从一座瑞典风机的倒塌看VDI2230用于螺栓连接精确计算的重要性

作者：螺栓设计老张

一、写在前面

引言：在机械行业，螺栓是与轴承、齿轮齐名的三大最主要机械元素，而从应用广泛程度来看，相比于轴承和齿轮是有过之而无不及。无论是机械传动还是机械结构，都离不开螺栓，螺栓的身影于人类的生产和生活中无处不在。因此，对螺栓的深入研究非常有必要。

同时，在中国国内，对螺栓的研究并不广泛。德国工程师协会VDI一直在努力完善螺栓设计计算导则，而且已经取得了非常突出的成果，被欧美国家的相关用户广泛采纳。

本文就是在VDI 2230 基础上，结合工程实际中遇到的问题，阐述如何将VDI 2230应用到工程实际中，分享从中获得的收获。本着抛砖引玉的目的，以期与广大工程师同仁深入探讨、钻研。 

二、瑞风典机倒塌

2015年的圣诞夜，一座390英尺高的风机在瑞典的Lemnhult风场倒塌了。事故调查人员发现，风机倒塌源于位于塔筒最底部法兰的落100根M64螺栓失效。

调查报告结论中有价值信息可以提炼如下：

• 因为风力作用，螺栓法兰失效。其根源是螺栓在安装时候实际预紧没有达到设计给定的预紧力数值。
• 没有螺栓预紧力的监测手段和要求。
• 力矩工具没有维护到位。
• 螺栓紧固工人经验不足，紧固方法不合理。
• 雨天安装导致螺栓摩擦系数发生变化，导致预紧力降低。

上述内容是网上看到的一片文章的摘抄。作者在这里不想评论此文章内容详实与否，在此仅仅就其5条结论对此风机塔筒螺栓失效原因进行分析。

首先从5条结论中可以总结出，风机塔筒倒塌的原因其实只有结论1，即安装塔筒和塔筒之间连接螺栓时的预紧力不足。

本人没有接触过此塔筒倒塌事故调查的原始资料，但是忧郁风力发电机受力情况特别复杂，此实例可以作为一个应用VDI2230导则进行螺栓设计计算的绝佳范例。并可通过对调查结论的更深一步挖掘，作为巩固VDI2230知识的好的素材。

本文首先从风力发电机塔筒螺栓的受力分析出发，导出风力塔筒螺栓计算导则，然后再对上述5条瑞典风机倒塌的调查结论进行深入挖掘，以巩固和应用VDI2230知识点。

三、风力发电机塔筒螺栓计算导则

在根据VDI2230设计塔筒螺栓排布和计算螺栓安全系数时候，首先要对螺栓的载荷进行分析和分类。

首先，风机在风力的作用下，整个风机包括塔筒会承受剪力，而风机的其它部位如塔筒承载面非常大，而螺栓抵抗剪力的面积非常小，只有100个螺栓直径那么大，远远小于塔筒实体面积，因此，剪力也可能导致螺栓失效。

根据VDI2230-2可以推导出，用于抵抗风对风机的剪力而需要的螺栓的预紧力是相同的。但是，一般在设计风机的时候，都是计算出此横向力的作用

，再根据VDI2230-1中第R2步计算出由此需要螺栓产生的拉力

，然后根据VDI230-1标准计算流程进行后续计算

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从一座瑞典风机的倒塌看VDI2230用于螺栓连接精确计算的重要性

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