风力发电机吊装关键技术研究及其应用_张建.pdf

2023 年第 3 期2023 Number 3水电与新能源HYDOPOWE AND NEW ENEGY第 37 卷Vol37DOI:10 13622/j cnki cn42 1800/tv 1671 3354 2023 03 016收稿日期:2022 07 05作者简介:张建，男，工程师，主要从事电力工程施工和技术管理研究。风力发电机吊装关键技术研究及其应用张建1，王玉龙1，吴志宏1，金晶1，刘柯1，高阳2(1 中国能源建设集团湖南省电力设计院有限公司，湖南 长沙410007;2 河南送变电建设有限公司，河南 郑州450051)摘要:针对大型风力发电机组吊装安全风险等级高，施工难度大等问题，结合宁乡双凫铺风电场风机吊装实践，介绍吊装设备选型、风叶和轮毂整体吊装施工方法及其施工过程和吊装安全要点。工程实践证明，该施工方法顺利完成了风轮吊装施工，保证了施工安全和质量，可供今后风轮吊装施工借鉴。关键词:风机吊装;风轮组装;吊车选型;安装工程;新能源工程中图分类号:TM614文献标志码:A文章编号:1671 3354(2023)03 0060 04Key Technologies of Hoisting Construction of Wind TurbinesZHANG Jian1，WANG Yulong1，WU Zhihong1，JIN Jing1，LIU Ke1，GAO Yang2(1 China Energy Engineering Group Hunan Electric Power Design Institute Co，Ltd，Changsha 410007，China;2 Henan Electric Power Transmission Transformation Construction Co，Ltd，Zhengzhou 450051，China)Abstract:Hosting construction of large wind turbine units is of high safety risks and great operation difficulty Based onthe hosting construction practice of wind turbines in Ningxiang Shuangfupu Wind Farm，this paper introduces the hoist-ing construction technologies，construction process and key safety issues，including the selection of hoisting equipment，and the integral hoisting of wind blades and turbine hub Engineering practice shows that the wind turbine hoisting con-struction is successfully completed with these construction technologies，and the construction safety and quality are en-sured It can be useful reference for the hoisting construction of wind turbines in similar projectsKey words:wind turbine hoisting;wind turbine assembly;crane type selection;installation works;new energy project宁乡双凫铺风电场工程设计安装 13 台山地分散式风力发电机组，总规模 40 2 MW。