ICS29.160.40

K52T/CEEMA

中國電力設(shè)備管理協(xié)會標準

T/CEEMA—02002－2023

風(fēng)力發(fā)電機組螺栓預(yù)緊力在線監(jiān)測技術(shù)規(guī)范

TechnicalSpecificationforOn-lineMonitoringofBoltsofWindTurbine

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2023-10-16發(fā)布2022-10-16實施

中國電力設(shè)備管理協(xié)會發(fā)布

目次

目錄

目次..................................................................................2

前言..................................................................................2

風(fēng)力發(fā)電機組螺栓預(yù)緊力在線監(jiān)測技術(shù)規(guī)范....................................................3

1范圍....................................................................................3

2規(guī)范性引用文件..........................................................................3

3術(shù)語及定義..............................................................................3

4代號....................................................................................4

5儀器....................................................................................4

6測量....................................................................................5

7數(shù)據(jù)處理................................................................................7

8在線監(jiān)測系統(tǒng)功能及構(gòu)成..................................................................8

9在線監(jiān)測流程............................................................................8

10報告...................................................................................9

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前言

本標準按照GB/T1.1-2020《標準化工作導(dǎo)則第1部分：標準化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》給出的規(guī)

則起草。

本標準主要規(guī)范了以下內(nèi)容：

風(fēng)力發(fā)電機組螺栓預(yù)緊力在線監(jiān)測技術(shù)規(guī)范的相關(guān)術(shù)語及定義。

風(fēng)力發(fā)電機組螺栓預(yù)緊力在線監(jiān)測技術(shù)規(guī)范的總體和具體要求。

本標準由中國電力設(shè)備管理協(xié)會提出，本文件的發(fā)布機構(gòu)不承擔(dān)識別專利的責(zé)任。

本標準由中國電力設(shè)備管理協(xié)會歸口和解釋。

本標準參編單位：國家電投集團科學(xué)技術(shù)研究院有限公司、國家電投集團云南國際電力投資有限公

司、北京航能綠電科技有限公司、國電投南通新能源有限公司、中國安全生產(chǎn)科學(xué)研究院、上海交通大

學(xué)、中安特衛(wèi)安全服務(wù)有限公司、云南電投綠能科技有限公司、寧夏京銀智慧新能源有限公司、東方電

氣風(fēng)電股份有限公司、北京金風(fēng)慧能技術(shù)有限公司、哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）、北京鑒衡認證中心有限

公司、中國能源建設(shè)集團新疆電力設(shè)計院有限公司、東方綠色能源（河北）有限公司石家莊分公司、東

方綠色能源（河北）有限公司內(nèi)蒙古分公司、電設(shè)亞聯(lián)（北京）認證服務(wù)有限公司。

本標準參編人：吳智泉、張新、李盈盈、和慶冬、王海鵬、王振剛、付彥海、朱琳、張英喆、邊卓

偉、葛中原、宋惠蕙、李平、馮強、沈昕、李源、張邦強、司磊、楊洪源、陳瀟、崔力文、劉迪、高文

龍、李鵬、張喜健、趙強平。

本導(dǎo)則在執(zhí)行中若有意見和建議，請反饋至中國電力設(shè)備管理協(xié)會標準化管理辦公室，電子郵箱：

emiunted@163.com。

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風(fēng)力發(fā)電機組螺栓預(yù)緊力在線監(jiān)測技術(shù)規(guī)范

1范圍

本標準規(guī)定了基于超聲波測量的風(fēng)力發(fā)電機組螺栓預(yù)緊力在線監(jiān)測技術(shù)。

本標準適用于M6～M64的螺栓，夾持長度不小于3d。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，

僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本

文件。

GB/T3098.1螺栓機械性能螺栓、螺釘和螺柱

GB/T12604.1無損檢測術(shù)語超聲檢測

GB/T16823.2螺紋螺栓緊固通則

GB/T16823.3螺栓扭矩-夾緊力試驗

GB/T18852無損檢測超聲檢驗測量接觸探頭聲束特性的參考試塊和方法

GB/T25712振動時效工藝參數(shù)選擇及效果評定方法

GB/T38811金屬材料殘余應(yīng)力聲束控制法

GB/T38952無損檢測殘余應(yīng)力超聲體波檢測方法

3術(shù)語及定義

GB/T16823.2、GB/T16823.3、GB/T38952中界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。

