風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉輪檢修拆卸工藝

李忠強(qiáng)，張?jiān)?，鄔明材，張 偉

(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 ?？?570208)

1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組檢修難題

某項(xiàng)目3.0 MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)電運(yùn)行期間，在日常巡檢時發(fā)現(xiàn)1臺風(fēng)機(jī)的第4段與第5段塔筒對接處的法蘭出現(xiàn)移位現(xiàn)象，最大位移為9 mm，使該部位的塔筒連接螺栓受剪力作用，存在發(fā)生塔筒連接螺栓折斷而倒塔的風(fēng)險。為防止事故發(fā)生，運(yùn)行單位緊急停機(jī)，組織項(xiàng)目各參建單位討論決定拆除這臺風(fēng)機(jī)的葉輪系統(tǒng)、主機(jī)、第五段塔筒及機(jī)體電氣，待處理好法蘭錯位問題并更換該段塔筒連接螺栓后對風(fēng)機(jī)進(jìn)行復(fù)裝復(fù)產(chǎn)。3.0 MW風(fēng)機(jī)主要部件的重量和尺寸參數(shù)[2]見表1。

表1 3.0 MW風(fēng)機(jī)主要部件的重量和尺寸參數(shù)

該檢修方案中風(fēng)機(jī)葉輪的拆卸難度最大、風(fēng)險系數(shù)最高，因風(fēng)機(jī)出場設(shè)計時為保證風(fēng)機(jī)運(yùn)行時葉片與塔筒之間保證一定的安全距離，主機(jī)本體與葉輪貼合面為5°仰角[2]。而依據(jù)風(fēng)機(jī)廠家的安裝手冊表明在葉輪順槳狀態(tài)下葉輪起吊后，葉輪與主機(jī)貼合的法蘭盤呈反方向的7°仰角[2]，由此在葉輪吊裝期間，葉輪對接時葉輪與主機(jī)的貼合的2個法蘭盤形成了12°的上張口，上張口長度按弧形公式計算：

=748.4 mm

(1)

式中D=2×葉輪與主機(jī)貼合法蘭盤的直徑=2×3 575=7 150 mm。

由于在葉輪順槳狀態(tài)下葉輪與主機(jī)貼合的2個法蘭盤的上張口過大，當(dāng)葉輪與主機(jī)的連接螺栓被部分拆除時，在葉輪重力的作用下易造成輪轂與主機(jī)的突然分離，葉輪的重力勢能對主吊車、主機(jī)、葉輪極易產(chǎn)生破壞，容易造成安全事故的發(fā)生。即使葉輪沒有與主機(jī)完全分離，而被余下未拆除的螺栓卡住，也會使螺栓變形無法順利取出，大大增加葉輪拆卸的難度。

2 葉輪拆卸工藝流程及準(zhǔn)備工作

2.1 葉輪拆卸工藝流程示意

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉輪檢修拆卸工藝流程示意如圖1所示。

圖1 葉輪拆卸工藝流程示意

2.2 葉輪拆卸準(zhǔn)備工作

1) 根據(jù)風(fēng)機(jī)主要部件參數(shù)選擇主吊及輔吊，應(yīng)注意主吊的回轉(zhuǎn)半徑、吊裝高度、吊機(jī)負(fù)荷率、主臂仰角滿足要求。

2) 現(xiàn)場機(jī)位處、道路地面必須能夠承受25 N/cm2壓強(qiáng)[2]，吊裝場地面積經(jīng)空間碰撞模擬后滿足要求并適量有余。

3) 所需的吊裝設(shè)備、工裝、吊具、工具和材料已經(jīng)準(zhǔn)備齊全并且質(zhì)量通過有關(guān)部門的驗(yàn)收，設(shè)備、工裝在吊裝場地的指定位置擺放。

4) 將機(jī)組停機(jī)，進(jìn)入“機(jī)組維護(hù)”狀態(tài)，相關(guān)電氣已經(jīng)按規(guī)范動作拆除并妥善保管。

3 葉輪拆卸實(shí)施要點(diǎn)及注意事項(xiàng)

3.1 安裝風(fēng)繩葉輪調(diào)“Y”

為控制葉輪拆卸下落過程中的穩(wěn)定性，減小在風(fēng)的作用力下葉輪的擺動幅度，需在溜尾之外的2只葉片綁上風(fēng)繩。具體操作為：由主機(jī)頂部1名工作人員先確定需要安裝風(fēng)繩的2支葉片的位置(根據(jù)葉輪吊座安裝孔進(jìn)行判斷)，對講機(jī)指揮配合人員對葉輪盤車，當(dāng)其中1只葉片豎直時，啟動高速軸制動器鎖定葉輪，然后啟動主吊機(jī)，使用吊籃將工作人員、工具和風(fēng)繩送到空中，在廠家技術(shù)交底的位置套上葉片牽引套，并綁上風(fēng)繩(如圖2所示)。

