10 MW海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)輪吊裝技術(shù)研究

張程遠(yuǎn)，項建強(qiáng)

(1. 福清海峽發(fā)電有限公司，福建 福州 350300； 2. 中國三峽新能源(集團(tuán))股份有限公司山東分公司，山東 濟(jì)南 250000)

隨著我國海上風(fēng)電技術(shù)的不斷創(chuàng)新和進(jìn)步，國內(nèi)海上風(fēng)機(jī)單機(jī)容量不斷增大，2020年7月，三峽集團(tuán)與東方電氣集團(tuán)聯(lián)合研發(fā)的當(dāng)前亞太地區(qū)最大、全球第二大的10 MW海上風(fēng)電機(jī)組在福清興化灣海上風(fēng)電場二期項目安裝并網(wǎng)，刷新了國內(nèi)海上風(fēng)機(jī)單機(jī)容量新紀(jì)錄，本文以福清興化灣海上風(fēng)電場二期項目10 MW海上風(fēng)電機(jī)組安裝為例，詳細(xì)概述大兆瓦海上風(fēng)機(jī)風(fēng)輪吊裝的關(guān)鍵技術(shù)[1-2]，為后續(xù)10 MW+海上風(fēng)機(jī)吊裝積累施工經(jīng)驗。

1 項目概況

福清興化灣海上風(fēng)電場二期項目地處福清市江陰半島，總裝機(jī)容量280 MW，共規(guī)劃安裝45臺風(fēng)機(jī)，涵蓋1臺10 MW海上風(fēng)機(jī)(型號：DF185-10000)。機(jī)組額定功率為10 000 kW、三葉片、上風(fēng)向、直驅(qū)型、雙驅(qū)動電動變槳、低速同步永磁發(fā)電機(jī)。10 MW機(jī)組葉片90 m長，風(fēng)輪直徑185 m，輪轂中心高距海平面115 m，機(jī)組由輪轂裝配、葉片、發(fā)電機(jī)裝配、機(jī)艙裝配、塔筒裝配等五大部件組成。機(jī)組部件具體參數(shù)信息見表1。

2 施工船機(jī)設(shè)備

選用國內(nèi)先進(jìn)的第三代自升式風(fēng)電安裝船“三航風(fēng)和”號進(jìn)行10 MW海上風(fēng)機(jī)安裝，“三航風(fēng)和”號型

表1 DF185-10000風(fēng)電機(jī)組主要部件參數(shù)表

長90 m，型寬40.8 m，擁有1 200 t和360 t 2臺液壓繞樁全回轉(zhuǎn)型式起重機(jī)，為國內(nèi)首創(chuàng)，主吊最大吊高可達(dá)甲板面以上130 m。樁腿長度為89.7 m，其最大作業(yè)水深可達(dá)50 m。選用船長約100 m、寬約22 m的5 000 t大型多功能駁配備大抓力錨(約3 t)和錨機(jī) (不少于30 kW)作為廠商運(yùn)輸船?？慷ㄎ淮?，提高抗涌浪能力，以及配備其他施工船舶配合施工作業(yè)。“三航風(fēng)和”號參數(shù)見表2。

3 風(fēng)電機(jī)組安裝方案

10 MW海上風(fēng)機(jī)采用大部件分體安裝、風(fēng)機(jī)葉片采用風(fēng)輪整體安裝方案[3-4]。風(fēng)機(jī)部件海運(yùn)至機(jī)位交貨后進(jìn)行吊裝，海上風(fēng)機(jī)分體安裝主要包括塔筒、機(jī)艙、發(fā)電機(jī)吊裝、葉片與輪轂組裝、風(fēng)輪起吊與發(fā)電機(jī)對接、消缺及調(diào)試等。葉輪組拼型整體吊裝工藝見圖1。

表2 “三航風(fēng)和”號基本性能參數(shù)