3.1零應(yīng)力螺栓zerostressbolt

利用高能聲束控制法（GB/T38811）或振動時效法（GB/T25712）制備的內(nèi)應(yīng)力接近0的標定螺栓。

3.2標定螺栓referencebolt

用于建立測量軸向應(yīng)力與測量參數(shù)關(guān)系，處于自由狀態(tài)的試驗用螺栓，材料和型式尺寸應(yīng)與被測量

螺栓基本一致。

3.3長度變化changeinlength

由于軸向拉力變化導(dǎo)致的螺紋螺栓長度的物理變化。

學(xué)兔兔3.4有效長度effeivelength標準下載

對應(yīng)力作出響應(yīng)的螺栓長度。介于螺栓全長和夾緊長度之間，通常按夾緊長度+螺栓頭部厚度的一

半+螺母高度的一半。

3.5縱波longitudinalwave

傳播方向與材料質(zhì)點的振動方向相同的波。

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3.6橫波transversewave

傳播方向與材料質(zhì)點的振動方向垂直的波。

3.7超聲體波bulkwave

縱波的偏振方向與傳播方向平行的縱波和偏振方向與傳播方向垂直的橫波。

3.8參考長度referencelength

試樣中的超聲波飛行時間乘以參考傳播速度。

3.9飛行時間timeofflight

在行進路徑開始處發(fā)射超聲波脈沖和在該路徑結(jié)束處接收該脈沖之間測量的時間間隔。

3.10聲時timeofflight

超聲脈沖傳輸通過某段材料所用的時間。

3.11聲時差timedifferenceofflight

材料應(yīng)力變化引起材料中超聲傳輸延時的相對變化量。

3.12應(yīng)力系數(shù)stresscoefficient

表征聲時差和材料應(yīng)力關(guān)系的系數(shù)。

3.13壓電陶瓷片piezoelectricceramicpiece

在兩片銅制圓形電極中間放入壓電陶瓷介質(zhì)材料，當(dāng)在兩片電極上面接通交流音頻信號時，壓電片

會根據(jù)信號的大小頻率發(fā)生振動而產(chǎn)生相應(yīng)的聲波。

4代號

下列代號適用于本文件。

KL螺栓材料的縱波應(yīng)力系數(shù)；

KS螺栓材料的橫波應(yīng)力系數(shù)；

TLσ應(yīng)力時縱波在緊固件長度內(nèi)的傳播時間，單位為秒（s）；

TL0無應(yīng)力時縱波在緊固件長度內(nèi)的傳播時間，單位為秒（s）；

TSσ應(yīng)力時橫波在緊固件長度內(nèi)的傳播時間，單位為秒（s）；

TS0無應(yīng)力時橫波在緊固件長度內(nèi)的傳播時間，單位為秒（s）；

σ螺栓連接夾緊段的軸向應(yīng)力，單位為兆帕（MPa）；

A螺栓公稱應(yīng)力截面積；

P螺栓預(yù)緊力。

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5.1一般要求

用于本文件規(guī)定的軸向應(yīng)力測量方法的測量儀器如圖1所示，應(yīng)包括體波檢測探頭、螺栓軸向應(yīng)力

超聲體波檢測儀和溫度傳感器。

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系統(tǒng)測量誤差：≤±5%。

需要定期對螺栓軸向應(yīng)力超聲體波檢測儀進行綜合性能校準，以確認其測量數(shù)值的準確性，校準間

隔最長不超過一年。校準規(guī)程按JJG1056規(guī)定。

圖5.1螺栓軸向應(yīng)力超聲體波測量儀器

5.2體波檢測探頭

a）體波檢測探頭應(yīng)能實現(xiàn)超聲橫波和/或縱波的發(fā)射和接收，根據(jù)被檢測材料的材質(zhì)、尺寸、表面

形廓、檢測區(qū)域及服役應(yīng)力的檢測長度（l）等需求，選定體波換能器的中心頻率、聲束截面積等探頭

參數(shù)。

b)壓電式超聲體波換能器和聲楔塊的材料選定和制備應(yīng)符合GB/T18852。

c)電磁超聲體波換能器的選定和制備應(yīng)符合GB/T20935.1。