在风力发电机吊装施工中，吊装难度最大和技术要求最高的是风叶和轮毂的吊装1 2。目前，常用的施工方法为风叶和轮毂组装后整体吊装，在吊装过程中因操作不当易造成叶片损坏3 5，并产生较大的安全隐患。针对风力发电机叶片和轮毂吊装难度大、安全风险高，必须对吊装设备选型、叶片和轮毂组装、吊装进行分析，编写详尽的施工措施，以确保完成工程安全、质量目标6。下面就设备选型、施工控制、安全要点进行详细的论述。1设备选型及相关计算11吊装高度计算H=h1+h2+h3+h4+h5(1)式中:H 为吊装高度，m;h1为承台高度，取值 0 5 m;h2为塔筒高度，取值 96 9 m;h3为机舱高度，取值4 1 m;h4为吊具高度，取值 5 m;h5为安全限位高，取值 3 m。H=0 5+96 9+4 1+5+3=109 5 m12吊装载荷计算本项目中，机舱为最重、最高物件，载荷以机舱的参数进行计算。设备吊装载荷计算如下:1 2 1风荷载计算Fw=Cw Pw A(2)式中:Fw为作用在机舱上的风荷载，kN;Cw为风力系数，取值 1 6;Pw为计算风压，按允许吊装最大风速8 m/s，空气密度 1 29 kg/m3计算，取值 0 4 kN;A 为垂直于风向的迎风面积，取值 41 82 m27 8。Fw=1 6 0 4 41 82=26 8 kN06张建，等:风力发电机吊装关键技术研究及其应用2023 年 3 月1 2 2吊装载荷计算G=(G1+G2+G3+Fw)K1(3)式中:G 为吊装时的实际载荷，t;G1为机舱重量，取值112 t;G2为吊索具重量，取值 19 t;G3为钢丝绳重量，取值 4 t;Fw为风荷载，取值 26 8 kN;K1为动荷载系数，取值 1 1。G=(112+19+4+26 8/9 8)1 1=151 5 t13主吊选择通过计算所得，主机吊装荷载为 151 5 t，最高起升高度为 109 5 m。经查询相关吊车参数，徐工650 t 履带吊满足吊装要求。考虑设备吊装、卸车、主吊拆组，配备 2 台 80 t汽车吊辅助吊装。吊装工况选择:徐工 650 t 履带吊，该吊车为主臂102 m+副臂 12 m 的吊装风电超起工况，杆臂全长114 m，作业半径18 m。额定起重量为195 t，负载率为77 7%，满足使用要求。抗杆计算:吊车主臂 102 m+副臂 12 m=114 m，作业半径 18 m，工作幅度 15。吊车杆顶距地面距离 110 m 塔筒高度 96 9 m 机舱高度 4 1 m=9 m。机舱距主臂杆距离为 2 m 0 5 m，满足要求。14地耐力计算P=(Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6+Q7+Q8)k1/(S N)(4)式中:P 为地基承载力，t;Q1为履带吊主机重，取值180 t;Q2为吊车尾部配重，取值200 t;Q3中心压重，取值 65 t;Q4超起配重，取值 50 t;Q5吊钩和钩绳，取值12 t;Q6为超起杆，取值 66 t;Q7为臂杆系统，取值120 t;Q8为被吊装设备荷载，取值 151 5 t;k1为不均匀载荷，取值1 3;S 为路基箱面积，取值14 4 m3;N 为路基箱数量，取值 10 个。P=(180+200+65+50+12+66+120+151 5)1 3/(14 4 10)=7 6 t/m2基面需进行平整夯实，经试验检测后地面耐压力不得小于 7 6 t/m2。2风轮组装施工要点21风轮简介风轮由 3 支叶片和 1 个轮毂组成，参数见表 1。