風(fēng)電塔筒的卷制和裝配工藝研究

竇建榮+朱軍

摘 要：風(fēng)電塔筒的橢圓度、直線度控制和合理裝配，一直是整個(gè)塔筒建造過程中的難點(diǎn)和重點(diǎn)，相關(guān)的工藝優(yōu)化和控制直接影響整個(gè)產(chǎn)品的品質(zhì)。結(jié)合藍(lán)島海工海上風(fēng)電塔筒實(shí)際加工生產(chǎn)，通過對(duì)相關(guān)的加工和裝配工藝進(jìn)行研究，改進(jìn)風(fēng)電塔筒的裝配工藝和作業(yè)次序，達(dá)到了較好的精度控制效果。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電塔筒；卷制；組對(duì)；橢圓度；工藝

1 概述

近年來，全球能源和環(huán)境問題日益嚴(yán)峻，風(fēng)電行業(yè)進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期。由于海上風(fēng)電能源的能量效益遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于陸地風(fēng)電場(chǎng)，而且不占用土地，受景觀、噪聲以及電磁波等問題的限制較少，所以未來海上風(fēng)電的發(fā)展必將實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展。風(fēng)電塔筒做為風(fēng)機(jī)的基礎(chǔ)，其重要性不言而喻。在風(fēng)電塔筒的建造過程中，塔筒的橢圓度、直線度控制一直是塔筒建造的難點(diǎn)。不同的工藝流程，不同的作業(yè)次序，都會(huì)影響建造精度的控制。

2 塔筒的卷制和橢圓度控制

2.1 卷制前的準(zhǔn)備工作

（1）按設(shè)計(jì)圓弧尺寸制作內(nèi)圓弧樣板（必要時(shí)，應(yīng)制作外圓弧樣板），除非有另外要求，大小口端圓弧樣板弦長(zhǎng)不得小于600mm。筒節(jié)直徑≥4500mm時(shí)，大小口端圓弧樣板弦長(zhǎng)不得小于800mm。

（2）檢查鋼板表面質(zhì)量，并清理異物，特別是切割邊緣的割渣是否清理干凈。

（3）核對(duì)筒節(jié)號(hào)及相關(guān)標(biāo)志，以便于正確選擇圓弧樣板。

（4）鋼板進(jìn)入卷制前必須打磨縱縫對(duì)接坡口及邊緣25mm以

上，以免影響焊接質(zhì)量。

2.2 風(fēng)電塔筒的卷制工藝

（1）上料時(shí)應(yīng)以中輥配合鋼板輸送床進(jìn)行端部對(duì)齊，以防竄角。

（2）將上輥保持在一定的傾斜度上，先預(yù)彎一端頭部約200～30

0mm范圍至要求的圓弧，并用樣板檢查大小口端部，合格后方可進(jìn)行連續(xù)卷制。必要時(shí)，在板料上畫5～7條素線。

（3）卷制過程中應(yīng)隨時(shí)將剝落的氧化皮清理干凈，并注意觀察成型情況，同時(shí)用相應(yīng)的內(nèi)圓弧樣板隨時(shí)檢查大小口端部的圓弧，局部凹凸應(yīng)符合規(guī)范要求，鋼板卷圓后應(yīng)考慮一定的回彈量；保證同一斷面內(nèi)其最大內(nèi)徑與最小外徑之差不得大于3mm，同一節(jié)錐段最長(zhǎng)與最短母線差不得大于1mm，每一段端口處的外圓周長(zhǎng)允許偏差為±5mm。

（4）經(jīng)過數(shù)圈的卷制，上輥的逐步加壓，使鋼板成圓合口，合口時(shí)需用電焊每500mm點(diǎn)一個(gè)50～100mm的點(diǎn)焊點(diǎn)，為控制變形，利用對(duì)稱點(diǎn)焊，縱縫保證在2～3mm間隙，錯(cuò)皮不超過皮厚的十分之一或3.2mm，二者取最小值，圓管兩端錯(cuò)皮不超過1.5mm。