圖2 吊籃輔助風(fēng)繩安裝示意

繼續(xù)盤車，安裝另1只葉片的風(fēng)繩套和風(fēng)繩，再繼續(xù)盤車，將葉輪調(diào)整到“Y”型，(其中溜尾的葉片豎直向下，葉輪吊座安裝凸臺朝上)，同時，將葉輪鎖定法蘭上的定位銷孔和主機(jī)法蘭上的定位銷孔對正，最后用高速軸制動器鎖定葉輪，此時葉片(3支葉片均位于-91°位置)為順槳狀態(tài)(如圖3所示)。

圖3 將葉輪調(diào)整到“Y”型，葉片為順槳狀態(tài)示意

3.2 葉輪吊具安裝

1) 啟動主吊，使用吊籃將2名工作人員、吊座調(diào)整座、圓形吊帶、連接螺栓、液壓扳手、開口扳手等工具送到輪轂上空。

2) 將輪轂上用密封膠封住葉輪吊座的安裝孔中螺堵表面的密封膠鏟開，用65 mm開口扳手將螺堵擰開，用M42的絲錐將葉輪吊座安裝孔過絲，保證安裝孔能順利正常使用。

3) 在地面將2個55 t弓形卸扣連接2個葉輪吊座，16顆M42×140工裝螺栓及墊圈帶在吊座上，再分別將2根80 t×9.3 m圓形吊帶一端連接55 t弓形卸扣，另一端掛在主吊機(jī)吊鉤上，然后主吊起吊2個葉輪吊座至輪轂上空，將16顆工裝螺栓及墊圈安裝固定在輪轂凸臺上，保證吊座不會滑動。

4) 然后用調(diào)整座調(diào)整好吊座的位置，用30 mm開口扳手?jǐn)Q緊螺栓M20×60、墊圈20，將調(diào)整座固定在輪轂凸臺上。然后用液壓扳手加65 mm套筒頭將吊座螺栓M42緊固至力矩值1 500 Nm(如圖4所示)。螺栓M42×140采用全潤滑方式(螺紋處及與螺栓頭接觸的墊片均涂抹潤滑劑)。

圖4 葉輪吊座及調(diào)整座安裝示意

3.3 葉輪與主機(jī)的固定

為保證葉輪與主機(jī)的連接螺栓拆除過程中，葉輪因自身重力的原因，在輪轂與主機(jī)突然分離時，葉輪作用破壞力到未拆除的連接螺栓上，可以通過以下2個措施在拆除連接螺栓前額外增加葉輪與主機(jī)的固定連接。

1) 利用對正的葉輪鎖定法蘭上的定位銷孔和主機(jī)法蘭上的定位銷孔，將2個風(fēng)輪定位銷插入主機(jī)，鎖定法蘭上的Φ80孔內(nèi)，再用M64螺母固定風(fēng)輪定位銷，將葉輪與主機(jī)鎖住(如圖5所示)。

圖5 安裝風(fēng)輪定位銷固定葉輪和主機(jī)示意

2) 用2根10 t吊帶及10 t倒鏈?zhǔn)掷J將輪轂與主機(jī)固定，主機(jī)固定點(diǎn)為后桅桿支架，輪轂固定點(diǎn)為吊座上的弓形卸扣上，吊帶的拆卸點(diǎn)在主機(jī)上(如圖6所示)。

圖6 安裝兩根吊帶固定葉輪和主機(jī)示意

3.4 葉片變槳調(diào)葉輪重心

進(jìn)入輪轂，打開變槳控制箱蓋板，手動變槳，依次將安裝好風(fēng)繩的2片葉片變槳角度由原來的-91°改為91°，以此改變?nèi)~輪系統(tǒng)的重心(如圖7所示)。依據(jù)風(fēng)機(jī)廠家的測算，葉輪系統(tǒng)的重心調(diào)整后，葉輪起吊后貼合法蘭盤的反方向仰角將由7°變成1°，此時葉輪與主機(jī)的兩個貼合法蘭盤形成的上張口由12°變成6°。上張口長度按弧形公式計算：

圖7 安裝風(fēng)繩的2支葉片變槳，調(diào)整葉輪重心示意

=374.2 mm

(2)

