風電塔架及葉片的監(jiān)理控制研究

崔夕峰，王建梅，王 博

(1.太原重工新能源裝備有限公司，太原 030024；2.太原科技大學 重型機械教育部工程研究中心，太原 030024)

風機產業(yè)的飛速發(fā)展，使得市場空前繁榮，但也帶來了一些問題：產能的不斷提升和制造技術的突飛猛進，導致風機價格不斷走低。行業(yè)利潤逐步減少，少數企業(yè)為了生存，盲目追求成本的降低，而忽視在制造技術、產品質量和售后服務的提升[1]。有的企業(yè)偏重產能發(fā)展，只重視搶市場；有的企業(yè)為了減少工期，提高進度，導致內部管理松懈，質量把關不嚴；有的企業(yè)產品質量控制手段較低，對后續(xù)的維護服務不到位，導致產品穩(wěn)定性等問題層出不窮[2-3]。2018年李村風電場及天塘山風力發(fā)電有限公司發(fā)生風機倒塔事故，2019年甘肅民勤周家井風電場風機塔筒倒塌、GE倒塔事故。截至到2019年3月31日，全球范圍內發(fā)生的2457起風電機組事故中，風電葉片故障415起，占全部風電機組事故的16.89%[4]，因此，必須引起對風電塔架及葉片監(jiān)理控制的重視。

1 風機塔架及葉片結構簡介

1.1 風機塔架

風機塔架為風機的主要承載部件，主要對鋼板采用卷制、焊接等工藝組成柱體或錐體結構，由塔架及其內飾件組成，一般由三或四節(jié)塔筒組成，經法蘭螺栓連接而成，是機組的主要承載部件。塔筒外觀如圖1所示。

1.2 風機葉片

風電葉片是風機的重要部件之一，風電葉片設計質量的好壞與風機的正常運行息息相關。風電葉片一般設計為薄殼結構，材料選用復合材料。主要由根部、外殼和加強筋或梁組成[5]。風力發(fā)電機組葉片如圖2。

圖2 葉片Fig.2 Leaf blade

2 風電塔架的監(jiān)理

2.1 監(jiān)理流程圖

監(jiān)理技術在風電塔架監(jiān)造維護等方面具有重要意義，針對塔架的特點，設計合理的監(jiān)理技術流程，保證塔筒的建設有條不紊[6]，具體監(jiān)理流程如圖3。

圖3 監(jiān)理流程圖Fig.3 Supervision flow chart

2.2 筒體制造工藝流程

目前影響塔筒安全的主要問題包括：地基沉降或松動、塔筒異常傾斜與彎曲、塔筒法蘭螺栓疲勞失效[7]，針對以上問題，在設計、裝配、材料選取和工藝設計過程中，應盡可能降低裝配間隙、提高材料的屈服強度，不斷提升產品可靠度[8]。筒體制造工藝技術流程如圖4。

圖4 筒體制造工藝技術流程圖Fig.4 Process flow diagram of fan drum tower manufacturing technology

2.3 關鍵項目的監(jiān)理方式

監(jiān)理部門對重要的施工工序和隱蔽工程質量驗收，統(tǒng)一驗收尺度和質量標準，確保對各施工標段質量驗收的一致性和公正性[9]。監(jiān)理單位要結合工程實際，編制監(jiān)理工程實施準則，控制工程質量，同時要求工程承包商嚴格遵守國家法律法規(guī)，遵從驗收標準，按照相關流程與技術操作標準進行施工。

2.4 關鍵項目的監(jiān)理技術要求

監(jiān)理在監(jiān)造過程中要以圖紙、技術標準等作為依據，對關鍵零部件的停點和生產過程做好監(jiān)理控制。關鍵項目的監(jiān)理技術要求對原材料、焊接過程、防腐過程、存儲、包裝發(fā)運進行監(jiān)理。其中，原材料主要是對法蘭、鋼板和焊材進行監(jiān)理；防腐要從拋丸，噴涂環(huán)境、溫度、濕度，以及噴涂表面質量和漆膜厚度等各個關鍵點進行監(jiān)督控制；塔筒應在涂裝干燥后再進行室外存儲，在涂裝材料硬化前不允許發(fā)運。

2.5 生產進度的監(jiān)理控制

通常采用事前控制與過程控制相結合的方式來監(jiān)理塔筒制造過程，將影響進度的多種因素降到最小[10]。在制造廠家安排生產計劃之前，監(jiān)造人員根據已經開工制造設備的進展及周期，與相關部門進行溝通，爭取預定的生產計劃按時按量完成。業(yè)主根據風電現場工程進度，及時調整與相關部件制造廠家約定的交貨日期。監(jiān)理工程師根據每周現場情況了解生產進度，并分析做出決策。

2.6 分供方的質量監(jiān)理控制

在分供方合作的前期要從企業(yè)的資質、操縱人員資質、生產設備及能力、質量保證等方面進行質量控制，并在監(jiān)造過程中做好記錄。

塔筒制造企業(yè)應通過ISO9000系列質量管理體系認證，并取得壓力容器制造資質或特種設備生產資質，應具備較多的無損檢測人員、焊接工程師、檢驗工程師和技師，且具有相關資格證書，塔筒生產的全過程應在廠房內進行。

2.7 資料管理的監(jiān)理控制

在生產之前需要向監(jiān)理人員提供對接試板、角接試板、焊縫返修的工藝評定文件；電焊工、無損檢測人員名單及資格證書。

生產過程中監(jiān)理人員應收集法蘭與筒節(jié)裝配、筒體裝配、相應焊接方法、焊縫及筒體變形修復的工藝規(guī)程。

對材料進行復檢，筒體、框鋼板、焊接材料和基礎環(huán)材料等進廠后應按照批次完成復驗，并給出相應的檢驗報告。

2.8 供應商的監(jiān)理評價

考察建立合格供貨方名冊。按月對合格供貨方的供貨渠道、質量、能力、周期、到貨率、價格、售后服務、存在問題及改進情況進行評比。

2.9 塔架監(jiān)理實效分析

以具有一定規(guī)模的風場為例，某公司對塔架進行監(jiān)理前后的情況對比見表1.

