風(fēng)機(jī)葉片高空組合施工技術(shù)

李力強(qiáng)，曹 磊

（1.中國能源建設(shè)集團(tuán)山西電力建設(shè)第三有限公司，山西 太原 030000；2.中國能源建設(shè)集團(tuán)廣東天安項(xiàng)目管理有限公司，廣東 廣州 510663）

0 引言

隨著風(fēng)電場建設(shè)的高速發(fā)展，國內(nèi)優(yōu)質(zhì)風(fēng)電建設(shè)場地日益減少，不少山地風(fēng)電只好將機(jī)位點(diǎn)選在山脊上，平原風(fēng)電則通過采用高塔筒、長葉片、大功率風(fēng)機(jī)等方式獲得較高的發(fā)電量。但傳統(tǒng)的風(fēng)輪地面組合方式占地面積大、征地困難、對(duì)吊裝平臺(tái)及周邊環(huán)境要求高等因素，嚴(yán)重制約了大型風(fēng)機(jī)的吊裝。在這種情況下，本文提出了風(fēng)機(jī)風(fēng)輪單葉片空中組合施工方法，該方法打破了復(fù)雜地形的限制，有效地利用了原本無法進(jìn)行地面組裝風(fēng)輪組合的有限場地，在樹木茂密、山體阻礙區(qū)域完成了吊裝作業(yè)，減少了對(duì)山體樹木植被的破壞。

1 風(fēng)機(jī)葉片高空組裝工藝的提出及實(shí)施

廣東華潤清遠(yuǎn)佛岡風(fēng)電場項(xiàng)目裝機(jī)規(guī)劃為：單機(jī)容量3 MW風(fēng)機(jī)5臺(tái)，單機(jī)容量3.2 MW風(fēng)機(jī)11臺(tái)。其中3 MW風(fēng)機(jī)的輪轂高度90 m，葉輪直徑135 m；3.2 MW的風(fēng)機(jī)輪轂高度90 m，葉輪直徑145 m。該風(fēng)電場地處山區(qū)，機(jī)位點(diǎn)選在山脊上，若按傳統(tǒng)的風(fēng)輪地面組合整體翻轉(zhuǎn)吊裝方式進(jìn)行安裝，施工成本太大。經(jīng)過對(duì)多個(gè)方案的比較分析，最終確定采用風(fēng)機(jī)葉片高空組合施工技術(shù)。

風(fēng)機(jī)單葉片高空組裝技術(shù)一改以往常規(guī)的葉輪地面組合安裝方式，通過使用制作的葉片專用吊裝工具來保證葉片安全平穩(wěn)地在空中完成與輪轂的組合。另外，借助風(fēng)力發(fā)電機(jī)自身的盤車系統(tǒng)，可以將輪轂的位置旋轉(zhuǎn)到下一個(gè)輪轂與葉片對(duì)口的位置上，便于吊裝作業(yè)進(jìn)行。該項(xiàng)風(fēng)機(jī)葉片高空組合技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)：葉片專用吊裝工具，具有高空脫落鉤功能，從而減少了對(duì)口完成后摘鉤作業(yè)過程中的安全風(fēng)險(xiǎn)；采用專用吊具夾持機(jī)構(gòu)夾持葉片，比常規(guī)采用的專用吊帶吊裝葉片，可以提高吊裝作業(yè)過程中的安全性。

2 專用吊具的制作要求

葉片專用吊具要具備以下條件：安全性好，可靠性高；組合安裝方便，操作簡單；長度可調(diào)，適應(yīng)不同葉片規(guī)格（這樣可重復(fù)利用）；強(qiáng)度大，不易變形；葉片防滑及防護(hù)好。另外，為了減少葉片與輪轂高空對(duì)口完成后摘鉤作業(yè)過程中的安全風(fēng)險(xiǎn)，單葉片專用吊具在制作時(shí)，要實(shí)現(xiàn)高空自動(dòng)脫落鉤，便于葉片就位后的摘鉤作業(yè)。

葉片專用吊具總體結(jié)構(gòu)包括：前后上下調(diào)整俯仰機(jī)構(gòu)、可以調(diào)節(jié)葉片繞葉片水平軸轉(zhuǎn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)（可實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)葉片在水平狀態(tài)、垂直狀態(tài)和120°狀態(tài)這3種情況下進(jìn)行安裝就位）、固定葉片的抱合及葉片夾持機(jī)構(gòu)等。專用吊具俯仰機(jī)構(gòu)的功能：調(diào)節(jié)專用吊具繞葉片的水平橫軸轉(zhuǎn)動(dòng)，變換抱合機(jī)構(gòu)的上下俯仰姿態(tài)，方便專用吊具夾持抱合風(fēng)機(jī)葉片等。