（5）圓筒的卷制、定位在卷板機(jī)上一次性完成，對(duì)接錯(cuò)板≯2mm，板縫兩端用至少100mm長(zhǎng)同材質(zhì)同等厚度的鋼板作為引熄弧板固定，中間部分用有過焊孔的同材質(zhì)馬板固定，馬板長(zhǎng)度為母材厚度的10倍。

（6）圓筒焊接完成后，圓度必須再次檢測(cè)，特別要注意焊接周圍圓筒的外部。檢測(cè)方法：一是用鐵皮樣板檢測(cè)局部橢圓，并用石筆畫好位置；二是用盒尺測(cè)量管材的圓度，以管材周長(zhǎng)的四分之一或八分之一管段為基準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)量，把量好的尺寸寫在鋼管上。三是制作與圓筒同徑的內(nèi)外樣板各一個(gè)，樣板寬度200mm左右，長(zhǎng)度根據(jù)管徑大小決定。樣板與縱縫坡口邊緣間隙由管徑確定，管徑400mm～700mm，間隙為0～2mm；管徑700mm～1000mm，間隙為1～3mm；管徑1000mm以上，間隙為2～4mm。對(duì)于壓制沒有達(dá)到要求的應(yīng)調(diào)整胎模再壓制直到滿足要求為止。

（7）凡卷制大直徑的筒節(jié)時(shí)必須使用吊車或卷板機(jī)的輔助架配合，以避免由于鋼板的自重使已卷制好的工件變形，但應(yīng)注意吊車或輔助裝置不能提升過高而導(dǎo)致已成型的圓弧段產(chǎn)生永久變形。

（8）帶預(yù)彎頭的筒節(jié)，二次切割時(shí)要求尺寸準(zhǔn)確，厚度方向的切割面應(yīng)與鋼板表面垂直。

2.3 二次校圓方法和工藝要求

（1）縱縫焊接完成后，NDT前進(jìn)行二次校圓，校圓前引弧板應(yīng)已卸下。引弧板采用氣刨切除禁止用錘敲，并保證不損傷該部位的焊接坡口和缺肉。

（2）二次校圓采用三輥卷板機(jī)，校圓后筒節(jié)圓弧應(yīng)自然過渡并均勻平滑，特別是縱縫處的局部凹凸度（棱角）應(yīng)符合下列要求（設(shè)計(jì)規(guī)范有額外要求時(shí)按設(shè)計(jì)規(guī)范）：E值應(yīng)≤（0.1t+1）mm（見圖2）。

（3）與法蘭連接的筒節(jié)橢圓度要求：按圖3進(jìn)行四次直徑的測(cè)量（φ1至φ4），其四次測(cè)量的直徑差最大應(yīng)≤25mm，如果筒節(jié)直徑≤2800mm時(shí)，其四次測(cè)量的直徑差最大應(yīng)≤20mm。由于頂段上法蘭平面度要求高，故頂段上法蘭側(cè)的第二筒節(jié)也應(yīng)控制圓弧的局部變形和橢圓度。

2.4 筒節(jié)橢圓度的測(cè)量

（1）測(cè)量橢圓度一般使用激光測(cè)距儀。

（2）橢圓度測(cè)量應(yīng)在45度方向測(cè)量，首次測(cè)量縱縫在45度斜下方測(cè)量，然后旋轉(zhuǎn)45度再次測(cè)量另兩個(gè)尺寸，并將測(cè)量值使用石筆填寫在塔節(jié)內(nèi)側(cè)，法蘭橢圓度公差一般為±2mm，當(dāng)加工圖紙或規(guī)范有特別要求時(shí)，以要求作為優(yōu)先級(jí)滿足。

3 塔筒的組對(duì)工藝要求

3.1 測(cè)量將組對(duì)的兩塔節(jié)的外周長(zhǎng)，計(jì)算整體均勻分布后的錯(cuò)邊量，見圖4：

（1）如果客戶要求組對(duì)以外側(cè)對(duì)齊為原則，T2：相鄰塔節(jié)下塔節(jié)板厚，T1：上塔節(jié)，外周長(zhǎng)（C）差控制在表1中給出：

