風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔架制造的質(zhì)量控制

任勝平

【摘要】風(fēng)力發(fā)電是發(fā)展清潔能源的必然選擇之一，在開(kāi)展風(fēng)力發(fā)電工作的過(guò)程中就必須做好塔架制造的質(zhì)量控制工作。本文結(jié)合風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔架制造工藝特點(diǎn)，提出風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔架制造過(guò)程中質(zhì)量控制的相關(guān)要求，以達(dá)到質(zhì)量控制的目標(biāo)。

【關(guān)鍵詞】風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔架制造質(zhì)量控制

中圖分類號(hào)： O213.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

風(fēng)力發(fā)電作為一種清潔的可再生資源，具有無(wú)污染、占地少、儲(chǔ)量大、投資短等特點(diǎn)，在全球范圍內(nèi)迅速發(fā)展起來(lái)，裝機(jī)容量每年以近30%的速度遞增。塔架是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的重要支撐部位，市場(chǎng)潛力很大，效益可觀。

一、風(fēng)電塔架的主要技術(shù)要求和特點(diǎn)

風(fēng)電塔架是風(fēng)力發(fā)電機(jī)的關(guān)鍵部件之一。由于它是一個(gè)受力比較復(fù)雜的部件，加之環(huán)境條件較為惡劣，所以，對(duì)制造提出了較嚴(yán)格的要求。這些要求主要有下述幾個(gè)方面。

1、材料

風(fēng)電塔架用材GB/T1591-1988標(biāo)準(zhǔn)要求，主要材料化學(xué)成份與力學(xué)性能分別見(jiàn)表1和表2。

表1 化學(xué)成份

表2 力學(xué)性能

此外，對(duì)于法蘭要求整體鍛造，其晶粒度、非金屬夾雜物、厚度方向抗層狀撕裂性能等均有要求；同時(shí)，供貨狀態(tài)為正火熱處理。

2、塔架制造的焊接要求

塔架縱環(huán)焊縫必須是自動(dòng)焊，并且均要在縱縫端部點(diǎn)焊引弧、收弧板，環(huán)縫接頭要延長(zhǎng)，不允許在一處。同時(shí)，制造廠須有經(jīng)評(píng)定合格的焊接工藝來(lái)保證焊接質(zhì)量。

二、制作工藝要點(diǎn)

1、制作工藝流程

施工圖會(huì)審→施工工藝指導(dǎo)書編制→材料計(jì)劃編制→材料采購(gòu)→原材料檢驗(yàn)、復(fù)檢→原材料噴砂→筒節(jié)下料、加工→筒節(jié)卷制→筒節(jié)組裝、焊接、探傷檢驗(yàn)→筒節(jié)修整→筒體環(huán)焊縫組裝、焊接、探傷檢驗(yàn)→筒體與法蘭組裝、焊接、檢驗(yàn)→塔架附件的組裝、焊接、檢驗(yàn)→塔架整體噴砂、涂漆、檢驗(yàn)→成品檢驗(yàn)→包裝出廠。

2、施工前準(zhǔn)備

仔細(xì)審核圖紙，編制施工工藝指導(dǎo)書。塔架殼體采取雙向定尺備料，其定尺尺寸應(yīng)考慮每帶板的實(shí)際尺寸、焊接收縮余量、加工余量，每批次鋼板復(fù)驗(yàn)時(shí)，滿足取樣要求(所用試板的長(zhǎng)度、寬度)以及產(chǎn)品焊接試板的取樣要求等。

嚴(yán)格按照備料計(jì)劃以及施工標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)規(guī)范采購(gòu)、復(fù)驗(yàn)材料。根據(jù)施工中的工序要求，提前制備切割、組裝、焊接、涂裝、吊運(yùn)胎具。

3、塔架筒體零部件加工

（1）塔架基礎(chǔ)環(huán)加工

塔架基礎(chǔ)環(huán)由下法蘭、筒體和上法蘭3部分組成。其中上法蘭為甲供成品件，下法蘭、筒體為加工件。下法蘭分6塊瓦組焊，采用數(shù)控切割機(jī)切割。法蘭板材厚度為60mm，為防止切割的扇面發(fā)生變形，切割過(guò)程中注意控制切割順序;筒體為圓柱形，可以采用龍門卡或半自動(dòng)切割機(jī)切割;切割過(guò)程嚴(yán)格控制零件的長(zhǎng)、寬及對(duì)角線的尺寸公差，以確保零部件的質(zhì)量。

