風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔筒垂直度檢測(cè)方法研究

何水娥

（安徽省地質(zhì)實(shí)驗(yàn)研究所（國(guó)土資源部合肥礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測(cè)中心），安徽 合肥 230001）

伴隨綠色清潔能源市場(chǎng)不斷推進(jìn)，使得風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目得以迅速推廣，截至2019年上半年，全國(guó)累計(jì)裝機(jī)1.93億千瓦。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔筒屬于高聳建筑，塔架偏心，基礎(chǔ)不均勻沉降超過允許值，在壓力荷載和動(dòng)力荷載作用下，將給風(fēng)電機(jī)組吊裝及運(yùn)行帶來安全隱患，輕則使風(fēng)機(jī)達(dá)不到設(shè)計(jì)運(yùn)行效率，重則將造成塔架傾覆嚴(yán)重后果。因此，為確保風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的施工運(yùn)營(yíng)安全，必須對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔架進(jìn)行垂直度檢測(cè)[1]。

1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔筒垂直度測(cè)量?jī)?nèi)容

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔筒垂直度主要通過風(fēng)電塔中心的水平偏移量和傾斜度來體現(xiàn)，可通過截面中心的水平位移量來求取，從而判斷塔筒的傾斜。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔筒就是風(fēng)力發(fā)電的塔桿，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中主要起支撐作用，同時(shí)吸收機(jī)組震動(dòng)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔筒為上細(xì)下粗圓柱體，塔筒高度約82m。因此風(fēng)機(jī)塔筒不便于攀爬，發(fā)射照準(zhǔn)設(shè)備安置困難。因此，常規(guī)的用儀器照準(zhǔn)在構(gòu)筑物上布設(shè)的照準(zhǔn)標(biāo)志或反射片的垂直度檢測(cè)方法不適用于風(fēng)電塔筒垂直度檢測(cè)[2]。

2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔筒垂直度檢測(cè)方法

2.1 基礎(chǔ)沉降量觀測(cè)方法

如圖1所示，在風(fēng)機(jī)塔筒平臺(tái)上布設(shè)四個(gè)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)，采用天寶DINI03等高精度水準(zhǔn)儀，采用一二等水準(zhǔn)觀測(cè)方法，對(duì)四點(diǎn)的相對(duì)高差進(jìn)行觀測(cè)。通過兩次觀測(cè)高差之差計(jì)算塔筒垂直度。

圖1 風(fēng)電塔筒沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)示意圖

此方法要求風(fēng)機(jī)塔筒施工運(yùn)營(yíng)前取得監(jiān)測(cè)點(diǎn)初試觀測(cè)值，在整個(gè)運(yùn)營(yíng)期間點(diǎn)位要保存完好。

2.2 全站儀前方交會(huì)法

全站儀前方交會(huì)法是一種不接觸測(cè)量，實(shí)際操作簡(jiǎn)單。具體操作如下：在地面距風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔筒約1.5倍其高度的水平距離處，選擇便于觀測(cè)、相互通視的兩點(diǎn)A、B，坐標(biāo)為（XA，YA）、（XB，YB），且使A、B兩點(diǎn)與風(fēng)力發(fā)電機(jī)組大致成90°角，利用前方交會(huì)法測(cè)出上、下圓截面的圓心。具體方法如圖2所示，在控制點(diǎn)A、B處分別架設(shè)全站儀，測(cè)得風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔筒上、下水平圓截面的圓心O1和O2角度值。根據(jù)前方交會(huì)計(jì)算公式，計(jì)算O1與O2的坐標(biāo)值，將O1點(diǎn)投影到O2點(diǎn)的截面，得到水平偏移量與偏移方向。上下圓截面的高差值h可以由全站儀直接測(cè)得。計(jì)算風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔筒的垂直高度，垂直度=水平偏移量/高差h。

圖2 全站儀前方交會(huì)觀測(cè)方法示意圖

前方交會(huì)法不僅能測(cè)垂直度，而且當(dāng)有傾斜時(shí)，還能測(cè)量?jī)A斜量和傾斜方向。其精度取決于交會(huì)柱心點(diǎn)坐標(biāo)精度。交會(huì)精度與交會(huì)圖形及測(cè)量精度有關(guān)。但此方法在實(shí)際操作中，因塔筒邊緣與遠(yuǎn)處天的顏色接近，很難采集到的塔筒邊線，觀測(cè)誤差較大。

2.3 三點(diǎn)畫圓法

三點(diǎn)畫圓法即利用不在同一直線上的三點(diǎn)能確定唯一外接圓的原理，測(cè)量風(fēng)電塔筒某一橫截面上三個(gè)點(diǎn)坐標(biāo)，求取該圓截面的圓心坐標(biāo)。具體操作如圖3所示：首先在距風(fēng)電機(jī)組一定距離處架設(shè)好全站儀，全站儀照準(zhǔn)頂部塔筒連接處的筒頂部某一橫截面，測(cè)定截面上3個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)A1，A2，A3，再用全站儀照準(zhǔn)底部塔筒某一連接處的截面線，測(cè)定該截面上的3個(gè)點(diǎn)坐標(biāo)B1，B2，B3，同時(shí)測(cè)量?jī)山孛娓卟頷，內(nèi)業(yè)通過計(jì)算求得圓心點(diǎn)坐標(biāo)A0，B0，計(jì)算兩點(diǎn)間距離S，垂直度=坐標(biāo)差S/h。

圖3 三點(diǎn)畫圓法示意圖

此方法操作簡(jiǎn)單，對(duì)儀器架設(shè)位置要求低，全站儀自由設(shè)站，也降低了儀器對(duì)中誤差，提高了點(diǎn)位精度。在山區(qū)風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目中具有更強(qiáng)的適用性。

3 三點(diǎn)畫圓法應(yīng)用

位于江西省贛州市南康區(qū)的風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)塔筒垂直度檢測(cè)項(xiàng)目中，因風(fēng)電機(jī)組平臺(tái)上布設(shè)的沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)位在運(yùn)營(yíng)期間有些被破壞了，無法獲得沉降累積差，山區(qū)通視條件差等多種因素，選用三點(diǎn)畫圓法檢測(cè)風(fēng)機(jī)塔筒垂直度。部分檢測(cè)成果如表1所示[3-5]。

表1 風(fēng)力發(fā)電塔筒垂直度檢測(cè)計(jì)算成果表

4 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔筒為上細(xì)下粗的超高圓柱體等特點(diǎn)，在實(shí)際施測(cè)過程中，通過比較分析，研究的的三種方法中，三點(diǎn)畫圓法最具實(shí)際操作性。在類似的項(xiàng)目中，具有重要的指導(dǎo)意義。