表 1叶片和轮毂参数设备名称尺寸/m重量/t叶片7817 947轮毂4 140 5822风轮组装前准备1)轮毂站位。根据风机平台情况，确定轮毂和风叶组装的范围，采用吊车将支撑和轮毂安放到地面平整、夯实的指定区域，轮毂与叶片对接安装区域无障碍物。2)手动变桨。准备好380 V 三相发电机、稳压器、电力电缆及服务操作盒。确认电压、相序正常，先合上柜内所有断路器，再合上主开关，将变浆轴承(叶根法兰盘)0标记点与叶片前缘 0标记点对齐9。叶片上的螺栓由吊车控制穿入变浆轴承(叶根法兰盘)上的螺孔内，如变桨轴承 0标记和叶片前缘 0标记点无法对齐，可手动逆时针变桨微调，微调范围不超过 1 个螺栓孔位置，保证叶根螺栓能正常插入变桨轴承。如图 1 所示。图 1变桨轴承零位标记图23叶片起吊因双凫铺风电场属山地风场，采用单台吊车吊装叶片，此时，吊车起吊位置位于距离重心前后约 5 5 m的两个吊点，根据厂家说明书，2 个吊点的吊带必须处于双箭头内(不含箭头)，且 2 个吊点位置采用前缘保护罩和后缘保护罩对叶片进行保护，保护罩内垫约15 mm 厚度的橡胶等软填充料，避免叶片局部裂纹或损伤，如图 2 所示。在叶尖安装好叶尖护套，捆绑至少 1 根控制绳，在叶片的根部螺栓上也应捆绑 1 根短的控制绳，用于控制叶片起吊后的位置。16水 电 与 新 能 源2023 年第 3 期图 2叶片吊装示意图当控制绳的人员均到位后，缓缓起吊约 100 mm，检查起吊过程中是否存在不平衡、不平稳现象10，是否会损坏叶片后缘。如有异常，必须需将叶片落下，对叶片吊点做微调。然后再次试吊，直至叶片能够平稳起吊且不干涉叶片后缘。试吊成功后，将叶片前工装的螺母拆下，然后缓缓起吊，将叶片前工装拆下并更换，涂抹润滑剂;再缓缓起吊，通过吊车和控制绳调整，逐渐将叶片对准轮毂上的变桨轴承法兰。24叶片安装先对叶片叶尖侧副吊点位置进行支撑，再解除吊车的吊带，防止风轮倾覆。因吊装作业场地不同不能支撑则用吊车进行支撑，叶片与支撑接触部位应垫放柔软材料，避免损坏叶片。手动变桨使变桨轴承上的红色对零安装标记与叶片 0标记对齐，确保标记对齐后微微调整叶片和变桨轴承，使所有的叶片螺栓对准法兰面上的螺栓孔，并缓缓进入，直到叶片法兰面与轴承法兰面基本贴合。风轮组装如图 3 所示。将已经涂抹好润滑剂的高强度垫圈和六角螺母安装到叶片螺栓上，分两次对螺母进行力矩紧固，力矩紧固采用对称交错的方式紧固，每次的起点应错开120，使叶片与变桨轴承安装面间无间隙。25叶片支撑待变桨轴承与叶片紧固完成后，将溜尾叶片变桨至后缘面朝上，将主吊点的 2 支叶片变桨至叶片后缘朝下，安装叶片锁定装置并紧固螺栓。图 3风轮组装实物图叶片锁定后，如果不能立即起吊，叶片必须采用工装或辅助吊车进行有效的支撑，不允许叶片超过 2 h处于无支撑状态。26轮毂组装安装时先确认轮毂编号和轮毂冒对应，螺栓涂抹二硫化钼并安装紧固。轮毂罩顶盖扣合前，在安装法兰面均匀涂抹密封胶，轮毂罩顶盖扣合后，接缝处密封可靠、匀称。拆除轮毂罩上的吊装孔盖及其安装螺栓。3风轮吊装施工要点31吊具安装拆除轮毂吊具施工孔上的专用螺栓，在轮毂上安装吊座，组装吊具本体，安装吊带和卸扣。吊具组装完毕后，在 2 支风叶尖部捆绑揽风绳和叶尖套，风轮吊装过程控制转动。然后主、辅吊同时启动进行试吊，吊离地面约 100 mm 时暂停起吊，检查确认吊件平稳后，放至地面并拆除工装和轮毂相连螺栓。32风轮对接1)风轮起吊与调整。2 台吊车协同作业并缓慢起吊风轮，调整起吊高度使叶片、轮毂从水平朝向变成竖立垂直。吊装过程中须确保风叶尖部距离地面不小于1 m，防止风叶叶尖与障碍物或地面发生刮擦。如图 4所示。2)风轮起吊与对接。风轮吊装至机舱高度，通过风叶缆风绳调整风轮位置，倾角与主轴对接法兰面一致，制动器和轮毂锁打开，制动盘转动，对齐锁盘标记和瞄准装置，调整主轴和风轮并穿入螺栓。