海上風(fēng)電機(jī)組的鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)承載平臺(tái)及塔筒建造

文/沈飛 江蘇海力風(fēng)電設(shè)備科技有限公司

編輯/方思敏

海上風(fēng)電機(jī)組的鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)承載平臺(tái)及塔筒建造

文/沈飛 江蘇海力風(fēng)電設(shè)備科技有限公司

編輯/方思敏

新建的5兆瓦海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)導(dǎo)管架及塔筒已在近海安裝完畢

據(jù)全球風(fēng)能協(xié)會(huì)（GWEC）統(tǒng)計(jì)公布?xì)W洲就有超過1億千瓦海上發(fā)電項(xiàng)目處于規(guī)劃之中，到2015年歐洲海上風(fēng)電的目標(biāo)就將達(dá)到4000萬千瓦，2030年將突破1.5億千瓦。我國近海區(qū)域遼闊，海上可開發(fā)風(fēng)能資源是陸上可開發(fā)風(fēng)能資源的3倍，可開發(fā)容量達(dá)到2億千瓦。根據(jù)國家能源局規(guī)劃，到2020年我國海上風(fēng)電裝機(jī)容量超過1000萬千瓦。

海上風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)具有三大優(yōu)勢(shì)。平均風(fēng)速高，不需要很高的塔筒；由于噪音限制小，海上風(fēng)電單機(jī)容量可以大幅度提高；海上風(fēng)的湍流強(qiáng)度小，一般具有穩(wěn)定的主導(dǎo)方向，可以使機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定、壽命延長。

海上風(fēng)電基礎(chǔ)項(xiàng)目技術(shù)中，目前歐洲近海風(fēng)電場(chǎng)主導(dǎo)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)型式為單樁。但根據(jù)我國海床條件比較差的情況，風(fēng)機(jī)單機(jī)容量增大，對(duì)基礎(chǔ)剛度的要求非常高，因此單樁在我國的應(yīng)用受到影響，常規(guī)適用于2兆瓦以下的風(fēng)機(jī)形式。

而混凝土樁是國內(nèi)潮間帶最早使用的試驗(yàn)形式的樁基基礎(chǔ)，這種形式受海上潮汐影響，制造周期長，達(dá)到4至6個(gè)月，同時(shí)施工難度大，成本費(fèi)用高。所以混凝土樁并不適合近海潮間帶風(fēng)電場(chǎng)的建設(shè)要求。

基于以上近海潮間帶現(xiàn)狀，江蘇海力風(fēng)電設(shè)備科技有限公司制造的海上鋼結(jié)構(gòu)多樁導(dǎo)管架風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)承載平臺(tái)及塔筒，自2010年起在江蘇如東海上風(fēng)電場(chǎng)率先得到成功應(yīng)用，這也是目前亞洲最大的已建海上風(fēng)電場(chǎng)。

目前，江蘇海力在海上風(fēng)機(jī)塔筒及鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)承載平臺(tái)的制造過程中主要注重了以下幾方面的要求：

1.主要原輔材料的選用原則

海上風(fēng)電場(chǎng)相比于陸上風(fēng)電場(chǎng)，其塔筒，尤其是其鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)承載平臺(tái)的受力狀況比較復(fù)雜，再加上海上風(fēng)浪，甚至臺(tái)風(fēng)及海水的侵蝕作用，使得其在設(shè)計(jì)及其制造上均有較高的結(jié)構(gòu)及材料要求。所以，江蘇海力在陸上塔筒及其基礎(chǔ)環(huán)材料方面主要采用Q345C等。海上所使用的塔筒材料一般至少考慮采用Q345D，導(dǎo)管架主筒體一般還采用性能更優(yōu)的材料，同時(shí)具備Z向拉伸性能的材料，如Q345D-Z15等。

2.制作工藝及設(shè)備的確定

海上風(fēng)機(jī)塔筒及鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)承載平臺(tái)主要制作工藝及設(shè)備的確定，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1) 采用國內(nèi)最為先進(jìn)的徑向分別均可移動(dòng)微調(diào)的四輪液壓式組對(duì)滾輪架及軸向可移動(dòng)、可調(diào)節(jié)的行走滾輪架組合的形式，在地面預(yù)制的水平及直線度較高的專用軌道上進(jìn)行每節(jié)塔筒、樁基鋼管的組對(duì)工作；