表1 實效分析

續(xù)表1

3 風電葉片的監(jiān)理

3.1 葉片的監(jiān)理技術流程

風電葉片事故高發(fā)期通常與盛風期重疊，葉片故障導致的停機通常需要較長的維護時間，給風場帶來巨大的經濟損失[11]。據統(tǒng)計，在風電機組的各種停機事故中葉片停機比率約占33.96%[12]。且風力發(fā)電機組中葉片出現問題時較難發(fā)現，因此，需對其進行定期的監(jiān)測處理[13]。具體葉片監(jiān)理流程如圖5.

圖5 監(jiān)理技術流程Fig.5 Supervision technology flow char

3.2 關鍵項目的監(jiān)理方式、

關鍵項目監(jiān)理十分重要，監(jiān)造方式分為停工待檢(H點)、現場見證(W點)、文件見證(R點)。其中，停工待檢、現場見證均應有監(jiān)造工程師參加，當場查驗后才能進行下一步。文件見證由監(jiān)造工程師查閱葉片制造廠的檢驗、試驗記錄。

監(jiān)造工程師收到質量見證通知后，應及時前往制造廠參加現場見證，若不能準時參與，則由W點轉化為 R點；H點若沒有監(jiān)造工程師下發(fā)的書面通知同意轉為 R點，制造廠不能私自進入下道工序，應與監(jiān)造工程師一起商定更改見證日期[14]。

3.3 關鍵項目的監(jiān)理技術要求

風電整機葉片關鍵項目監(jiān)理技術見表2。

表2 關鍵項目監(jiān)理技術Tab.2 Key Technology Project Supervision

3.4 生產進度的監(jiān)理控制

生產進度的監(jiān)理是在葉片制造過程中始終需要進行協(xié)調的一項工作。控制方法和塔筒類似，同樣采用事前控制與過程控制相結合。生產計劃是制造廠家根據雙方約定的交貨日期安排生產，保障產品按期完成[15]。在制造廠家安排生產計劃之前，監(jiān)造人員根據已經開工制造設備的進展及周期，與相關部門進行溝通，爭取預定的生產計劃按時按量完成。業(yè)主根據風電現場工程進度，及時調整相關部件制造廠家約定的交貨日期。監(jiān)理工程師根據每周現場情況了解生產進度，并分析。

3.5 分供方的質量監(jiān)理控制

首先，對分供方資質審查(考察)：(1)考察分供方車間、加工設備、操作人員資質是否能夠滿足產品質量及技術要求；(2)考察分供方是否能夠保證產品質量，是否有完善的質量保證體系；(3)考察分供方的工藝技術流程是否能夠保證產品質量；(4)考察分供方的材料供應商生產的材料是否滿足相應的標準和技術要求；(5)見證對生產過程的控制，過程檢驗要求符合訂貨協(xié)議和圖紙要求；(6)考察分供方檢驗設備是否滿足檢驗要求，是否進行日程維護及校準；(7)檢查分供方檢驗人員、特種作業(yè)人員是否具備相關資格證書。

其次，葉片的首件驗收請示一般來源于《新供方開發(fā)質量、工藝配合工作》，驗收合格葉片監(jiān)理必須在完工驗收的報告上簽字審核，方可發(fā)運。

3.6 資料管理的監(jiān)理控制

作為對葉片供方管理的依據，相應的信息資料收集是必要的，具體應包括：(1)各葉片廠家聯(lián)系方式；(2)各葉片廠葉片主材資料；(3)葉片供應商及其分廠產品狀況信息統(tǒng)計；(4)產品質量保證協(xié)議；(5)葉片訂貨技術協(xié)議；(6)接口圖紙匯總；(7)各葉片廠家的年度質量控制計劃；(8)各葉片廠家的型式試驗資料。

3.7 供應商的監(jiān)理評價

對于供應商的監(jiān)理評價方面：(1)減少評價方式和評價指標，提升效率，及時更換更合適的供應商；(2)在減少的評價指標的基礎上，做到評估處理上的多方面、多層次，在實施過程中進行監(jiān)理處理。

3.8 葉片監(jiān)理實效分析

以具有一定規(guī)模的風場為例，某公司對風機葉片進行監(jiān)理前后情況進行對比見表3.

表3 葉片監(jiān)理實效分析Tab.3 Effectiveness analysis of blade supervision

4 結論

塔架監(jiān)造后，前期出現的一些質量問題得到改善。及時溝通與交流，使制造單位的排產計劃更加具體、貼近實際，生產周期大幅縮短；產品質量得到明顯的改善和提升，降低了質量問題帶來的附加成本，總體成本下降約2.3%.此外，通過塔架監(jiān)造，監(jiān)理人員對設計方面存在的缺陷提出了改進意見，及時在生產過程中進行優(yōu)化和完善，有效提升了產品的合格率。

風機葉片經過監(jiān)理后，葉片產品質量得到提升，減少了風機故障率；產品進度上安排更加合理有效，以往出現的到貨不及時影響現場吊裝和發(fā)運的情況得到了很好的改善，保證了風電整機的統(tǒng)籌安裝；此外，通過監(jiān)理統(tǒng)籌，減少了額外費用的支出，極大地降低了風機制造安裝成本。