（2）如果組對(duì)以中間對(duì)齊為原則，則應(yīng)考慮板厚差，計(jì)算錯(cuò)邊量時(shí)將加上板厚差值，控制在表2中給出。

（3）其它情況下，則以客戶最大允許錯(cuò)邊值進(jìn)行計(jì)算，如有些風(fēng)機(jī)客戶規(guī)范規(guī)定錯(cuò)邊不超過相鄰較薄板厚的10%，最大允許錯(cuò)邊值為3mm。

3.2 起始點(diǎn)選擇與定位

（1）相鄰兩節(jié)塔節(jié)的縱縫需錯(cuò)開180°。

（2）鋼板邊緣R2切割缺口最先對(duì)齊，坡口間距最大不超過

3mm，觀察各角度白色粉線基本對(duì)齊（見圖5）。

3.3 裝配錯(cuò)邊調(diào)節(jié)控制

（1）按照計(jì)算的錯(cuò)邊量開始塔節(jié)‐塔節(jié)裝配，開始約1/3周長(zhǎng)應(yīng)該略微放大0.2～0.5mm錯(cuò)邊量（在不超錯(cuò)邊要求時(shí)）。

（2）大于20mm厚的板組對(duì)時(shí)若遇到塔節(jié)500mm范圍內(nèi)的圓

度不圓（樣板檢查存在4mm間隙）時(shí)如局部的直邊或卷圓過度現(xiàn)象時(shí)，可以使用內(nèi)外側(cè)同時(shí)錯(cuò)邊來避免錯(cuò)邊量超差。

（3）裝配過程對(duì)起始位置、丁字縫、距離丁字縫起每隔30度劃一橫線，焊縫一側(cè)長(zhǎng)度距離坡口邊緣至少200mm，使用石筆在橫線的末端記錄測(cè)量后的錯(cuò)邊值，并按順序標(biāo)號(hào)①、②、③，錯(cuò)邊值記錄不少于12點(diǎn)。

（4）所有錯(cuò)邊值必須帶上正負(fù)號(hào)。

3.4 裝配對(duì)齊調(diào)節(jié)方法

（1）間隙或錯(cuò)邊調(diào)節(jié)通過組對(duì)機(jī)調(diào)節(jié)塔節(jié)的上下來實(shí)現(xiàn)，詳見每個(gè)項(xiàng)目組對(duì)機(jī)工藝。

（2）當(dāng)局部的錯(cuò)邊無法通過上述組對(duì)機(jī)調(diào)節(jié)時(shí)，則使用組對(duì)工裝調(diào)整，工裝的點(diǎn)焊位置僅靠坡口邊緣，弧焊時(shí)能夠覆蓋點(diǎn)焊位置。

3.5 塔節(jié)間裝配要求

（1）塔節(jié)間裝配順序及裝配方法，裝配時(shí)通過調(diào)節(jié)組對(duì)機(jī)4個(gè)滾輪相對(duì)位置來調(diào)節(jié)間隙和錯(cuò)邊量，具體需要參照每個(gè)項(xiàng)目的組對(duì)機(jī)工藝。

（2）最后的塔節(jié)裝上之前，需用30m卷尺測(cè)量已裝配部分的四個(gè)方向（0點(diǎn)、3點(diǎn)、6點(diǎn)、9點(diǎn)）的總長(zhǎng)，并將測(cè)量值寫在塔節(jié)內(nèi)的四個(gè)方向處，根據(jù)此總長(zhǎng)差值來調(diào)節(jié)最后的裝配接縫間隙，總裝塔段四個(gè)方向總長(zhǎng)差值一般小于3mm，當(dāng)與圖紙沖突時(shí)則以圖紙要求執(zhí)行。

4 結(jié)束語

通過不斷研究和優(yōu)化相關(guān)的加工工藝和檢測(cè)手段，并積極采用動(dòng)態(tài)的質(zhì)量控制措施，將加工過程中各類影響因素對(duì)質(zhì)量的影響降至最低，有效確保風(fēng)電塔筒的建造質(zhì)量，達(dá)到全過程、全方位、全員參與的質(zhì)量管理目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

[1]朱少輝.風(fēng)電機(jī)組塔筒設(shè)計(jì)和優(yōu)化[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化，2016（6）：115-117.

[2]薛端陽.風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔筒制造的過程控制方案[J].沈陽大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2013，25

（6）：481-484.