專用吊具抱合機(jī)構(gòu)的功能是直接抱合固定住葉片，通過抱合機(jī)構(gòu)閉合和打開，可實(shí)現(xiàn)專用吊具與葉片的抱合與脫離，在安裝結(jié)束后專用吊具脫離葉片。利用夾持板與葉片面上的貼合，抱合機(jī)構(gòu)提供合適的夾持力度，防止葉片在自身重力下滑脫，能有效保護(hù)葉片的葉面部分。配置固定或可移動(dòng)的配重，以調(diào)節(jié)吊具和葉片的整體重心，便于改變?nèi)~片的姿態(tài)，并提高作業(yè)過程中的安全穩(wěn)定性。

專用吊具作業(yè)過程及步驟：準(zhǔn)備就緒—打開抱合機(jī)構(gòu)—夾持葉片—吊起葉片—水平工況—傾斜工況—豎直工況—脫離葉片。

3 組合安裝工藝流程及操作要點(diǎn)

按照設(shè)計(jì)及廠家安裝說明書分別進(jìn)行塔筒吊裝、機(jī)艙吊裝、輪轂吊裝等工序安裝完成并驗(yàn)收合格后進(jìn)行葉輪組合（葉片）的安裝。具體步驟如下：

a）葉片卸車、準(zhǔn)備及翻轉(zhuǎn)。葉片運(yùn)輸至現(xiàn)場后，依次進(jìn)行葉片的清潔及附件安裝、葉片螺栓潤滑、裝配柱頭螺栓、葉片翻轉(zhuǎn)、安裝葉片根部防塵罩等工作。

b）葉片的吊裝及組裝。根據(jù)《風(fēng)力發(fā)電場安全規(guī)程（DLT 796—2012）》中6.4.1規(guī)定：葉輪和葉片起吊時(shí)，應(yīng)使用經(jīng)檢驗(yàn)合格的吊具。葉片起吊前，葉片專用吊具應(yīng)檢查并經(jīng)試驗(yàn)合格。葉片專用吊具應(yīng)做的檢查及試驗(yàn)如下：一是對(duì)專用吊具上所有焊縫進(jìn)行無損探傷檢測，要求焊縫無缺陷。二是對(duì)專用吊具要進(jìn)行125%的靜載試驗(yàn)。要求試驗(yàn)重物離開地面約100 mm高度后，保持10 min后卸載，要求專用吊具整體結(jié)構(gòu)無明顯的變形、開裂、油漆脫落等現(xiàn)象。

葉片吊裝：以SCC6500E履帶式起重機(jī)為主吊，使用葉片專用吊具，在確認(rèn)吊鉤位置垂直方向上與葉片重心重合后，起吊葉片，拆除葉片與葉片運(yùn)輸車輛之間的連接螺栓，起吊前確認(rèn)保證葉片外殼平表面朝向地面及葉片前緣朝向機(jī)艙的前端，在葉片葉尖的適當(dāng)位置通過葉片保護(hù)袋將攬風(fēng)繩固定，在葉片的整個(gè)起吊作業(yè)過程中，安排多人拉住攬風(fēng)繩，控制葉片在吊裝過程中的隨風(fēng)漂移。當(dāng)葉片起升到位于輪轂上葉片安裝位置時(shí)，以葉片0點(diǎn)為基準(zhǔn)固定點(diǎn)，通過風(fēng)機(jī)上的變漿電機(jī)將變漿軸承0度位置調(diào)整到與葉片位置相對(duì)應(yīng)的位置上，使風(fēng)機(jī)變漿軸承0度與葉片0度標(biāo)記點(diǎn)對(duì)正。當(dāng)葉片與輪轂對(duì)正后（標(biāo)記位置對(duì)正），進(jìn)行葉片與輪轂的組對(duì)作業(yè)。在雙頭螺栓螺紋部分涂二硫化鉬，安裝所有螺栓、螺母和墊片以及與葉片對(duì)應(yīng)的鎖定塊，使用液壓扳手，按風(fēng)機(jī)安裝說明書要求的螺栓擰緊力矩及要求擰緊螺栓，當(dāng)所有螺栓按要求緊固完畢固定葉片后，取掉導(dǎo)向螺栓，并使用鎖定塊的長螺栓代替。

葉片空中組對(duì)：以葉片0點(diǎn)為基準(zhǔn)，通過變漿電機(jī)將變漿軸承0度位置調(diào)整到合適位置，將變漿軸承0度與葉片0度標(biāo)記點(diǎn)對(duì)齊。通過液壓變槳泵調(diào)整，使螺栓順利地進(jìn)入螺栓孔。就位第一片葉片后，確保剎車卡鉗處剎車手動(dòng)泵讀數(shù)為14 MPa，這樣可以確保雙鎖定輪轂。第一片葉片安裝完成后，當(dāng)葉片處于86°~90°(垂直方向)時(shí)，鎖定螺栓必須鎖入輪轂上的鎖定槽，防止裝配時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，否則就應(yīng)對(duì)鎖定位置進(jìn)行檢查并重新設(shè)置，使用鎖定塊鎖定葉片后，降低變壓泵的壓力。操作變槳泵，讓變槳油缸里的油流回來，防止輪轂出現(xiàn)漏油情況，將輪轂所有工具回收到機(jī)艙，斷開電磁閥中的變槳泵連接頭和油管接頭，退出輪轂。使用鎖定塊鎖定軸承，取出輪轂中所有工具，并在操作員撤離后，轉(zhuǎn)動(dòng)輪轂，開始安裝第二片葉片，此時(shí)釋放剎車鉗中的手動(dòng)液壓泵壓力，轉(zhuǎn)動(dòng)傳動(dòng)裝置，使輪轂第二片葉片安裝口轉(zhuǎn)至安裝位置，按以上第一片步驟組對(duì)第二片葉片。第三片葉片安裝也按以上步驟進(jìn)行。3個(gè)葉片必須在一天內(nèi)組裝完成，并采取必要的防風(fēng)措施，確保風(fēng)機(jī)葉片、風(fēng)機(jī)輪轂設(shè)備不被損壞。

