超高風機吊裝與狹窄吊裝平臺設(shè)計

鄔明材，張元海，李沐林

(1.廣東水電二局股份有限公司，廣東 廣州 511340;2.東南粵水電投資有限公司，海南 海口 570208)

1 概述

山東濱州粵水電二期風電項目屬于沿海海陸交接帶風電場，離海岸線最近距離約3 km，風機單機容量為3.0 MW，塔筒高度為130 m，場區(qū)布置在平原咸水庫兩側(cè)的鹽池、蝦池中。機位處基本為水域，風機作業(yè)平臺地基為沖積平原軟基，成型困難、水浪沖刷邊坡嚴重。受風電場區(qū)10 km范圍內(nèi)無取土場、40 km范圍內(nèi)無石渣場及征地面積控制影響，施工期的道路和吊裝平臺需要收攏縮小成運營期的道路和維護平臺。

130 m超高3.0 MW風機吊裝設(shè)備的合理選擇，風機設(shè)備卸貨堆放布置、吊裝平臺的合理設(shè)計，減少吊裝平臺的土石方回填工程量，合理采用土石斷面結(jié)構(gòu)對于降低吊裝成本具有非常重要的意義。

2 風機吊裝主要設(shè)備選定

2.1 風機設(shè)備參數(shù)

130 m超高3.0 MW風機主要部件的重量和尺寸參數(shù)[6]見表1。

表1 130 m超高3.0MW風機主要部件的重量和尺寸參數(shù)明細

根據(jù)表1中的數(shù)據(jù)可以得出，130 m超高3.0 MW風機吊裝部件最大重量為葉輪104.6 t，吊裝部件最大安裝高度為葉輪130.4 m。

2.2 吊裝設(shè)備選型

根據(jù)風機吊裝部件最大重量104.6 t及最大安裝高度130.4 m的要求，擬定采用1臺XGC650 t(增強型)履帶式起重機作為主吊。

XGC650 超起風電(增強型)履帶式起重機技術(shù)數(shù)據(jù)如下[5]：履帶總長度為12.4 m；履帶寬度為1.5 m；主吊臂下絞點與主機回轉(zhuǎn)中心的水平距離為1.8 m；主吊臂下絞點到地面距離為3.8 m；主吊轉(zhuǎn)臺平衡重180 t；車身壓重45 t；超起桅桿長36 m；超起平衡重0～300 t；超起平衡重半徑14～20 m。超起風電(增強型)主臂由底節(jié)臂、增強型變徑節(jié)、增強型主臂中間節(jié)、增強型變徑節(jié)及主臂中間節(jié)，加10.5 m輕型過渡節(jié)和7.5 m塔臂臂頭構(gòu)成，裝配時過渡節(jié)和塔臂臂頭始終緊靠在一起，主臂長度114～147 m，每3 m為一個增減長度米；主臂最大仰角θ=85°；副臂長度12 m；支架長度6 m；副臂支架均為整體式結(jié)構(gòu)，沒有中間節(jié)，主副臂夾角15°。XGC650 超起風電(增強型)履帶式起重機外形如圖1所示。

圖1 XGC650超起風電(增強型)履帶式起重機外形示意

2.3 確認回轉(zhuǎn)半徑及主吊性能

2.3.1吊裝實際最大重量

已知風機吊裝部件最大重量為葉輪104.6 t，吊裝葉輪時的吊鉤重量為9.0 t，吊具(吊座、吊帶、卸扣)重量為1.8 t，考慮吊裝過程中的風荷載等其他荷載2 t，則吊裝實際最大重量[3]：

G=葉輪重量+吊鉤重量+吊具重量+其他荷載=104.6+9.0+1.8+2=117.4 t

(1)

2.3.2吊裝實際最大高度

已知風機吊裝部件最大安裝高度為葉輪130.4m，為使葉輪順利就位，主吊吊鉤需要起升的高度[3]：

H=停機面至Ⅰ段塔筒下法蘭底面高度+安裝高度(6段塔筒長度+機艙高度)+吊具高度(吊座、吊帶)+吊裝余度=1+130.4+4.8+0.5=136.7 m

(2)

