T_CRES0018-2023《风力发电机组预应力基础锚栓笼组合件技术规范》标准解读.pdf

冶金标准化与质量2024,Vol.62,No.216T/CRES0018-2023风力发电机组 预应力基础锚栓笼组合件技术规范标准解读赵智垒1,3，赵绍谚1,3，杨中桂1,2,3（1.中船海为高科技有限公司 河南 郑州 450001；2.中国船舶集团有限公司第七一三研究所 河南 郑州 450015；3.河南省预应力高强度栓接结构连接件工程研究中心 河南 郑州 450001）摘要：风电领域锚栓笼组合件团体标准 T/CRES0018-2023风力发电机组 预应力基础锚栓笼组合件技术规范于 2023 年 10 月正式发布，规定了锚栓笼组合件的通用要求、安装要求及张拉要求，为陆上风力发电机组预应力基础锚栓笼组合件的设计、安装和张拉提供依据。本文介绍了该团体标准研制背景与意义、任务来源及制定过程，并详细解读了标准的主要内容，分析了标准的实施效果及后续工作建议，旨在促使相关方更好地理解该标准内容及使用该标准，推动该标准的广泛应用。关键词：风力发电机组;预应力基础;锚栓笼组合件;团体标准中图分类号：F406文献标识码：B文章编号：1003-0514(2024)02-0016-04Interpretation of T/CRES0018-2023，Wind turbineTechnical specification for prestressed foundation anchor cage assemblies Zhao Zhilei1,3，Zhao Shaoyan1,3，Yang Zhonggui1,2,3（1.CSSC Haiwei Tech Co.，Ltd.，Zhengzhou 450001，China；2.The 713 Research Institute of CSSC，Zhengzhou 450001，China；3.Henan Province Prestressed High-strength Bolted Structural Connector Engineering Research Center，Zhengzhou 450001，China）Abstract：T/CRES0018-2023，Wind turbineTechnical specification for prestressed foundation anchor cage assemblies,the association standard about anchor cage assemblies in wind power generation field,was officially released in October 2023,which stipulated the general requirements,installation requirements and tensioning requirements of anchor cage assembly,providing a basis for the design,installation and tension of anchor cage assembly of prestressed foundation for onshore wind turbine.This paper introduces the background and significance,task source,and formulation process of the group standard,main contents and basis of the association standard,and analyzes the