4 安裝過程中的注意事項(xiàng)

吊裝前風(fēng)場道路必須滿足風(fēng)機(jī)設(shè)備及吊裝機(jī)械設(shè)備運(yùn)輸條件，風(fēng)機(jī)設(shè)備的吊裝場地必須平整堅(jiān)實(shí)，滿足吊裝機(jī)械設(shè)備使用說明書上所要求的吊車站位地基承力的要求；吊裝場地必須滿足主力吊裝機(jī)械的安裝以及拆卸對(duì)場地的需求。安裝過程中風(fēng)機(jī)設(shè)備螺栓緊固力矩必須按照風(fēng)機(jī)安裝說明書要求的安裝工藝施工，所有螺栓按說明書要求全部緊固完一遍后，才能進(jìn)行下一步工作。螺栓緊固力矩嚴(yán)禁超過風(fēng)機(jī)說明書緊固力矩或不足風(fēng)機(jī)說明書所要求的螺栓緊固力矩。

5 風(fēng)機(jī)葉片空中組合施工技術(shù)的特點(diǎn)

風(fēng)機(jī)葉片空中組合施工技術(shù)的主要特點(diǎn)有以下幾方面：第一，可適當(dāng)節(jié)約施工場地，降低施工成本，只需滿足主輔起重機(jī)站位和回轉(zhuǎn)要求即可，對(duì)于不同單機(jī)容量的機(jī)組，可以節(jié)約40%甚至更多的吊裝作業(yè)平臺(tái)面積。打破復(fù)雜地形限制，有效利用原本無法進(jìn)行地面組裝風(fēng)輪的場地，能在樹木茂密、山體阻礙區(qū)域完成吊裝作業(yè)。第二，迎風(fēng)面積減少，采用單葉片高空組合施工技術(shù)，可以將吊裝安全臨界風(fēng)速提升至12 m/s，增加了吊裝窗口期；有效降低起重機(jī)械傾覆力矩（可降低起重機(jī)械），有效增加年臺(tái)班數(shù)，降低風(fēng)電施工成本。第三，增加專用吊具后，由于專用吊具可自動(dòng)脫落摘鉤，可以減少高空組對(duì)作業(yè)過程的風(fēng)險(xiǎn)，并且吊具可以重復(fù)使用。第四，單葉片利用吊具可將高空組對(duì)作業(yè)人員的數(shù)量減少至1/3（相對(duì)于地面組對(duì)人員）。第五，單葉片空中組合安裝技術(shù)的最大優(yōu)勢(shì)是減少了葉輪地面組合整體吊裝翻轉(zhuǎn)時(shí)對(duì)葉片造成的內(nèi)部損害，保證了風(fēng)機(jī)以后的長期安全、穩(wěn)定運(yùn)行。第六，主吊裝機(jī)械吊點(diǎn)、葉輪重心點(diǎn)及兩側(cè)與葉片接觸處的輔助吊點(diǎn)在一條直線上，保證了葉片與輪轂的對(duì)接角度，從而使葉片與輪轂對(duì)接更為準(zhǔn)確、高效。第七，該專用吊具適用于風(fēng)機(jī)葉片的高空吊裝、更換拆卸等作業(yè)，具有吊裝成本低、效率高、操作簡便、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。第八，單葉片吊裝起吊與輪轂對(duì)接施工技術(shù)，比常規(guī)的葉輪地面組合（三葉片）后整體吊裝就位用時(shí)可減少1/2[1-2]。

6 結(jié)束語

目前，我國風(fēng)電機(jī)組朝著大容量化、大型化發(fā)展，常規(guī)采用的三葉片地面組合整體翻轉(zhuǎn)施工工藝將較難實(shí)施，本文介紹的單葉片吊裝高空組合及吊裝采用專用吊具的創(chuàng)新性施工技術(shù)，不僅對(duì)同類型風(fēng)電項(xiàng)目建設(shè)及國內(nèi)的大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的安裝具有現(xiàn)實(shí)的指導(dǎo)意義，而且對(duì)風(fēng)機(jī)葉片的檢修更換施工作業(yè)也有一定的參考應(yīng)用價(jià)值。