安装完成后，调整风轮使其中 1 支风叶和地面垂直，轮毂两侧通道水平走向，严禁倾斜。如图 5 所示。需要注意的是，风轮锁盘上只有 6 个孔有划线标记，瞄准装置与制动盘标记的孔对齐，然后再根据风轮螺栓位置轻微调节对齐即可，不得使瞄准装置与风轮26张建，等:风力发电机吊装关键技术研究及其应用2023 年 3 月图 4风轮水平起吊图图 5风轮起吊与对接图锁盘标记偏差过大。风轮锁采用手轮式，锁定风轮锁操作过程为:先确保风轮锁指针与标记对齐，再用液压抱闸刹住高速盘，再到主轴顶部手动将风轮锁旋入。3)螺母安装。将已经预处理的六角螺母、高强度垫块拧进螺杆，并手动预紧螺母，尽可能使轮毂与主轴贴合，按顺时针方向分两次紧固螺栓，此时严禁吊车松钩。与风轮锁等处干涉的少部分螺栓，可在吊具摘下后，通过盘车转动主轴，再依次进行两次力矩紧固。4)吊具拆卸。吊具拆除前，必须将高速轴刹死，锁住风轮后人员才可以进入轮毂内，吊具拆除完毕，人员离开风轮后，松开高速轴制动器和风轮锁。进入轮毂和轮毂罩之间，拆除单点吊具中吊座和本体连接的销轴，再松开捆绑带，将本体吊至地面。4风轮吊装安全要点1)施工前获取准确的气象信息，严格按照起重作业安全操作规程组织吊装作业。8 m/s 及以上风速严禁风轮组装和吊装。2)吊装前，将叶片上固定的缆风绳和风机平台周边提前设置的锚点连接，缆风绳随风轮的提升缓慢放松，确保缆风绳始终受力，防止突遇瞬时强风或大风使风轮不受控制。3)当突遇瞬时强风或大风时立即停止吊装提升，并安排专人将缆风绳和锚点锁定牢固，防止风轮随风摆动，疏散现场非施工人员，待风速低于 8 m/s，周围气象无异常后，将风轮平稳降至地面，检查设备各部位及吊点正常后在重新起吊。4)在机舱上作业的人员突遇瞬时强风或大风，需立即锁紧和关好安装门孔，做好安全防护措施，马上撤离现场，返回至安全地带。5)在机舱上作业期间，正确穿戴安全防护用品，系好缓冲装置，防止高空坠落。5结语风力发电机吊装施工属超过一定规模的危大工程11，主吊设备选型、风轮吊装关系着风机吊装成功与否，经宁乡双凫铺风电场工程现场施工验证，以上施工方法为风轮吊装施工提供了可靠的技术指导，方便安全的指导了现场施工，为今后风机风轮吊装施工提供借鉴。参考文献:1 张程远，项建强 10MW 海上风力发电机组风轮吊装技术研究 J 水电与新能源，2022，36(5):48 51 2 高挺，赵洁 风电场风机叶轮组装及吊装浅析 J 建筑工程技术与设计，2017(26):1525 1525 3 吴光军，吴鸣寰，罗浩然 风机叶片损坏分析及修复方法 J 水电与新能源，2018，32(7):72 75 4 杨昌杏，李录平 风力机叶片损伤故障检测技术研究进展 J 发电技术，2020，41(6):599 607 5 倪晨锋，李德源，汪显能，等 10MW 风力机叶片设计及其在随机风载荷下的响应分析J 新能源进展，2016，4(3):206 212 6 王爱国，杨泽敏，胡宗邱 浅谈海上风力发电机组安装技术 J 水电与新能源，2019，33(11):65 70 7 刘玉涛，龚永庆，徐双全 一种新型塔吊高空支模钢平台的研究与应用 J 结构工程师，2018，34(2):160 166 8 陈安杰，王策，贾娅娅，等 基于 BEM 的风力机叶片气动性能计算分析 J 工程力学，2021，38(z1):264 268 9 周庆辉 大跨径钢桁架桥整体吊装施工技术J 建筑施工，2019，41(6):1 118 1 120 10 华电郑州机械设计研究院有限公司，中国华电科工集团有限公司，郑州国电机械设计研究所有限公司 一种风力发电用电气施工吊装架:CN202121891120 7 P 2022 02 01 11 NB/T 10575 2021，风电场重大危险源辨识规程 S36