implementation effect of the standard and suggestions for follow-up work,aiming at promoting the relevant parties to understand the content and use the standard better,and promoting its wide application.Key words：wind turbine；prestressed foundation；anchor cage assemblies；association standard收稿日期：2024-02-28作者简介：赵智垒(1991)，男，工程师。bz2402正文.indd 16bz2402正文.indd 162024/4/17 9:35:412024/4/17 9:35:41标准研究172024,Vol.62,No.2在风力发电领域，风机基础是风电技术装备的重要组成部分，用于风力发电机组的固定，与塔筒一起将风力发电机竖立在 60 170 m 的高空，承受360的交变载荷。风机基础一旦出现质量问题，将影响风力发电机组的安全服役，甚至造成灾难性后果。因此，风机基础作为确保风力发电机组稳定运行的决定性因素，其设计和施工一直是我国风电产业发展的重点和难点之一。近些年来，国内风电机组单机容量相继出现了3、5、10、15、18 MW 等机型，风机基础载荷也随之增大，传统基础环式风机基础相继出现裂隙、遇水冒浆、倾斜度超标等质量问题1，导致其应用范围越来越小。预应力风机基础是 21 世纪初出现的新型风机基础，利用锚栓（锚杆）代替了基础环。锚栓一般为两端螺纹、中间光杆的大长径比结构型式，长度约为 4 12 m，材质为 42CrMo 等合金钢。在工程应用中，由锚栓、锚板等基础结构件组成的锚栓笼组合件通过调平处理具有较高的水平精度，通过其与混凝土的锚固自锁作用和整体预应力张拉技术，将风机塔筒紧紧地固定在风机基础之上1。预应力风机基础具有抗弯抗倾覆能力强、工况适应性强、施工效率高、建设成本低等显著优点2-3，已取代基础环式风机基础成为国内外主流风机基础型式。1研制背景与意义随着国家“3060”双碳目标等清洁能源领域政策与战略的深入实施，风电装备发展日新月异，18MW+海上风电机组、10MW+陆上风电机组等超大型风电机组相继问世，风电机组正朝着大功率、长叶片、高塔筒、大载荷方向快速发展，对锚栓笼组合件的综合性能、施工效率及安装维护提出了更高要求。目前国内外关于预应力锚栓笼组合件无任何标准规范，仅在 DNV 的 Guidelines for Design of Wind Turbines 等设计手册中略有提及，未对产品性能进行系统描述和量化规定。随着预应力基础的快速发展，国内主机厂商均以企业标准的形式发布适用于本企业的标准，未形成相关的国家标准、行业标准或团体标准。同时，各自企业标准存在要求不统一、最新标准获取难、适用范围有限等问题，限制预应力风机基础的推广应用。在此背景下，为弥补现阶段国内预应力风机基础锚栓笼组合件标准空白，解决现有企业标准中锚栓笼组合件安装要求、张拉要求、质量控制等规定不明确、不统一的问题，应制定 风力发电机组 预应力基础锚栓笼组合件技术规范，为行业内相关用户提供标准化参考依据，推动预应力风机基础应用，促进风电行业高质量发展。2任务来源本标准来源于中国可再生能源学会 2021 年 8月 13 日下发的“关于 2021 年度学会团体标准立项的通知（中再学 202111 号）”，由中国可再生能源学会负责本标准归口管理。3制定过程本标准历经筹建标准工作组、调研及搜集资料阶段、召开编制工作启动会、征求意见、中国可再生能源学会风能专委会技术审查、中国可再生能源学会技术审查、报批、专家审查、发布阶段等阶段于2023 年 10 月 20 日发布，于 2023 年 12 月 1 日实施。