2) 在進(jìn)行導(dǎo)管架承載平臺(tái)總裝裝配時(shí)，根據(jù)鋼管樁實(shí)際沉樁平面圖，設(shè)計(jì)出了多方位可調(diào)式支撐工裝，同時(shí)結(jié)合焊接變形預(yù)留數(shù)值，采用激光經(jīng)緯儀將基礎(chǔ)平臺(tái)下部支撐一次性安裝到位，同時(shí)通過焊接完工后再次檢測(cè)，來修正焊接變形的偏差，最終確保導(dǎo)管架主筒體和四周樁套筒直線度及位置公差分別控制在10毫米之內(nèi)；

3) 鋼結(jié)構(gòu)焊接承載平臺(tái)的連接、焊接節(jié)點(diǎn)多、焊接工作量大，殘余應(yīng)力大，對(duì)尺寸精度保證、焊接質(zhì)量等帶來不利因素，而采用常規(guī)熱處理方式很難解決，經(jīng)多方調(diào)研后采用了振動(dòng)時(shí)效工藝，同時(shí)率先運(yùn)用超聲波時(shí)效儀、殘余應(yīng)力測(cè)試儀等先進(jìn)測(cè)試設(shè)備，對(duì)其應(yīng)力情況進(jìn)行檢測(cè)，以最大程度降低焊后殘余應(yīng)力；

4) 關(guān)鍵制作點(diǎn)的有效控制

a.采用無間隙的組對(duì)工藝對(duì)每一節(jié)塔筒筒節(jié)分別進(jìn)行同一軸線組對(duì)，輔以激光測(cè)距儀、激光經(jīng)緯儀等進(jìn)行控制、檢測(cè)，最終確保塔筒、鋼管樁等直線度10000毫米內(nèi)≤5毫米，整體直線度控制在20毫米之內(nèi)。

b.海上風(fēng)電場(chǎng)導(dǎo)管架承載平臺(tái)上焊接的主法蘭焊后高精度尺寸控制。

對(duì)于直徑5米以上的焊后法蘭，在此調(diào)整了其裝配及焊接的工序安排，嚴(yán)格保證與其組對(duì)筒節(jié)的圓度及平面度，并采取與主法蘭無間隙裝配技術(shù)，在焊接中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)法蘭平面變形情況并隨時(shí)調(diào)整焊接內(nèi)外順序，另一方面焊前、焊后監(jiān)測(cè)其法蘭的內(nèi)傾度、平面度、橢圓度等，使其嚴(yán)格控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍以內(nèi)。

c.針對(duì)海上風(fēng)電塔筒及導(dǎo)管架大直徑、大噸位、厚板連接、撐管相貫點(diǎn)多等特點(diǎn)，通過對(duì)焊接坡口及焊接形式的改進(jìn)、對(duì)厚板卷制工藝的改進(jìn)、對(duì)焊接工藝參數(shù)、焊接順序等的優(yōu)化和控制、振動(dòng)時(shí)效及熱時(shí)效多種去應(yīng)力方法的綜合運(yùn)用來控制和消除卷制、焊接等過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。最終才能使風(fēng)機(jī)塔筒、導(dǎo)管架制造關(guān)鍵項(xiàng)均達(dá)到了毫米級(jí)精度控制要求。

d.針對(duì)產(chǎn)品的潮差區(qū)、飛濺區(qū)、全浸區(qū)和海泥區(qū)等海上腐蝕環(huán)境的不同，研究設(shè)計(jì)了相應(yīng)的防腐噴涂工藝，運(yùn)用分段與整體相結(jié)合，傳統(tǒng)油漆工藝與新型噴鋅、涂裝防腐工藝相結(jié)合的方法，同時(shí)選用國際知名品牌防腐涂料，確保滿足海上防腐30年以上的技術(shù)要求。

通過這幾年來對(duì)海上風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組塔筒及鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)承載平臺(tái)的制造，獲得了一些經(jīng)驗(yàn)，但也發(fā)現(xiàn)在此還有很多的不足需要改進(jìn)：

1.采取更多的控制方法和手段來進(jìn)一步提高基礎(chǔ)平臺(tái)法蘭及塔筒頂部法蘭等的精度；

2.面對(duì)類似的大噸位異型鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)和其較高的精度要求，如何最大限度的減少焊接應(yīng)力并對(duì)其進(jìn)行有效的檢測(cè)；

3.如何能采取更合理、更先進(jìn)的技術(shù)來保證其防腐效果，保證其產(chǎn)品的防腐壽命完全達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。