c）檢測和標定用的服役應(yīng)力體波檢測探頭應(yīng)盡可能一致。

d）壓電式超聲體波換能器接觸面與被檢測構(gòu)件表面良好貼合，實現(xiàn)有效的超聲波傳遞。

5.3螺栓軸向應(yīng)力超聲體波檢測儀

螺栓軸向應(yīng)力超聲體波檢測儀的作用是激勵體波檢測探頭，得到并接收體波回波信號，通過計算超

聲體波傳播時間來得到對應(yīng)的螺栓軸向應(yīng)力值。服役螺栓軸向應(yīng)力有效范圍：（15%～90%）（螺

栓材料屈服強度）。

時間測量分辨率應(yīng)優(yōu)于被測螺栓應(yīng)力從無應(yīng)力達到70%屈服強度時的聲時增量的1/100。超聲檢測頻

率應(yīng)介于2MHz～10MHz之間。在滿足測量精度的情況下，可采用本文件規(guī)定范圍以外的頻率。

壓電陶瓷片的固有頻率應(yīng)介于2MHz～10MHz之間。

5.4溫度傳感器

要求溫度傳感器能夠在檢測溫度范圍內(nèi)準確測量被檢測螺栓的溫度，且溫度測量精度滿足A級以上。

溫度傳感器應(yīng)定期進行校準。

學(xué)兔兔6測量標準下載

6.1測量位置

如圖2所示，通常在緊固件端面的中間部位進行測量，可由用戶提出要求，或由供需雙方約定。

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a)雙頭螺柱b)螺釘c)螺栓

標引序號說明：

1——緊固件端面的測量部位。

圖2測量位置示意圖

6.2試件準備

檢測表面和反射面應(yīng)平整。檢測時應(yīng)可獲得清晰的橫波和/或縱波的回波?？稍谠嚰嗣嬷虚g位置

植入壓電元件。

6.3耦合劑

耦合劑——對于縱向脈沖回波測量，需要液體來耦合換能器和螺栓之間的超聲波。在常用的耦合劑

中，在適用的情況下，50/50的甘油/水混合物通?？商峁┳罴研Ч?。也可采用輕油或標準的市售超聲

波耦合劑。

檢測過程中如使用耦合劑，以保證在工作溫度范圍內(nèi)探頭與構(gòu)件表面具有穩(wěn)定可靠的聲耦合，則體

波的聲時測量、應(yīng)力系數(shù)標定和無應(yīng)力聲時測量過程使用的耦合劑應(yīng)保持一致。

采用壓電超聲雙波法時，耦合劑應(yīng)能穩(wěn)定耦合橫波的傳導(dǎo)。

6.4標定

6.4.1標定螺栓

標定螺栓的材料、型式尺寸和夾持長度應(yīng)與被測螺栓基本一致（長度誤差應(yīng)在1.0%以內(nèi)），宜選用

同廠家、同批次的同規(guī)格螺栓。有特殊要求時，可按GB/T38811規(guī)定的高能聲束法或按GB/T25712規(guī)定

的振動時效法制備零應(yīng)力螺栓，或通過在彈性階段重復(fù)拉伸多次的簡易方法制備零應(yīng)力螺栓作為標定螺

栓。

大規(guī)格螺栓可采用機加工拉伸試樣進行應(yīng)力系數(shù)的標定，試樣制備和標定方法由供需協(xié)議。

6.4.2標定程序

應(yīng)力系數(shù)標定

螺栓應(yīng)力系數(shù)標定條件應(yīng)與被測螺栓裝配狀態(tài)保持一致。

在環(huán)境溫度（10℃～35℃）下，使用符合GB/T16825.1的拉力試驗機，在材料彈性范圍內(nèi)對標定

學(xué)兔兔螺栓按照GB/T228.1規(guī)定的方法進行拉伸試驗，測量不少于5點，均布在軸向應(yīng)力標準下載（30%～90%）Rp0.2

范圍內(nèi)。宜使用3支標定螺栓的聲時與軸向力試驗數(shù)據(jù)，根據(jù)各測量點拉力值、螺栓公稱應(yīng)力截面積A

計算軸向應(yīng)力，得到應(yīng)力-聲時差標定曲線，擬合得出應(yīng)力系數(shù)。

無應(yīng)力狀態(tài)聲時比標定

對雙波法，測量標定螺栓自由狀態(tài)下縱波和橫波傳播時間TL0及TS0，計算得到無應(yīng)力狀態(tài)聲時比（或

其他聲特征量），至少測量5支標定螺栓，取平均值。若聲時比變異系數(shù)＞0.00025，應(yīng)增加標定螺栓

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數(shù)量，直至變異系數(shù)≤0.00025。