已知主吊臂下絞點到地面距離3.8 m，則主吊臂下絞點到主吊吊鉤的高度h≥136.7-3.8=132.9 m。

2.3.3回轉(zhuǎn)半徑確認

根據(jù)吊裝實際最大重量和最大高度，主臂長度114～147 m，副臂長度12 m，主副臂夾角15°，超起桅桿36 m，主吊轉(zhuǎn)臺平衡重180 t，車身壓重45 t，超起平衡重半徑選擇19 m。XGC650 超起風電(增強型)性能[5]見表2所示。

表2 XGC650 超起風電(增強型)性能

注：1.表中額定荷載是在水平堅硬地面、重物被緩慢平穩(wěn)吊起，非行走吊重工作時的值。2.表中數(shù)值帶“*”的表示超起平衡重不能離地。

依據(jù)XGC650 超起風電(增強型)性能表，起重機回轉(zhuǎn)半徑選擇24 m，超起平衡重選擇90 t，可得到主吊的起重額定載荷量為144 t。在此工況下復核主吊臂長L、仰角α及起重機負荷率。

2.3.4主吊臂長及吊裝高度確認

已知起重機回轉(zhuǎn)半徑24 m，主吊臂下絞點與主機回轉(zhuǎn)中心的水平距離1.8 m，則主吊臂下絞點至吊鉤中心的水平距離=24-1.8=22.2 m。當主吊臂下絞點到主吊吊鉤的高度h取最小值132.9 m時，求得主吊臂桿最小長度：

(3)

已知副臂長度12 m，主副臂夾角15°，則主臂最小長度：

(4)

已知主臂長度114～147 m，每3 m為一個增減長度米，故選擇主吊臂長L=126 m。按主吊臂長為126 m通過上述計算方法進行反向驗算，得到主吊臂下絞點到主吊吊鉤的最大高度：

135.82 m

(5)

已知主吊臂下絞點到地面距離3.8 m，則當主吊臂長126 m時，主吊的最大吊裝高度：H′=135.82+3.8=139.62 m>主吊吊鉤需要起升的高度136.7 m，吊裝高度滿足要求。

2.3.5吊機仰角及起重機負荷率確認

已知主臂最大仰角θ=85°，當主吊主吊臂長126 m時，吊機的仰角：

(6)

82.26° < 85°(主臂最大仰角θ)，滿足要求。

已知當起重機回轉(zhuǎn)半徑選擇24 m時，起重額定載荷量為144 t，則：

起重機負荷率=吊裝實際最大重量/起重額定載荷量=117.4/144×100%=81.5%，滿足要求。

3 場地平面布置圖

3.1 常規(guī)吊裝平臺布置方案

一般情況下，風機吊裝平臺填筑時會充分考慮各風機部件的堆放、風機吊裝設(shè)備的擺放、風機各部件吊裝順序、風機各部件運輸便利、風機吊裝設(shè)備轉(zhuǎn)場便利等相關(guān)因素進行設(shè)計。針對130 m超高3.0 MW風機，風電場設(shè)計單位建議的吊裝平臺填筑方案如圖2～3所示。

圖2 130 m超高3.0 MW風機常規(guī)吊裝平臺填筑平面示意

圖3 130 m超高3.0 MW風機常規(guī)吊裝平臺填筑立面示意

按照圖2～3的方案填筑吊裝平臺(70 m×40 m)，滿足風機吊裝要求，單個吊裝平臺填筑需要土方2 847 m3及石渣4 890 m3。

3.2 吊裝平臺設(shè)計及布置

機位風機中心確認后，根據(jù)履帶吊技術(shù)數(shù)據(jù)、風機部件外形尺寸和以上計算結(jié)果進行吊裝平臺平面布置和立面結(jié)構(gòu)設(shè)計，其中需要考慮的其他要素包括：

1)主機的組裝可以在吊裝平臺及相鄰的運輸?shù)缆飞线M行，可依據(jù)兩條履帶外側(cè)寬度10.5 m，確定主吊空載行走轉(zhuǎn)場時道路寬度為13.0 m，而項目現(xiàn)場風電場運輸?shù)缆返膶挾葹?3.0 m，完全滿足塔筒、葉片等運輸車輛的通行或臨時停放。