圖1 葉輪組拼型整體吊裝工藝流程圖

4 葉輪組拼型風(fēng)機(jī)吊裝控制要點(diǎn)

風(fēng)輪吊裝需要提前在安裝船甲板上完成葉片與輪轂的組拼工作，葉片采用雙吊機(jī)協(xié)同操作進(jìn)行葉片過駁和組拼，組拼過程需提前在2只兔兒葉片處布設(shè)好攬風(fēng)系統(tǒng)，3支葉片拼裝過程要連續(xù)，一旦開始就需要不間斷作業(yè)，直到3支葉片全部拼裝完成，禁止1支或2支葉片后中斷作業(yè)，確保葉輪保持平衡狀態(tài)。葉輪組拼型風(fēng)機(jī)吊裝控制要點(diǎn)見表3。

表3 葉輪組拼型風(fēng)機(jī)吊裝控制要點(diǎn)

5 10 MW海上風(fēng)機(jī)葉輪安裝技術(shù)

5.1 船舶進(jìn)點(diǎn)定位

“三航風(fēng)和”號通過船上GPS及DP動力定位系統(tǒng)進(jìn)行精準(zhǔn)進(jìn)點(diǎn)；根據(jù)安裝船定位情況，有序安排配套運(yùn)輸駁、定位駁進(jìn)點(diǎn)。

5.2 塔筒安裝

底段塔筒在塔筒廠內(nèi)提前預(yù)組裝后豎直運(yùn)輸至現(xiàn)場，由主起吊機(jī)直接起吊；中上段、中下段及頂段塔筒采用2臺吊機(jī)協(xié)同配合進(jìn)行起吊安裝。

5.3 機(jī)艙安裝

安裝風(fēng)機(jī)廠商提供的專用吊索具，采用回轉(zhuǎn)平臺上的2個10 t卷揚(yáng)機(jī)作為機(jī)械纜風(fēng)系統(tǒng)，吊裝前先進(jìn)行試吊尋找重心后拆除運(yùn)輸工裝，1 200 t主起吊機(jī)起吊機(jī)艙至塔頂正上方約0.5 m處，指揮吊機(jī)緩慢移動機(jī)艙位置，利用導(dǎo)正棒引導(dǎo)機(jī)艙到塔架法蘭孔正確位置，并緩慢下降直至導(dǎo)正棒穿過法蘭孔，在機(jī)艙下降塔筒直至導(dǎo)正棒穿過法蘭孔，在機(jī)艙下降塔筒頂法蘭約20 cm處點(diǎn)動下降，直到機(jī)艙偏航法蘭孔與塔架頂法蘭孔對齊，主鉤下鉤，直到2個法蘭面完全貼合，穿上螺栓。按廠家提供的標(biāo)準(zhǔn)要求完成螺栓緊固。機(jī)艙吊裝見圖2。

5.4 發(fā)電機(jī)安裝

將發(fā)電機(jī)吊至發(fā)電機(jī)翻身吊具上，2臺吊機(jī)緩慢同時提升吊鉤，達(dá)到一定高度后，緩慢抬高主吊車的吊鉤使發(fā)電機(jī)翻身(約85°狀態(tài))，緩慢下降吊鉤，然后通過輔助吊點(diǎn)和拆卸吊點(diǎn)將輔助吊梁拆卸下來；主吊機(jī)提升的同時牽引發(fā)電機(jī)，使發(fā)電機(jī)與機(jī)架的法蘭面方向?qū)φ划?dāng)發(fā)電機(jī)端面與機(jī)艙端面接近時，穿入所有機(jī)架與發(fā)電機(jī)連接螺栓。發(fā)電機(jī)吊裝見圖3。

