風電塔架筒體鋼板不預彎卷制工藝的優(yōu)化

高亮亮 晏芳 鮑永婷 曹立辰

中國水電四局（蘭州）機械裝備有限公司 甘肅蘭州 730050

在風力發(fā)電高塔中，塔架筒體是最基礎的大型部件。由于塔筒的體積過大，因此在制作時，必須將塔筒劃分成多段。風力發(fā)電塔架筒體通常由3-4小段分段裝配而成，段與段之間采用法蘭連接，每小段由8-14段單節(jié)筒體拼焊組成。單節(jié)筒體首先經(jīng)數(shù)控切割成扇形，再經(jīng)卷板機卷制成規(guī)定的直徑[1]。一套風力發(fā)電塔架筒體由25-35節(jié)左右的單節(jié)筒體組焊而成，33套塔架則有825-1155節(jié)單節(jié)筒體。卷制工序的進度及卷制質(zhì)量，已經(jīng)成為制約塔架生產(chǎn)工藝流程的重要因素。板料卷制工序質(zhì)量也成為了每段塔筒質(zhì)量的基礎保證。

1 工藝優(yōu)化的必要性

工藝優(yōu)化前風力發(fā)電塔架制作鋼板卷制工序一直沿用著先預彎再進行卷制的工藝流程。

第一步：送進板材，對料；第二步：上輥水平移動至-X位置，下降至Y1位置；下輥反轉(zhuǎn)，使鋼板至成形位置。第三步：下輥一邊正轉(zhuǎn)，上輥一邊壓下，按預先設定的角度對板材的一端進行預彎；第四步：重復以上工序，對板材的另一端進行預彎；第五步：上輥壓下至Y2位置停止，下輥連續(xù)正轉(zhuǎn)；第六步：上輥提升Y2-α，水平移動+X位置，壓下相同位置Y2，下輥正轉(zhuǎn)；第七步：上輥移至X=0，壓下至Y4位置，下輥正反轉(zhuǎn)，進行補償彎曲。

由以上工序流程可以看出，卷制時，先用起重機械將板料吊起，將板料一端放入卷板機，進行卷制預彎，預彎完成后吊離卷板機，將板料另一端重復此工序，再由壓縫班組專門對卷制好的單節(jié)筒體進行壓縫。預彎前先根據(jù)筒體直徑設定好卷制角度，并設定好間隙。由于在卷制中先對板材的兩端進行了預彎，預彎的角度、預留間隙的合適與否將直接影響壓縫的質(zhì)量。經(jīng)預彎卷制完成后的單節(jié)筒體極易產(chǎn)生如下圖2所示的表面翹曲變形。圖1中筒體兩端接頭處向筒體中心凹陷，致使縱縫焊接過程中焊道不平整，極大的影響著焊接質(zhì)量；圖1中筒體鋼板對接處產(chǎn)生直邊，加大了單節(jié)筒體校圓的難度，影響筒體的形位公差。要校正圖1中由卷制產(chǎn)生的缺陷，單節(jié)筒體至少在卷板機上回圓三次，延長了單節(jié)筒體對卷板機的占用時間，增大了機械操作人員的工作量，工作效率低，從而制約了整個生產(chǎn)進度。

圖1 工藝優(yōu)化前筒體縱縫截面示意圖

2 優(yōu)化后的筒體鋼板卷制工藝

為了提高生產(chǎn)量，解決卷制工序中存在的制約因素，提高卷制質(zhì)量，經(jīng)過技術人員多次試驗，最終決定對鋼板卷制工藝進行優(yōu)化，優(yōu)化后的卷制工藝取消了預彎工序，將數(shù)控下料、開坡口工序完成后的板料直接轉(zhuǎn)入卷制工序。

卷制時，板料兩端不再進行預彎，根據(jù)筒體直徑設定好卷制角度和間隙，直接將板料一次性卷制成筒體[2]。

優(yōu)化后的卷制工藝如下：

第一步：送進板材，對料；第二步：上輥水平移動至-X位置，下降至Y1位置；下輥反轉(zhuǎn)，使鋼板至成形位置；第三步：下輥一邊正轉(zhuǎn)，上輥一邊壓下；第四步：上輥壓下至Y2位置停止，下輥連續(xù)正轉(zhuǎn)；第五步：至板材的端部停止，上輥壓下Y3停止，對板材的端部直接加壓預彎；第六步：上輥提升Y2-α，水平移動+X位置，壓下相同位置Y2，下輥正轉(zhuǎn)；第七步：至板材的端部停止，上輥壓下Y3位置停止，對板材的端部直接加壓預彎；第八步：上輥移至X=0，壓下至Y4位置，下輥正反轉(zhuǎn)，進行補償彎曲。

由工藝流程可以看出，優(yōu)化后的卷板工序?qū)Π辶蟽啥瞬辉龠M行預彎，直接對板料進行卷制，一次性卷制成功，并在卷板機上進行壓縫。工藝優(yōu)化后筒體縱縫截面示意圖如圖2所示。

圖2 工藝優(yōu)化后筒體縱縫截面示意圖

3 應用效應

優(yōu)化后的筒體鋼板卷制工藝先單節(jié)筒體進行卷制，同時進行壓縫、縱焊、校正，卷制工藝后，得到如圖2所示的單節(jié)筒體。圖中筒體截面鋼板邊緣均圓滑過渡，不存在翹曲等卷制缺陷，鋼板對接處平整，不存在直邊，縱縫的外觀質(zhì)量得到改善，回圓壓縫工序也可快速、優(yōu)質(zhì)的完成。筒體卷制質(zhì)量提高的同時，由于省去了兩端預彎的工序，板料不需重復來回吊運，單節(jié)筒體鋼板卷制數(shù)量，由15節(jié)/天提高到30節(jié)/天，產(chǎn)量得到了大幅度提升；工作效率提高的同時，還極大的減輕了操作人員的工作強度。應用優(yōu)化后的卷制工藝，卷制質(zhì)量良好，卷制單節(jié)筒體的生產(chǎn)效率明顯提高。改進后的卷制工藝，減少了卷制預彎的工時，同時也減少了卷板機和起重機械的工作量。卷制工藝優(yōu)化前，6個人工15張/天，工藝優(yōu)化后，2個人工30張鋼板/天，相比優(yōu)化前節(jié)約了4個人工，且產(chǎn)量提高了一倍。由此可見，筒體鋼板卷制工藝優(yōu)化后，質(zhì)量和進度不再是矛盾體，而是共同的得到了提升[3]。

4 結(jié)語

我國正逢風電發(fā)展的大好時機，風電設備市場競爭激烈，塔架筒體制作必須考慮產(chǎn)品實際情況和企業(yè)現(xiàn)有技術條件，盡量使工藝簡單適用，具有良好的可操作性，這樣才能兼顧工程質(zhì)量、交貨工期及成本。對于卷板機卷制由以前預彎改為不預彎直接卷制的工藝，從卷制的質(zhì)量、制作進度、成本控制方面，以及對后續(xù)工序的影響，都起到了非常積極的作用。