2)風機吊裝順序沿運輸?shù)缆贩较蛞来芜M行，吊裝前2天分別落實塔筒、葉片進場并臨時?？吭谶\輸?shù)缆愤吇蛘邲]有吊裝作業(yè)的平臺上，便可實現(xiàn)塔筒、葉片的車板起吊，吊裝平臺填筑時便不用考慮塔筒、葉片的堆放場地。

3)既然實現(xiàn)了塔筒、葉片的車板起吊，則吊裝平臺的平面設(shè)計便只需考慮葉輪組裝時主吊、輔吊、輪轂擺放位置，以及風機塔筒吊裝時主吊、輔吊、機艙、輪轂的擺放位置。

4)根據(jù)130 m超高3.0 MW風機主要部件的重量和尺寸參數(shù)明細表，利用BIM技術(shù)，模擬相關(guān)部件吊裝情況。

3.2.1吊裝平臺平面布置

吊裝平臺平面布置主要考慮Φ145 m葉輪組裝時的布置(如圖4所示)，吊裝平臺的寬度為30 m，滿足風機部件運輸車輛的轉(zhuǎn)彎半徑[6]。主吊擺放的位置確保主吊回轉(zhuǎn)中心到風機中心的水平距離為24 m。輪轂擺放的位置確保主吊回轉(zhuǎn)中心到輪轂中心的水平距離為24 m。輪轂擺放的角度滿足組裝葉片時80 t輔吊可在運輸?shù)缆飞戏龀忠黄~片，同時另一片葉片位于主機和塔筒中間。

圖4Φ145 m葉輪組裝平面布置示意

吊裝平臺平面布置滿足Φ145 m葉輪組裝要求時，復核塔筒吊裝時主吊、輔吊、機艙、輪轂擺放位置(如圖5所示)。

圖5 塔筒吊裝平面布置示意

3.2.2吊裝平臺立面結(jié)構(gòu)

吊裝平臺填筑立面結(jié)構(gòu)如圖6所示。吊裝平臺高程比一般吊裝平臺低，正如前文計算吊裝實際最大高度時考慮了停機面至Ⅰ段塔筒下法蘭底面高度為1 m，在設(shè)計吊裝平臺高程時充分利用這1 m的空間縮小平臺填筑厚度。斷面填筑時采用剛壓柔、柔包剛、剛?cè)岵钠脚_技術(shù)，平臺由下至上分別為：淤泥沉積層—水中建筑剛性垃圾層—素土回填層—磚渣層—局部碎石找平層—路基板，單個吊裝平臺填筑需要土方2 623 m3及石渣1 877 m3，既節(jié)省了平臺填筑材料用量，又降低了對填筑材料的要求，降低經(jīng)濟成本的同時滿足現(xiàn)場施工要求。

圖6 吊裝平臺平臺填筑立面示意

3.2.3BIM技術(shù)模擬吊裝

利用BIM技術(shù)，模擬相關(guān)部件吊裝情況如圖7所示，檢查吊裝過程中各部件與吊機、待安裝部件與已安裝部件在空間位置上是否沖突，驗證吊裝平臺的適用性，同時實現(xiàn)了吊裝過程的安全技術(shù)畫面交底。

圖7 BIM吊裝模擬示意

4 實施結(jié)果與評價

通過工程實踐證明，選擇的吊裝設(shè)備、設(shè)計的吊裝平臺是切實可行的，不僅保障了風機吊裝效率，更縮減了風機吊裝成本。如采用履帶式主吊拆卸行走分部轉(zhuǎn)場方式，還可以進一步節(jié)約道路填筑工程量。

5 結(jié)語

本文以沿海陸上130 m超高3.0 MW風機為例，選擇XGC650超起風電(增強型)履帶式起重機作為主吊，確認了回轉(zhuǎn)半徑，復核了吊裝性能，優(yōu)化設(shè)計了吊裝平臺，并采用BIM模擬了風機吊裝設(shè)備平面布置。最終在實際應用中保障了風機吊裝效率，降低了風機吊裝成本，減少了環(huán)境破壞，對于以后的類似風機吊裝具有很強的指導意義。