注：變異系數(shù)=標準偏差/平均值。

6.5測量程序

6.5.1單波測量程序

a)測量螺栓自由狀態(tài)下超聲縱波在其長度內(nèi)的傳播時間TL0，體波檢測探頭放置的端面位置應(yīng)與

標定應(yīng)力系數(shù)時保持一致；

b)測量螺栓應(yīng)力狀態(tài)下超聲縱波在其長度內(nèi)的傳播時間TL，探頭放置的端面位置應(yīng)與標定應(yīng)力系

數(shù)和測量TL0時保持一致；

c)根據(jù)應(yīng)力系數(shù)、溫度補償系數(shù)和測得的縱波傳播時間TL0及TL，計算出應(yīng)力狀態(tài)下螺栓的軸向應(yīng)

力和緊固軸力。

6.5.2雙波測量程序

a)測量螺栓應(yīng)力狀態(tài)下超聲縱波在其長度內(nèi)的傳播時間TL和超聲橫波在其長度內(nèi)的傳播時間TS，

探頭放置的端面位置應(yīng)與標定應(yīng)力系數(shù)時保持一致；

b)根據(jù)應(yīng)力系數(shù)、溫度補償系數(shù)、無應(yīng)力狀態(tài)聲時比（或其他聲特征量），和測量得到的縱波及

橫波傳播時間TL及TS，計算出應(yīng)力狀態(tài)下螺栓的軸向應(yīng)力和緊固軸力。

當(dāng)測量精度要求較高時，應(yīng)測量被測螺栓自由狀態(tài)下超聲縱波在其長度內(nèi)的傳播時間TL0和超聲橫

波在其長度內(nèi)的傳播時間TS0。

7數(shù)據(jù)處理

7.1預(yù)緊力計算

單縱波法螺栓軸向應(yīng)力測量的計算式應(yīng)為

TT

LL0（）

KL1

TL0

雙波法螺栓軸向應(yīng)力測量的計算式應(yīng)為：

TT

SS0

TT

LL0（2）

1T1T

S0S

KSTL0KLTL

由單波法或雙波法測得螺栓連接的軸向應(yīng)力后，可根據(jù)螺栓承受軸向載荷的有效截面積計算得到螺

栓連接的預(yù)緊力。

PA（3）

式（3）中，P為螺栓連接預(yù)緊力，σ是螺栓中的軸向應(yīng)力，A為螺栓的有效截面積。

7.2誤差補償

學(xué)兔兔7.2.1溫度補償標準下載

當(dāng)標定和實測溫度不同時，應(yīng)進行溫度補償。

單縱波法螺栓應(yīng)力測量的溫度補償可按式（4）計算：

[TL()L(0)]TL0

KL（4）

TL0

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式中：

——測量無應(yīng)力狀態(tài)聲時的溫度；

——測量應(yīng)力狀態(tài)聲時的溫度。

雙波法螺栓應(yīng)力測量的溫度補償可按式（5）計算：

[(T()()]/[(T()()](T/T)

=SS0LL0S0L0

11（5）

(TS0/TL0){[(TS()S(0)]/[(TL()L(0)]}

KSKL

式中：

ɑS——橫波溫度系數(shù)；

ɑL——縱波溫度系數(shù)。

7.2.2形狀因子補償

螺栓連接僅在夾持長度內(nèi)產(chǎn)生軸向應(yīng)力，螺栓的夾持長度與其總長度往往是不同的，長度的差異與

螺栓形狀和螺母位置有關(guān)，這種長度差異常稱為螺栓連接的形狀因子，應(yīng)對螺栓連接的形狀因子進行補

償。

8在線監(jiān)測系統(tǒng)功能及構(gòu)成

8.1一般要求

用于本標準遠程監(jiān)測方法規(guī)定的風(fēng)電螺栓預(yù)緊力監(jiān)測系統(tǒng)，至少應(yīng)該包括改進的現(xiàn)場檢測系統(tǒng)、網(wǎng)

絡(luò)云服務(wù)、遠程應(yīng)力狀態(tài)監(jiān)視系統(tǒng)。

8.2改進的現(xiàn)