Fehleranalyse

Fehleruntersuchungen erfordern oft metallurgische Prüfungen und Bruchuntersuchungen.

Typische Tests umfassen:

Inspektionsmethode	Zweck
Härteprüfung.	Unsachgemäße Wärmebehandlung erkennen.
Metallographische Analyse.	Kornstruktur untersuchen.
Bruchflächenanalyse.	Ursprung des Risses identifizieren.
Salzsprühtest.	Korrosionsbeständigkeit bewerten.
Zugversuch.	Mechanische Eigenschaften überprüfen.

Detaillierte Fehleranalyse von hochfesten Schrauben hilft, wiederholte Ausfälle bei zukünftigen Installationen zu vermeiden.

Welche Wartungspraktiken helfen, die Lebensdauer von Schrauben zu verlängern?

Die langfristige Leistung von Schrauben hängt sowohl von der Produktqualität als auch von der Wartungsplanung ab.

Auch langlebige Materialien erfordern eine geplante Inspektion unter anspruchsvollen Betriebsbedingungen.

Geplante Nachspannungen und Inspektionen

Einige Turbinenbetreiber führen während der ersten Serviceintervalle eine periodische Nachspannung durch. Dies hilft, die Entlastung der Vorspannung nach der Installation auszugleichen.

Die Inspektionshäufigkeit hängt oft vom Standort der Turbine, den Lastbedingungen und der Umwelteinwirkung ab.

Korrosionsschutzstrategien

Die Schutzbeschichtung verhindert das Eindringen von Feuchtigkeit und Oberflächenverschlechterung.

Gängige Schutztechniken umfassen Zinklamellenbeschichtung, Feuerverzinkung und Dichtgewindemontage.

In Verbindung mit Maßnahmen zur Verhinderung von Lockerung tragen solche Techniken dazu bei, die Integrität der Verbindung bei längeren Betriebsabläufen zu verbessern.

Schulung und technischer Support

Eine ordnungsgemäße Installationsschulung reduziert Transportschäden und Montagefehler.

Technischer Support kann den Betreibern helfen, geeignete Befestigungssysteme entsprechend der Art des Windes auszuwählen.

Schrauben in Windkraftanlagen sind Zug-, Vibrations- und Umwelteinflüssen ausgesetzt.

Präventivmaßnahmen wie Inspektion und der Einsatz geeigneter Materialien und Verriegelungssysteme können helfen, ernsthafte Schäden in Zukunft zu vermeiden.