4主要内容解读4.1标准框架标准包括前言、范围、规范性引用文件、术语和定义、通用要求、安装、张拉及附录。其中，通用要求、安装、张拉为主要技术内容。4.2适用范围标准规定了风力发电机组预应力基础锚栓笼组合件的通用要求、安装要求及张拉要求，适用于陆上风力发电机组预应力基础锚栓笼组合件的设计、安装和张拉，海上风力发电机组预应力基础锚栓笼组合件的设计、安装和张拉可参照执行。4.3术语和定义目前风电领域相关单位在对风机基础使用的预应力锚栓笼组合件没有形成统一的规范性定义，大部分以“风力发电机组用锚栓组件”或“锚栓组合件”统称2-3。结合预应力风机基础结构件的特点，标准对锚栓笼组合件进行明确的定义，形成统一术语，有利于行业内形成共识，促进行业内对锚栓笼bz2402正文.indd 17bz2402正文.indd 172024/4/17 9:35:422024/4/17 9:35:42冶金标准化与质量2024,Vol.62,No.218组合件的认识。锚栓笼组合件是由锚栓组件、锚板和配套件等组成的圆柱形笼状组合件，用于风力发电机组基础与塔筒法兰的连接。4.4通用要求标准对锚栓笼组合件、锚栓组件、配套件的组成进行规定，同时，给出了锚栓、螺母、支撑螺母与锁紧螺母、垫圈及锚板的尺寸规格要求。其中，锚栓及螺母均包括行业内常用的圆弧螺纹及普通螺纹两种螺纹结构型式。标准对锚栓、螺母、垫圈、锚板及配套件的材料进行了详细规定。并对作业环境及设备等提出明确要求，以确保锚栓笼组合件的安装及张拉顺利进行。4.5安装4.5.1基本要求、安装流程及锚栓组件准备根据锚栓笼组合件图样抽检锚栓尺寸并检检锚板尺寸，锚栓抽检比例应不低于 5%，锚板检验比例应为 100%，二者满足图样要求后方可使用。在预应力基础混凝土垫层强度不低于混凝土标号强度的 80%时，方可按图 1 开始锚栓笼组合件安装工作。的安装精度直接影响整个风机安装和运行的精度。4.5.3定位锚栓安装、普通锚栓安装定位锚栓是决定锚栓笼主体结构的关键部件，同时定位锚栓尼龙螺母和锁紧螺母（薄螺母）的安装精度是影响上锚板下表面到下锚板上表面间距的关键因素。定位锚栓上端应露出上锚板上表面（2 6）扣螺纹。普通锚栓组件由于数量比较多，同时在安装过程中考虑到锚栓笼整体受力的均匀性，需对普通锚栓组件按照一定的顺序进行施工安装，保证锚栓笼安装完成后整体受力的均匀性。普通锚栓安装时，内、外圈宜分别采取顺时针和逆时针的顺序，保证锚栓笼的整体受力均匀。4.5.4锚栓笼调整、检验及加固锚栓笼调整的要点是锚栓垂直度调整，锚栓的垂直度是影响风机塔筒安装精度的关键因素。锚栓笼安装完毕后下锚板下端螺母垫片的隐蔽验收工程，由于锚栓笼在混凝土浇筑完毕后，锚栓组件大部分为不可更换式结构，因此下锚板下端螺母和垫片的安装和拧紧力矩的施加是影响锚栓笼质量的关键。上锚板水平度的调整和锚栓笼的加固，锚栓笼的稳定性加固，可以有效的预防风机基础混凝土浇筑过程中对锚栓笼造成的不可预估的冲击，上锚板的水平度制约着风机塔筒 T 法兰安装和塔筒T 法兰下表面与上锚板上表面的贴合精度。按照表1 进行锚栓笼组合件质量检验。锚栓笼组合件经检验验收合格后，应对其进行加固，焊接至少 6 根螺纹钢筋加固锚栓笼。螺纹钢筋上端与上锚板下表面焊接，下端与下锚板内圆及基础预埋件焊接，钢筋交汇点焊接，以加强锚栓笼的整体稳定性。4.6张拉4.6.1第一次张拉阶段及第二次张拉阶段在风力发电机组底部塔筒安装就位后，用液压拉伸器张拉锚栓至 70%的超张拉力。先对角张拉0、90、180、270四个点锚栓，应按照先筒外后筒内的顺序进行张拉。待机舱或叶轮吊装完成后，应对全部锚栓进行二次张拉，张拉至 100%的超张拉力，张拉顺序同第一次张拉阶段张拉顺序。