Das wartungsfreie Schraubsystem
TECNOLOGÍA
Unión atornillada libre de mantenimiento de IHF
Factores que influyen en la fuerza de pretensado del conjunto
Los siguientes factores influyen en la fuerza FM:
- Placas/brida: Aquí es importante tener en cuenta las tolerancias dimensionales, así como de forma y posición.
- Elementos de fijación: Aquí hay que tener en cuenta las tolerancias de dimensión, así como de forma y posición.
- Procedimiento de apriete: Distinción entre métodos de torsión y de apriete.
La confirmación de que una unión atornillada no necesita mantenimiento puede realizarse utilizando un sistema de medición adecuado, como el sistema USB con tecnología Intellifast.
Un estudio a largo plazo confirma que no es necesario mantenimiento
Multitud de mediciones ultrasónicas en aerogeneradores durante 10 años lo demuestran: Las fijaciones IHF no requieren mantenimiento
Los elementos de fijación IHF Stretch Bolt, IHF Stud Bolt e IHF Round Nut, certificadas por ETA, han sido diseñados especialmente para uniones atornilladas sometidas a tracción en construcciones de acero, como las que se encuentran en las bridas anulares de los segmentos de las torres de aerogeneradores. Un estudio a largo plazo basado en mediciones por ultrasonidos así lo demuestra: Las fuerzas residuales de pretensión medidas están dentro de un estrecho margen de tolerancia y son tan precisas que las uniones atornilladas se instalan según un proceso de atornillado especificado y no necesitan someterse a más comprobaciones. Con este objetivo, se utilizan en serie técnicas de medición adicionales basadas en ultrasonidos en la nube para proporcionar la verificación. A partir de esta circunstancia, la unión atornillada se define como "sin mantenimiento".
Esto significa que las fijaciones IHF están sujetas a muchos menos intervalos de inspección que las uniones atornilladas de alta tensión convencionales, lo que puede ahorrar considerables costes de mantenimiento (especialmente en aplicaciones en alta mar - offshore).
Resultados de medición precisos como resultado de la optimización de la tensión y los procedimientos de apriete.
Los resultados de medición precisos son el resultado de una fabricación precisa de los elementos de fijación IHF y su diseño de tensión optimizada, así como a la altísima precisión del sistema de apriete hidráulico sin fricción ni torsión con tensionadores de pernos.
Una precisión comparativamente alta de las fuerzas de precarga del conjunto no puede alcanzarse cuando se utilizan fijaciones HV convencionales, que se pretensan según el método de par de apriete por fricción. Esto es especialmente cierto en el caso de uniones atornilladas superiores a M30. Este potencial de optimización se aprovechó eficazmente en el diseño de las fijaciones IHF. También se tuvo en cuenta que los pernos de los segmentos de las torres de los aerogeneradores no están sometidos a cargas de cizalladura, sino principalmente a cargas de tracción.
Si los elementos de fijación IHF se pretensan hidráulicamente con cilindros tensionadores de pernos sin fricción ni torsión, se denomina sistema de apriete IHF (inglés "Stretch" [téc.] = alargamiento elástico).
Las fijaciones de alta tensión convencionales no pueden cumplir plenamente los requisitos actuales
En la actualidad, las uniones convencionales pretensadas con par, se utilizan sobre todo para atornillar torres de tubos de acero a aerogeneradores. La norma HV no puede satisfacer plenamente esta aplicación debido a su larga historia:
Los orígenes normativos se remontan a 1962 e incluso más atrás (DIN 6914, 6915, 6916). En esas normas, originalmente se consideraban sobre todo las uniones atornilladas en puentes o estructuras de acero que, sin embargo, están expuestas principalmente a cargas de esfuerzo cortante o están diseñadas para plafones perforados. La norma HV se amplió sucesivamente de M36 a M48, luego a M64 y finalmente a M72.
Fácil sustitución: Misma presión superficial con menos componentes y menos juntas de separación.
El Stretch Bolt / el IHF Stud Bolt y IHF Round Nut, se han diseñado especialmente para cargas de tracción. A diferencia de los elementos HV convencionales, los elementos IHF no llevan arandelas. Las arandelas están integradas en la cabeza del perno y en la tuerca. Esto reduce el número de juntas de separación. Además, se elimina una posible fuente de error debida a una instalación incorrecta de las arandelas.
Comparación de las juntas de separación: El sistema de apriete IHF tiene menos juntas de separación que el sistema HV estándar.
Ventajas del sistema de apriete hidráulico sin fricción ni torsión
En la tecnología de atornillado, los métodos de apriete se dividen en métodos de torsión y de tracción. En el método de tracción, la fuerza de precarga (FM ) requerida se aplica mediante el alargamiento puramente axial del perno por medio de un cilindro tensionador de pernos. Debido a este apriete hidráulico de los pernos sin fricción ni torsión, se produce una dispersión muy pequeña de la fuerza de pretensado de montaje (FVM ) de ± 1 %. El resultado son fuerzas de precarga (FM ) precisas y uniformes.
