大型風(fēng)電機組葉片吊裝工藝及專用吊具分析

摘要：的大型化發(fā)展使得其葉片吊裝難度增加。本文在闡述大型風(fēng)電機組葉片吊裝工藝的基礎(chǔ)上，結(jié)合5MW以上大型機組葉片吊裝實際，就其專用吊具的應(yīng)用要點展開分析。期望能實現(xiàn)葉片的規(guī)范吊裝，滿足大型風(fēng)電機組運作需要。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電機組;大型化;葉片吊裝;工藝;吊具分析

風(fēng)電是一種清潔化的可再生能源，其在綠色經(jīng)濟發(fā)展中起到至關(guān)重要的作用。風(fēng)電機組是風(fēng)電生產(chǎn)的核心設(shè)備，步入新時期以來，風(fēng)電機組出現(xiàn)了大型化的發(fā)展趨勢，這使得機組葉片吊裝的難度大大增加，基于此，有必要規(guī)范選擇葉片專業(yè)吊具，控制葉片吊裝工藝，為大型風(fēng)電機組的運行和風(fēng)電生產(chǎn)創(chuàng)造良好條件。

一、風(fēng)電機組大型化對葉片的影響

推動風(fēng)電機組的大型化發(fā)展是風(fēng)電生產(chǎn)的內(nèi)在要求，同時也是風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的主要趨勢，其能在減少塔架基礎(chǔ)成本的同時，提升風(fēng)能利用效率，實現(xiàn)風(fēng)電生產(chǎn)成本與效益的統(tǒng)一。對于大于5MW的風(fēng)電機組而言，其多采用大葉片結(jié)構(gòu);大葉片結(jié)構(gòu)的長度教長，剛度較小，而且葉片的柔性也越來愈大。有研究顯示，葉片重量與葉片長度近似成三次方關(guān)系，即當(dāng)葉片長度增加時，其質(zhì)量也處于持續(xù)增長態(tài)勢;這容易產(chǎn)生交變荷載，影響葉片及機組使用壽命，并對風(fēng)電生產(chǎn)效率具有較大影響?；诖耍谑褂么笕~片結(jié)構(gòu)過程中，現(xiàn)階段的風(fēng)電機組葉片還具有輕量化發(fā)展的特征[1]。

二、基于大型風(fēng)電機組的葉片吊裝工藝

1、葉片吊裝該工藝

作為風(fēng)電機組的重要構(gòu)件，葉片通常安裝在輪轂上，并與其合稱為葉輪，其能通過轉(zhuǎn)動使得風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機械能，進而帶動發(fā)電機組發(fā)電。受自身結(jié)構(gòu)影響，葉片吊裝是風(fēng)力發(fā)電機組安裝作業(yè)工藝性最差的部件;一方面，葉片本身容易受風(fēng)荷載干擾，為確保吊裝、安裝作業(yè)規(guī)范，需保證葉片吊裝時的風(fēng)速不超過8m/s。另一方面，葉片結(jié)構(gòu)細(xì)長，其重心難以有效確定，影響了吊裝的效率。

2、具體吊裝工藝

2.1預(yù)裝三葉片

作為大型風(fēng)電機組施工中較為常用一種方式，預(yù)裝三葉片工藝現(xiàn)需要將輪轂水平置于地面，然后按照順序?qū)?片葉片與輪轂組合在一起，形成葉輪組合件，隨后按照水平起吊葉輪組件、空中翻身、輪轂安裝、葉輪及輪轂控制作業(yè)的流程進行施工。該工藝下，在地面組合3片葉片與輪轂，工藝難度整體較小，但是由于葉片本身的尺寸較大，故而重視組裝場地面積控制。同時應(yīng)注意葉輪組合件起吊翻身及移位轉(zhuǎn)運控制，避免葉輪組合件受損。此外在后期起到中，如果葉根部位具有良好的強度，則需要在2片葉片的葉根位系上吊索，同時需在第三片葉片部位設(shè)置翻身吊索，為后期吊裝創(chuàng)造良好條件。

2.2預(yù)裝兩葉片

預(yù)裝兩葉片下，葉片與輪轂提前組合的片數(shù)不同，其具體吊裝工藝也有較大差異。通常采用預(yù)裝兩葉片吊裝時，首先要將機艙置于地面，完成輪轂與機艙的組合裝;其次要按照豎直面為羊角狀的要求，進行在輪轂上安裝兩片葉片，實現(xiàn)葉輪與輪轂的結(jié)合;隨后在檢查結(jié)合件質(zhì)量的基礎(chǔ)上，應(yīng)控制吊裝環(huán)境，進行組合件吊裝，并將吊裝的構(gòu)件安裝在塔架頂部，最后完成第三片葉片的吊裝與空中組裝。