4.6.2张拉验收及维护目视检查全部锚栓，若锚栓无紧固标识或锚栓锚栓组件准备下锚板安装上锚板安装定位锚栓安装普通锚栓安装锚栓笼调整检验锚栓笼加固图 1锚栓笼组合件安装流程受不同地域的地勘影响和风机不同工况载荷的差异，风机基础锚栓笼组合件埋入地下的基础高度不一，因此在定位锚栓和普通锚栓的准备工作时要严格按照施工图样要求对尼龙螺母和锁紧螺母（薄螺母）的安装位置进行严格定位。4.5.2下锚板及上锚板安装对下锚板及上锚板的安装及锚板水平度进行要求。下锚板是整个锚栓笼组合件的基础平台，下锚板的施工精度要求将直接影响锚栓笼的后续安装质量，下锚板安装的实施质量控制要点是锚栓孔孔距的测量、相对风机基础中心的误差、下锚板上表面的平面度和下锚板上表面到预埋件的标高距离。上锚板是支撑风机塔筒 T 法兰的平台，上锚板bz2402正文.indd 18bz2402正文.indd 182024/4/17 9:35:422024/4/17 9:35:42标准研究192024,Vol.62,No.2上端露出法兰长度与相邻其他锚栓长度有差异，则应重点抽查检验。张拉验收应采用液压拉伸法，应按照先筒外后筒内的顺序进行张拉，首先对角张拉检验 0、90、180、270四个点，完成后按顺序对角张拉检验其余锚栓。锚栓张拉验收分为“欠紧固”检查和“过紧固”检查。表 1锚栓笼组合件安装质量检验项目和要求序号检验项目检验要求检验工具1下锚板与基础中心同心度 10 mm经纬仪、线坠、钢尺2锚栓笼垂直度 2.5 mm经纬仪、线坠、钢尺3下锚板水平度 2.5 mm水准仪（精度 0.1 mm）4锚栓上端露出上锚板长度1.5 mm钢板尺5上下锚板间距尺寸（-1+3）mm钢尺6上锚板水平度 1.5 mm水准仪（精度 0.1 mm）7锚栓最下端螺母拧紧情况螺母无遗漏且拧紧，底端外露丝扣不少于 3 扣，紧固力矩（250300）Nm目视、扭矩扳手表 2抽检比例及检查内容表时间阶段级别抽检比例检查内容备注500 hA20%锚栓设计张拉力风力发电机组累计实际运行时间一年后（每年）B10%锚栓设计张拉力开始投入运营时间按表 2 的规定进行张拉维护。单个法兰按比例抽检，如锚栓张拉力减小，紧固该锚栓并检查其相邻的、内外圈共 5 支锚栓，对重新紧固的锚栓做好标识和记录。检查采用液压拉伸法，螺母与法兰板之间无间隙且螺母用扳手施加扭矩（80 120）Nm 不能拧动，则说明该锚栓达到验收要求。5实施效果标准适用于陆上风力发电机组预应力基础锚栓笼组合件的设计、安装和张拉，已用于指导标准编制单位锚栓笼组合件的设计、安装及张拉，并在国内外众多风电项目中成功应用。此外，众多应用证明表明，标准已用于指导生产制造企业进行锚栓组件的结构设计、加工制造、热处理、性能检验及销售，已用作第三方检测机构进行锚栓组件参数检验的标准，亦是知名主机厂锚栓笼组合件的安装、张拉及维护规范，实施效果良好。6讨论与建议增加可更换锚栓笼组合件技术。整个预应力风机基础完成施工后，锚栓组件便难以更换。而在风电机组运行、锚栓张拉维护等情况下，锚栓会存在产生裂纹、断裂等不可靠行为。可更换锚栓笼组合件技术是目前预应力风机基础领域的新型技术，在一些项目中已经成功应用，但目前仍处于技术研究中，建议后续增加可更换锚栓笼组合件等新型预应力基础新型技术，促进预应力基础的应用。加强少维护/免维护锚栓技术研究。风力发电机组对锚栓有着较长的寿命时间要求，一些情况下锚栓存在维护难度大、频率高等问题，建议加强少维护/免维护锚栓技术研究，在大型风电机组服役中尽可能少进行锚栓更换或维护，以降低维护成本。补充锚板等基础结构件维护。标准中仅涉及锚栓维护，未囊括锚栓笼中锚板、配套件等维护。同时，锚栓的维护仅为预应力张拉维护，缺少锚栓防腐维护、应力监测、缺陷检测等维护内容。建议后续增加锚栓笼维护内容，提高标准的适用性。