（2）塔架各塔段零部件加工

上、中、下各塔段由上、下法蘭和一些筒節(jié)組焊而成，上、下法蘭均為甲供成品件，小筒節(jié)均為圓臺(tái)體結(jié)構(gòu)形式，為保證組裝成型的法蘭平面度以及每段塔段的垂直度，所有扇形材料下料必須采用數(shù)控切割機(jī)進(jìn)行切割，嚴(yán)格控制上、下口及對(duì)角線的公差尺寸。

（3）鋼板坡口加工

根據(jù)施工生產(chǎn)實(shí)際，塔架筒體縱、環(huán)焊縫坡口形式如下:當(dāng)板材厚度δ≤30mm時(shí)，開(kāi)單坡口;當(dāng)板材厚度δ>30mm時(shí)，開(kāi)不對(duì)稱雙坡口。坡口角度隨著板材厚度的增加適當(dāng)減小。

用刨邊機(jī)加工基礎(chǔ)環(huán)縱、環(huán)焊縫的坡口;采用切割胎具切割扇形板四周的坡口。

4、筒節(jié)卷制

下料時(shí)把每個(gè)筒節(jié)內(nèi)表面最少分4個(gè)等分心線，作為組對(duì)與檢測(cè)基準(zhǔn)線，并打鋼印標(biāo)注原材料爐批號(hào)，用記號(hào)筆標(biāo)出筒節(jié)號(hào)，做好零部件標(biāo)識(shí)。

鋼板采用數(shù)控三輥卷板機(jī)進(jìn)行卷制。由于筒體大部分為圓臺(tái)結(jié)構(gòu)形式，卷制筒節(jié)過(guò)程中，應(yīng)注意圓臺(tái)體小口坡口的保護(hù)。應(yīng)避免筒體接口處出現(xiàn)凸凹現(xiàn)象，注意滾板前打頭加工量的控制，避免過(guò)大或過(guò)小，筒節(jié)曲率半徑必須符合設(shè)計(jì)要求。

筒節(jié)在卷制進(jìn)程中用弦長(zhǎng)≥1 500mm的上、下口弧形樣板反復(fù)進(jìn)行檢查，其弧線與樣板之間的間隙≤2mm。圓臺(tái)外殼鋼板注意檢查其上、下口的曲率，其偏差亦≤2mm。

筒節(jié)卷制完成后，按要求進(jìn)行對(duì)接點(diǎn)焊，為保證焊接質(zhì)量，要求在縱焊縫外側(cè)點(diǎn)焊固定，其對(duì)口錯(cuò)邊量≤2mm。由于筒徑大，在下滾床時(shí)容易產(chǎn)生變形或脹開(kāi)，所以筒節(jié)下滾床之后要在每節(jié)筒節(jié)小口處下返500mm左右加十字形支撐，以確保其圓度。

5、裝配

筒節(jié)縱縫焊接完成，經(jīng)探傷檢驗(yàn)合格后，上滾床溜圓。檢測(cè)其同軸度、圓度及上下口平行度。溜圓合格后再次進(jìn)行超聲波探傷，檢測(cè)是否有裂紋等缺陷，合格后組對(duì)。

相連接的法蘭成對(duì)組合，組合后檢查孔的位置，確認(rèn)無(wú)誤后，用備用螺栓成對(duì)均勻把合，再用連接板(在不影響焊接的前提下)里外均勻連接。

組對(duì)筒節(jié)與法蘭，筒節(jié)的縱縫放在兩法蘭孔中間。筒節(jié)與法蘭要無(wú)間隙組對(duì)，合格后再組對(duì)另一筒節(jié)，組對(duì)時(shí)縱縫與已組裝完的筒節(jié)相錯(cuò)180°。

用懸臂焊機(jī)或埋弧自動(dòng)焊機(jī)進(jìn)行埋弧自動(dòng)焊接，先焊接里坡口，外壁氣刨清根，漏出焊縫坡口金屬后再焊接，達(dá)到圖紙要求后備用。

分離兩法蘭，測(cè)量平面度，滿足要求后組對(duì)相鄰的下一筒節(jié)，縱縫相錯(cuò)180°，組裝順序如圖1所示。兩法蘭與筒節(jié)先行組對(duì)焊接，合格后分離，根據(jù)焊接設(shè)備能力分別組裝相鄰?fù)补?jié)。各筒節(jié)組對(duì)時(shí)采取無(wú)間隙組對(duì)，保證各平面度(也可單個(gè)法蘭與筒節(jié)組對(duì)后進(jìn)行焊接)、同心度，最后組裝整個(gè)塔段。