En los procesos de torsión, la fuerza de precarga (FM ) alcanzable es el resultado de los coeficientes de fricción estáticos y dinámicos existentes en la rosca y en la superficie de contacto (fricción de la rosca y fricción de la cabeza). Estos factores pueden variar tanto de un tornillo a otro que no es posible encontrar una base de cálculo válida.
Además de las imprecisiones en la fuerza de precarga (FM ) alcanzable, los pernos también reciben cargas de flexión y torsión, que pueden provocar un aumento de la tensión y, en caso de sobrecarga, el fallo de la unión atornillada. No es posible utilizar otros métodos, como el del ángulo de rotación, porque siempre hay un hueco entre las bridas de los anillos y, por tanto, no se puede definir con precisión el punto de unión. Mediante el uso de tensionadores de pernos, la holgura se cierra rápidamente.
torsionsfreien Vorspannens
Método de par convencional: Debido a la dificultad de calcular la fricción entre la rosca y el cabezal, pueden producirse fuertes fluctuaciones de hasta el 100 % al aplicar las fuerzas de precarga.
Los resultados de las mediciones confirman una unión atornillada sin mantenimiento
La medición de la fuerza de precarga de la unión se realizó, por un lado con ayuda de un método mecánico de medición de longitudes y, por otro, con el sistema USB (sistema de medición por ultrasonidos). Con el sistema USB, se integra firmemente un sensor ultrasónico en la cara de la cabeza del perno (inglés "sputtering") que garantiza una gran precisión de los resultados de medición.
Sistema USB: Medición de los resultados mediante un sistema de medición por ultrasonidos.
Las pruebas prácticas se realizaron por encargo y en colaboración con conocidos fabricantes de aerogeneradores en turbinas de las clases 1,5 MW, 2,5 MW y 6,0 MW. Se examinaron dimensiones de perno desde M30 hasta M72. Todas las pruebas realizadas demuestran que el sistema de apriete IHF no requiere mantenimiento.
Resultados de las mediciones de los elementos de fijación IHF M48: gracias a las fuerzas de precarga de precisión constante, la unión atornillada no requiere mantenimiento
Durch die konstant präzisen Vorspannkräfte ist die Schraubenverbindung wartungsfrei.
Requisitos de una unión atornillada sin mantenimiento
DLos principales requisitos de un vistazo:
- Una pequeña dispersión de la fuerza de precarga (FM )
- Fabricación precisa de los elementos de fijación
- Número reducido de juntas de separación
Las tolerancias geométricas de los elementos de fijación utilizados deben estar dentro de un margen de dispersión pequeña y el número de juntas de separación debe reducirse al mínimo. Además, debe existir una relación de longitud de apriete suficiente. El sistema innovativo de apriete IHF cumple los requisitos de una unión atornillada sin mantenimiento, ya que la dispersión de la fuerza de precarga del conjunto es muy pequeña debido al uso de herramientas de tracción y las juntas de separación pueden reducirse gracias a las arandelas integradas.
Otras ventajas: Reducción de las dimensiones de las bridas, montaje más rápido
Además de la reducción de los costes de fabricación gracias a las dimensiones más compactas de las bridas, también se pueden reducir los costes de montaje durante la instalación inicial gracias a un proceso de atornillado más rápido. Las bridas anulares que se sujetan con cilindros tensionadores de pernos se atornillan más rápido, ya que no se necesita un contraapoyo para la llave dinamométrica. Dependiendo de la dimensión y el número de pernos, el tiempo de montaje por brida anular puede reducirse hasta un 50 %, como demuestran los resultados prácticos.
En comparación con los atornilladores de giro continuo eléctricos, neumáticos y a batería, los tensionadores de pernos también ofrecen un menor peso y un posicionamiento fiable, ya que la posición de apoyo del tensionador de pernos en la superficie de apoyo de la brida está predefinida. El pretensado hidráulico sin fricción ni torsión de pernos con cilindros tensionadores de pernos ya se utiliza en turbinas de aerogeneradores para pernos de rodamientos y cajas de engranajes, así como para pernos de cimentación. La tecnología se desarrolló hace más de 40 años para aplicaciones en rodamientos antifricción de gran diámetro y para turbinas de gas y vapor, y se ha ido perfeccionando continuamente.
En la actualidad, ITH lleva a cabo la transferencia de tecnología para aplicaciones en la construcción de acero general. Esto incluye el hecho de que los elementos de fijación IHF han recibido la Evaluación Técnica Europea (ETA) del Instituto Alemán de Ingeniería Estructural, así como la certificación de DNV.
Conclusión: menos costes de mantenimiento y material con IHF
El innovador sistema de apriete IHF sienta nuevas bases en la construcción de acero, ya que, además de un menor gasto de material y, por tanto, de costes, permite realizar una unión atornillada más rápida y sin mantenimiento. Las ventajas son:
- Las uniones atornilladas sin mantenimiento reducen significativamente los costes de mantenimiento (especialmente en aplicaciones en alta mar - offshore).
- Instalación inicial más rápida y mayor disponibilidad del sistema.
- Las fijaciones IHF han recibido la certificación ETA (Evaluación Técnica Europea) del Instituto Alemán de Tecnología de la Construcción, así como la certificación de DNV.