圖2 機(jī)艙吊裝實例圖

圖3 發(fā)電機(jī)吊裝實例圖

5.5 DF185-10000海上機(jī)組風(fēng)輪吊裝

5.5.1 風(fēng)輪組拼

1)葉片起吊。葉輪組裝場地為“三航風(fēng)和”號甲板，因葉片長度太長，雙機(jī)抬吊2支點(diǎn)無法滿足2吊機(jī)在組拼葉輪時吊裝半徑，則采用主吊機(jī)單鉤起吊：配備18 m長的橫梁、2根吊帶。吊帶寬度300 mm，每根至少承重25 t。同時，考慮到葉片與輪轂法蘭對接時存在兩接觸面垂直度誤差，通過吊梁安裝30 t電動葫蘆在與輪轂對接時進(jìn)行微調(diào)。

2)風(fēng)輪組拼。葉片起吊時處于揮舞狀態(tài)，則在葉根處安裝2根系纜進(jìn)行葉片旋轉(zhuǎn)控制，在吊梁上再安裝2根系纜進(jìn)行臨近甲板時葉根系纜的轉(zhuǎn)換，保證在葉片對接輪轂全過程中的平穩(wěn)穩(wěn)定。將第一片葉片慢慢吊于輪轂葉根軸承法蘭接口處進(jìn)行組裝。通過安裝調(diào)試電源盒對輪轂軸承進(jìn)行變槳微調(diào)，使葉片根部0度刻度線零點(diǎn)與葉根軸承轉(zhuǎn)盤上的0標(biāo)記線對正。調(diào)整葉片位置，使所有螺栓順利穿入變槳軸承孔內(nèi)，帶上螺母，按要求緊固螺栓。葉片安裝后應(yīng)在該葉片輔助吊點(diǎn)處墊上泡沫板，避免葉片安裝后重心偏離造成側(cè)翻。以同樣方式安裝其他2葉片。

5.5.2 風(fēng)輪吊裝

1)主副吊機(jī)就位，按設(shè)備廠家要求掛好吊具。

2)人工攬風(fēng)配置。在2支Y字呈上葉片使用護(hù)套安裝2根牽引攬風(fēng)繩(破斷5 t，長度約400 m)。

3)葉輪起吊翻身。第一步：1 200 t主吊機(jī)吊臂抬升角度約70°，放下360 t副鉤掛葉輪主吊耳，360 t輔吊掛葉輪溜尾；第二步：抬吊到約40 m開始輔吊不再上升，主吊繼續(xù)升鉤；第三步：主鉤升到約甲板面100 m高度時，葉輪翻身到位，解開輔吊溜尾并將其移去。

4)葉輪對接。葉輪完成翻身，葉片豎直狀態(tài)(約5°仰角)時，開始主臂旋轉(zhuǎn)風(fēng)輪安裝姿態(tài)(約270°回轉(zhuǎn))至發(fā)電機(jī)位置，對接葉輪和發(fā)電機(jī)，穿上連接螺栓，帶上墊片和螺母，取下定位銷換成安裝用的螺栓，并按要求緊固力矩。為控制風(fēng)輪在翻身與旋轉(zhuǎn)姿態(tài)時穩(wěn)定，利用風(fēng)輪兩兔兒的牽引攬風(fēng)繩進(jìn)行姿態(tài)穩(wěn)定及控制風(fēng)輪與主吊同步動作。纜風(fēng)繩與風(fēng)輪角度越大穩(wěn)定效果越好，因“三航風(fēng)和”號甲板面積有限，則配備兩艘錨艇進(jìn)行輔助配合纜風(fēng)繩牽引。風(fēng)輪吊裝見圖4。

圖4 風(fēng)輪吊裝實例圖

6 結(jié) 語

本文以亞太地區(qū)單機(jī)容量最大的10 MW海上風(fēng)機(jī)吊裝為工程實例，詳細(xì)介紹其風(fēng)輪安裝施工工藝、重難點(diǎn)控制及安裝施工技術(shù)，為后續(xù)10 MW+大容量海上機(jī)組吊裝施工提供了技術(shù)參考。