7结论该标准是国内风电领域首个预应力基础锚栓笼组合件团体标准，对预应力基础锚栓笼组合件的通用要求、安装要求及张拉要求进行规定，旨在为预应力基础锚栓笼组合件的设计、安装和张拉提供依据。该标准的发布和实施为生产制造企业、应用单位、第三方检测机构及认证机构等行业内相关方提供锚栓笼组合件设计、加工制造、热处理、性能检（下转第 28 页）bz2402正文.indd 19bz2402正文.indd 192024/4/17 9:35:422024/4/17 9:35:422024,Vol.62,No.228冶金标准化与质量2024,Vol.62,No.2282）DQ 模式 5 kg+1.5 kg 水冷方式。4结语通过对厚规格 36 级船板成分设计、加热、轧制和水冷工艺改善，得到以下结论：1）为保证低温高韧性的性能要求，需要低碳+Ti+Nb+Ni 的成分体系，即可保证强度，亦可保证较高要求的韧性。2）工艺参数的设计需使用粗轧阶段大变形量轧制、精轧阶段低终轧温度、DQ 模式 5 kg+1.5 kg 水冷的工艺，这样既可以保证低温冲击的性能，也可保证水冷的均匀性和穿透力。3）获得了以针状铁素体（AF）/贝氏体（B）为主，并有少量的多边形铁素体的多相组织，促进了位错与大角度晶界的形成，为材料具有良好的强韧性匹配，做好组织准备。4）特厚规格表面水纹可采用低速和多道次除鳞方式，可有效解决表面水纹花斑问题。参考文献1 贺信莱，尚成嘉，杨善武，等.高性能低碳贝氏体钢成分、工艺、组织、性能与应用 M.北京：冶金工业出版社，2008.2 崔忠圻.金属学与热处理 M.北京：机械工业出版社，2001.3王有铭，李曼云，韦光，等.钢材的控制轧制和控制冷却M.北京：冶金工业出版社，2008.上 1/4 位置 200 1/2 位置 200 下 1/4 位置 200图 5厚度上、下 1/4 位置组织均以针状铁素体（AF）/贝氏体（B）为主，且有少量的多边形铁素体；厚度 1/2 位置组织与厚度上、下 1/4 位置基本相同，但多边形铁素体比例稍高于厚度上、下 1/4 位置。3.6表面水纹特厚规格高强船板表面水纹花斑问题一直困扰着生产，存在批量修磨，影响外观质量的问题。主要是因特厚规格高强船板采用特厚坯料，不仅在炉时间长且加热温度高，表面易形成水纹花斑，影响钢板表面外观质量。现场经过多次调整试验除鳞道次和除鳞速度，解决特厚规格高强船板表面水纹花斑问题。首先，除鳞箱除鳞时需降低速度除鳞，0.7 m/s，同时除鳞压力21 MPa以上，保证一次氧化铁皮除鳞干净。第二，粗精轧轧制过程中匹配 4+2 除鳞道次，保证次生氧化铁皮除鳞干净。第三，坯料中间待温过程中需空过除鳞，尽可能去除二次氧化铁皮。第四，在精轧放走道次进行除鳞，减薄最终氧化铁皮厚度，使成品钢板表面无水纹花斑缺陷。钢板改善前 钢板改善后图 6验、销售、采购、检测、安装及维护等依据。该标准取得了一定的应用效果，得到一定范围内相关方的认可。下一步，将积极推动该标准的推广应用，促进风电行业高质量发展。同时，建议可更换锚栓笼组合件技术、少维护/免维护锚栓技术研究及锚板等基础结构件维护等方面进行研究，持续搜集标准应用案例，不断对标准文本进行修订和完善，更好地推动锚栓笼组合件的应用，并进行标准升级，助力标准体系建设。参考文献1 杨中桂，刘俊，孟德明.预应力风机基础承载性能分析 J.船舶工程，2019，41（S1）：430-433，448.2 周翰青.风力发电机组预应力锚栓安装施工技术 J.人民珠江,2022，43（S2)：25-29.3 刘旭，夏美生.预应力风机基础锚栓笼及首节塔筒安装施工 J.四川水力发电，2021，40（S1）：80-83.（上接第 19 页）bz2402正文.indd 28bz2402正文.indd 282024/4/17 9:35:432024/4/17 9:35:43