2.3直裝三葉片

直裝工藝不預(yù)先進行葉片與輪轂的結(jié)合。在直裝工藝下，先進行輪轂與機艙的組裝，組裝完成后將其組合吊運安裝到塔架頂部，隨后按照順序起吊的方式，完成三片葉片的吊裝，實現(xiàn)葉片與輪轂的空中組裝與結(jié)合[2]。本工藝下，由于三片葉片均在控制組裝，整體難度較大，應(yīng)重視專用吊具的規(guī)范使用，同時在完成第三片葉片安裝前，需重視風(fēng)機主軸控制，確保其能提供一定的反向轉(zhuǎn)矩，消除葉輪不平衡所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。

三、大型風(fēng)電機組葉片吊裝專用吊具分析

1、吊具結(jié)構(gòu)分析

本研究以5MW以上大型機組葉片吊裝專用吊具為例，此類吊具不僅包含俯仰結(jié)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，而且涉及抱合結(jié)構(gòu)、夾持結(jié)構(gòu)，此外配重及液壓系統(tǒng)也是其重要的組成部分。其中俯仰結(jié)構(gòu)具有較強的調(diào)節(jié)能力，其能使得吊具繞水平橫軸轉(zhuǎn)動，并對抱合結(jié)構(gòu)的姿態(tài)進行控制，實現(xiàn)葉片的高效、精準(zhǔn)加持。旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)在葉片繞水平縱軸角度調(diào)節(jié)中起到至關(guān)重要作用，在旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)作用下，不論是在水平、垂直狀態(tài)，還是在120°羊角狀態(tài)，葉片均能實現(xiàn)高效安裝。抱合結(jié)構(gòu)起到加持葉片的作用;而加持結(jié)構(gòu)能實現(xiàn)夾持板與葉片的緊密貼合，實現(xiàn)葉片的有效保護。

2、吊具作業(yè)參數(shù)控制

要提升大型風(fēng)電機組葉片吊裝作業(yè)的規(guī)范性，還應(yīng)重視吊具使用參數(shù)的控制，結(jié)合這些參數(shù)對吊具的開合、夾持、俯仰、旋轉(zhuǎn)等動作進行精確控制。譬如在LZ75-6.0葉片吊裝中，此類葉片的長度為75m，葉片配重后，其質(zhì)量為3000kg，此外重心位置維護22.35m。在該葉片吊裝中，對于吊具的使用控制以下參數(shù)：其一，在環(huán)境參數(shù)控制中，要求風(fēng)力不超過8m/s，即風(fēng)力需達到4級風(fēng)以下條件。其二，在吊具機械手控制中，要求價差的誤差不超過±1m。其三，在吊具俯仰結(jié)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)控制中，要求其能按照0°～-40°俯仰姿態(tài)和±130°旋轉(zhuǎn)姿態(tài)作業(yè);并且要求加持結(jié)構(gòu)的還是用不得對葉片造成損傷。其四，控制吊具驅(qū)動系統(tǒng)，采用380V線路實施有線供電，并實施吊裝過程的遠程無線遙控。其五，為保證吊具使用的安全性，應(yīng)為吊具設(shè)置閉鎖結(jié)構(gòu)，積極發(fā)揮閉鎖功能，避免吊裝事故發(fā)生。

3、重視不同工況下的吊具控制

要提升吊具應(yīng)用質(zhì)量，還能過重視不同工況下吊具的使用。如在水平狀況下，大梁處施加壓力提供摩擦力，前緣提供支撐力;而在豎直吊裝工況是，應(yīng)充分發(fā)揮根部夾具作用，避免葉片滑落，并且應(yīng)盡量減少葉片與夾具的相對滑移;此外在旋轉(zhuǎn)或傾斜下，應(yīng)在保證根部夾具機械力的基礎(chǔ)上，控制夾具表面的摩擦力，提升葉片的夾持吊裝效果。

結(jié)語

葉片吊裝工藝的應(yīng)用對于大型風(fēng)電機組功能發(fā)揮具有積極作用。新時期，人們只有充分掌握大型風(fēng)電機組葉片特征，規(guī)范使用吊裝工藝，并精準(zhǔn)控制專用夾具的使用，才能有效提升葉片吊裝的效率和質(zhì)量，為大型風(fēng)電機組運行創(chuàng)造良好條件，促進風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

參考文獻

[1]李向才，闞子龍.纜風(fēng)控制系統(tǒng)在海上風(fēng)電超長、超寬單葉片安裝中的應(yīng)用[J].中國高新科技，2020（22）：98-99.

[2]周通.大容量海上風(fēng)電機組葉片吊裝工藝分析——基于福清興化灣海上風(fēng)電樣機試驗風(fēng)場[J].水電與新能源，2019，33（3）：73-78.

作者簡介：殷金輝（1991.07.03-），男，漢，甘肅酒泉人，本科，甘肅省特種設(shè)備檢驗檢測研究院，中級工程師，研究方向：風(fēng)電葉片測試技術(shù)。