圖1 筒節(jié)裝配示意圖

筒體整體焊接完成檢查合格后，拆除內(nèi)部所有臨時(shí)支撐，在下部塔體底部相應(yīng)位置打上標(biāo)記，兩端法蘭上加上米字形支撐，并用螺栓緊固后出廠進(jìn)行涂裝處理。

三、焊接的質(zhì)量控制與塔架防腐

1、焊接的質(zhì)量控制

塔架焊接前，須按JB/T4708—2005進(jìn)行焊接工藝評(píng)定。塔筒的縱向和環(huán)向焊縫采用埋弧自動(dòng)焊焊接，先焊內(nèi)口，外口采用碳弧氣刨清根后施焊。筒體與法蘭的環(huán)向焊縫，內(nèi)口采用氣體保護(hù)焊，外口用磨光機(jī)打磨，去除焊接內(nèi)口時(shí)留下的藥皮、殘?jiān)入s物后，采用埋弧自動(dòng)焊焊接。嚴(yán)格控制焊接次序和焊接參數(shù)(電壓、電流、速度等)，并采取相應(yīng)的防變形措施，減少焊接變形，保證焊接質(zhì)量。塔架的所有縱向和環(huán)向焊縫要進(jìn)行100%超聲波檢測(cè)，焊縫表面進(jìn)行100%滲透或磁粉檢測(cè)。法蘭與塔筒焊接可采取預(yù)留反變形等措施，保證焊后變形滿足相關(guān)的要求，且不允許反向變形。

2、塔架防腐

風(fēng)電場(chǎng)一般建在內(nèi)陸大風(fēng)地區(qū)和沿海多風(fēng)地區(qū)。內(nèi)陸地區(qū)風(fēng)沙較大，沿海地區(qū)空氣濕度大，腐蝕性強(qiáng)，塔架為鋼制結(jié)構(gòu)，防腐質(zhì)量直接影響塔架的使用壽命。

塔架表面除銹等級(jí)應(yīng)達(dá)到GB/T8923規(guī)定的Sa2. 5級(jí)，使用對(duì)比試塊檢測(cè)。除銹后，應(yīng)用干燥的壓縮空氣將表面吹凈，徹底去除灰塵，并盡快涂裝。塔架防腐選用防腐漆，一般分為3層:底漆、中間漆、面漆。底漆優(yōu)先選用富鋅環(huán)氧漆，因其附著力較強(qiáng)并可對(duì)塔架提供陰極保護(hù)，防腐效果好。但因底漆與塔架表面直接接觸，所以涂層不易太厚，干膜厚度40~70μm為宜。中間漆選用聚酰胺環(huán)氧漆，附著力較強(qiáng)，干膜厚度可達(dá)到150μm以上。面漆選用聚氨酯漆，附著力較底漆和中間漆差，但外表美觀，不易褪色，干燥之后硬度較強(qiáng)，能夠抵抗風(fēng)沙。每層涂裝前應(yīng)對(duì)上一層涂層外觀進(jìn)行檢查，涂層應(yīng)均勻一致，無(wú)皺皮、起泡、流掛、漏涂等缺陷。涂裝時(shí)如發(fā)現(xiàn)漏涂、流掛、皺皮等缺陷應(yīng)及時(shí)處理。用漆膜測(cè)厚儀測(cè)定涂層厚度，每2 m2表面應(yīng)不少于1個(gè)測(cè)點(diǎn)，在單節(jié)塔筒的兩端和中間的圓周上每隔1 m測(cè)1點(diǎn)， 85%的測(cè)點(diǎn)厚度應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，達(dá)不到厚度的測(cè)點(diǎn)，其最小厚度值應(yīng)不低于設(shè)計(jì)厚度的85%。

總結(jié)

風(fēng)電塔架的制作由基礎(chǔ)環(huán)部分、各筒節(jié)的組對(duì)、焊接、涂裝等諸多工序過(guò)程組成，每一工序都有著具體的工藝流程和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，只有嚴(yán)格按照各種工藝驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行施工操作，才能得到一個(gè)優(yōu)秀的產(chǎn)品。

參考文獻(xiàn)

[1] 曹振鋒. 風(fēng)力發(fā)電塔架筒體制造工藝細(xì)節(jié)分析[J]. 新疆農(nóng)機(jī)化. 2009(02)

[2] 劉作輝. 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔架法蘭拼焊工藝[J]. 焊接. 2007(09)

[3] 王浩,王熾欣. 風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔架基礎(chǔ)設(shè)計(jì)研究[J]. 電網(wǎng)與清潔能源. 2008(09)

注：文章內(nèi)所有公式及圖表請(qǐng)以PDF形式查看。