上張口減小一半，大大減少了葉輪拆卸過程中因葉輪的重力勢能對主吊車、主機(jī)、葉輪產(chǎn)生的破壞力。

3.5 葉輪受向上的拉力

啟動主吊，通過安裝好的葉輪吊具對葉輪施加并保持85 t的力不卸力(葉輪系統(tǒng)重量=輪轂+3支葉片重量=86 t)，達(dá)到降低拆卸連接螺栓難度的同時，可以將葉輪拆卸過程中因葉輪重力勢能對主吊車、主機(jī)、葉輪產(chǎn)生的破壞力縮減到設(shè)備可承受范圍內(nèi)。

3.6 拆卸連接螺栓

用M36液壓拉伸器以大于574 kN的拉伸力松開輪轂與主機(jī)連接螺栓的圓螺母M36(不擰下)，先拆內(nèi)圈后拆外圈，并將已松開的螺栓作好標(biāo)記。確認(rèn)所有螺母都松開后，用電動扳手將全部螺母拆卸，拆卸的螺母、螺栓應(yīng)全部撤離輪轂，轉(zhuǎn)移并安全放置在主機(jī)內(nèi)，螺栓保留法蘭盤外圈上下左右各1個，其他全部拆除。

3.7 葉輪與主機(jī)脫離

螺栓拆完，撤離多余的工作人員及工器具，主機(jī)內(nèi)及主機(jī)頂部各保留1位工作人員并保持通信暢通，地面上的工作人員拉緊風(fēng)繩，主吊85 t的力不卸力。首先由主機(jī)內(nèi)工作人員對稱取下法蘭盤外圈的4顆螺栓后撤離至主機(jī)內(nèi)部安全位置。其次由主機(jī)頂部工作人員取出葉輪鎖定法蘭上的2個定位銷，然后將主吊的力調(diào)整到87 t(等于或略大于葉輪系統(tǒng)+吊具的總重量)，由主機(jī)頂部工作人員拆除2根10 t吊帶，在主吊的作用下，使2根10 t吊帶與葉輪一起和主機(jī)完全脫離(如圖8所示)；最后主吊車順時針緩慢旋轉(zhuǎn)，在風(fēng)繩的配合下，使葉輪與主機(jī)完全脫離后不產(chǎn)生大幅搖擺，繼續(xù)轉(zhuǎn)動主吊車使葉輪與主機(jī)達(dá)到2 m安全距離后緩慢落勾，葉輪降落時地面人員控制風(fēng)繩，使葉輪不會在風(fēng)的作用力下大幅擺動。

圖8 葉輪與主機(jī)安全脫離示意

3.8 葉輪落地安放

當(dāng)葉輪緩慢下降至溜尾葉片的葉尖距離地面約1.5 m時停止下降，在溜尾葉片標(biāo)記好的吊點(diǎn)位置捆綁1根20 t×20 m×300 mm扁平吊帶(吊帶與葉片間加V型泡沫墊)并掛到輔吊機(jī)吊鉤上(如圖9所示)。緩慢提升輔吊吊鉤，待吊鉤將吊帶拉直后停止提升，此時保持輔吊高度不變，并根據(jù)主吊下降情況水平移動吊鉤，主吊緩緩下降，直到3個葉片處在同一水平面，保持葉輪水平狀態(tài)，此時主吊和輔吊同時緩慢下降。當(dāng)葉輪接近地面時，將葉輪放置在提前準(zhǔn)備好的輪轂工裝上(如圖10所示)，并用M16×40螺栓固定，葉輪固定完成后，為保證葉輪系統(tǒng)設(shè)備檢修時不發(fā)生意外，3只葉片均變槳至0°，并用風(fēng)繩在地面加固葉片。

圖9 溜尾葉片安裝吊帶示意

圖10 葉輪準(zhǔn)備就位在輪轂工裝上示意

4 結(jié)語

工程實(shí)踐證明，上述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉輪拆卸工藝在實(shí)施過程中具備優(yōu)勢：① 葉輪拆卸過程中所采取的技術(shù)措施，針對性解決了葉輪拆卸的難題，降低了葉輪拆卸風(fēng)險，證明該工藝具備安全可靠性、技術(shù)可行性；② 在葉輪拆卸時主吊作業(yè)時間及葉輪滯空時間短，有效降低了空中作業(yè)突發(fā)事件(天氣突變、主吊故障等)造成事故的風(fēng)險，證明該工藝具備穩(wěn)定的施工效率；③ 在葉輪拆卸過程中相較于一般的葉輪吊裝施工方法，并未產(chǎn)生額外高成本的技術(shù)措施，證明該工藝的經(jīng)濟(jì)合理性。所以上述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉輪拆卸工藝可為以后類似的風(fēng)機(jī)檢修項(xiàng)目提供借鑒。