革新风电运维：智能螺栓实时监测破解叶根螺栓断裂难题

-- 客户面临的挑战 --

某风力发电项目4MW风电机组叶根螺栓频繁断裂问题亟待解决（螺栓疲劳断裂情况见图1）。机组长期受困于叶根高应力区螺栓的异常疲劳失效，虽已尝试多种监测手段并更换为TTG圆螺母（取得部分改善效果），但始终未能根治疲劳断裂顽疾。频发的螺栓疲劳失效不仅显著推高维护成本，更严重威胁机组运行安全。为此，亟需部署一套具备实时在线监测功能的螺栓轴力监测系统，通过动态捕捉螺栓受力异常点，实现安全隐患的源头治理。

图 1 叶根螺栓疲劳断裂

-- 创新突破-在线轴力实时监测系统 --

针对叶根螺栓断裂难题，项目最终引入上海应谱科技有限公司研发的智能螺栓在线轴力监测系统。该系统以"轴力动态感知+AI异常诊断"为核心，突破原使用的各种监测技术的局限，实现对螺栓受力状态的全天候数字化监控。

智能螺栓监测方案

螺栓智能传感器

上海应谱科技的智能螺栓由测量螺栓伸长量的传感器和螺栓组成。传感器的关键部件-测量杆嵌入在螺栓内部的盲孔中。当螺栓受到预紧力作用时，会发生轴向伸长，带动内置测量杆产生相对于螺栓头部的微小位移。微型传感元件会实时捕捉该位移变化，并将其转换为电信号传输至智能螺栓监控系统。系统通过分析这些数据，持续追踪螺栓轴力的动态变化，一旦发现异常波动，立即触发预警机制。

图 2 智能螺栓和传感器工作原理图

实时监测与智能部署

高频数据采集传感器以每秒4次的频率自动采集螺栓轴力数据，精准捕捉瞬态载荷波动，确保不遗漏任何异常信号。

科学布点方案应谱科技为每个风机叶片量身定制安装方案：（安装位置见图3，现场实景见图4）。

高应力区：部署7-10根智能螺栓，重点监测易损部位。

低应力区：安装1-2根作为参考基准。

远程可视化监控安装完成后，螺栓轴力数据实现实时可视化。客户可通过远程平台随时查看高应力区螺栓的受力特征，及时掌握设备运行状态。

图 3 智能螺栓安装分布示意图

图 4 现场安装了智能螺栓

实时轴力监测：发现问题与解决方案

异常数据揭示隐患

系统监测显示：在相同工况下，三个叶片的叶根螺栓动载荷存在显著差异。

叶片B高应力区螺栓动载荷（见图5）高达叶片A的两倍。

这一异常数据与现场记录的叶片B螺栓频繁断裂现象高度吻合。

图 5 叶片B高应力区螺栓动载荷比叶片A高出一倍以上

根本原因分析

基于应谱科技的轴力数据库和现场数据对比，专家团队判断：叶片B法兰变形导致间隙过大，这是引发螺栓动载荷异常的根本原因。

专业建议

立即对法兰面进行全面检查。

通过加装垫片调整法兰间隙。

持续监测轴力变化，验证调整效果。

-- 现场实施与效果验证 --

改造措施

按建议加装定制垫片（见图6）。

图 6 加装垫片记录

显著成效

螺栓动载荷显著降低（见图7），载荷值回归安全范围，彻底解决螺栓频繁断裂问题。

图 7 加装垫片前后的螺栓动载荷对比

-- 案例启示：智能监测重塑风电运维 --

技术价值

行业意义