支撐式風(fēng)電混凝土塔架模具的制造工藝

王守友 杜銀星 襲衛(wèi)兵

摘 要：隨著我國(guó)風(fēng)能利用的開(kāi)發(fā)，國(guó)內(nèi)對(duì)于風(fēng)力發(fā)電的需求逐步增大。尤其是超高塔架，多采用混凝土塔架。混凝土塔架具有良好的防水性能，防腐性能和較高的性價(jià)比，超高混凝土塔架是目前風(fēng)電行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。而制造混凝土塔筒的關(guān)鍵設(shè)備塔筒模具是其核心關(guān)鍵技術(shù)。文章從實(shí)際生產(chǎn)制造角度分析一種具有內(nèi)部支撐的風(fēng)電塔架混凝土模具的關(guān)鍵制造工藝和質(zhì)量控制要點(diǎn)，為同類(lèi)產(chǎn)品提供設(shè)計(jì)和制造參考。

關(guān)鍵詞：模具;工藝;拼裝

中圖分類(lèi)號(hào)：TU74? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：2096-6903（2022）03-0071-03

0引言

隨著節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)正逐步發(fā)展壯大。利用風(fēng)力發(fā)電，可降低風(fēng)機(jī)單位發(fā)電成本、提高發(fā)電量，尤其是120 m級(jí)以上的混凝土超高塔架更獲得更大的電力生產(chǎn)能力。作為預(yù)制生產(chǎn)混凝土120級(jí)超高塔架的管片模具，其制造工藝是關(guān)鍵。塔筒管片模具不同于普通的模具產(chǎn)品，其產(chǎn)品要求精度高，結(jié)構(gòu)形式獨(dú)特，各節(jié)段的關(guān)聯(lián)尺寸要求較嚴(yán)格的形位公差尺寸。限于其特殊的結(jié)構(gòu)形式和嚴(yán)格的尺寸精度，必須制定合理的制作工藝作為技術(shù)保障。

1模具總圖概述

支撐式風(fēng)能塔筒模具由件1外模、件2內(nèi)模、件3頂模、件4底模、件5支撐系統(tǒng)和件6端模組成。件5支撐系統(tǒng)位于中心點(diǎn)上，作用是模具內(nèi)部支撐，利用調(diào)節(jié)絲桿支撐內(nèi)側(cè)模板。外側(cè)模板與內(nèi)側(cè)模板采用對(duì)拉絲桿連接，頂模面板設(shè)置預(yù)應(yīng)力孔道及桁架框架[1]。具體結(jié)構(gòu)形式如圖1所示。

內(nèi)模和外模整體呈錐形布置，內(nèi)外模具有不同的錐角。內(nèi)外模包絡(luò)底模支撐在平臺(tái)基礎(chǔ)上，內(nèi)外模之間采用對(duì)拉絲桿，漲拉夾緊底模。頂模布置在內(nèi)外模上部，用定位銷(xiāo)和連接螺栓和內(nèi)外模上法蘭連接固定。頂模和底模面板上具有相對(duì)應(yīng)的預(yù)應(yīng)力孔道。支撐系統(tǒng)由調(diào)節(jié)拉桿組成，拉桿兩端具有左右旋向的調(diào)節(jié)的細(xì)牙螺紋絲桿，以便微量調(diào)節(jié)，穩(wěn)定支撐內(nèi)模整體位置，提高模具整體剛度和尺寸精度。端模布置在內(nèi)外模圍攏的環(huán)形內(nèi)45°交角位置，澆筑混凝土塔筒管片時(shí)，通過(guò)端模的分塊成兩瓣C型混凝土管片，以便拼裝和運(yùn)輸。

塔筒模具關(guān)鍵控制尺寸是模具上下口工作面直徑、模具工作型腔高度偏差、面板角度偏差、面板整體平面度偏差和上下模預(yù)應(yīng)力孔位整體偏差。

2內(nèi)外模制造工藝要點(diǎn)

內(nèi)外模都是由圓錐形筒壁構(gòu)成，內(nèi)模分10瓣，外模等分8瓣。整體結(jié)構(gòu)有面板和環(huán)筋及豎筋組成，內(nèi)外模面板整體高度為3 m以上，結(jié)構(gòu)制造時(shí)重點(diǎn)考慮面板接料方法和整體平面度問(wèn)題。內(nèi)外模制造時(shí)還要重點(diǎn)控制上口和下口的工作半徑，控制整體傾斜角度，制造時(shí)必須設(shè)計(jì)合理的組焊工裝。

基于以上幾點(diǎn)關(guān)鍵控制點(diǎn)，內(nèi)外模的合理制造工藝是：①要根據(jù)實(shí)際需要，采購(gòu)定尺寬度面板。以減少接料焊接。②如采購(gòu)板材寬幅有限，鋼模面板需要接料時(shí)，應(yīng)將對(duì)接焊縫區(qū)用銑邊機(jī)械加工，控制接口直線度≤0.5 mm。③內(nèi)外模應(yīng)按模具分塊情況，分瓣制作。內(nèi)外模組對(duì)時(shí)在專用的錐度工裝上組對(duì)，外模設(shè)計(jì)成外和面板錐度一致凸型的工裝，內(nèi)模設(shè)計(jì)成和內(nèi)模錐度一致的內(nèi)凹型工裝。④工裝使用時(shí)先組對(duì)面板，確保面板和工裝弧形線密貼，在工裝上完成面板接料工序。再以面板為基準(zhǔn)組對(duì)環(huán)筋和縱筋。⑤模具整體下胎后，切割余料，并整體焊接面板和全部筋板。焊接時(shí)要注意控制焊角尺寸不宜過(guò)大，防止過(guò)多的局部熱輸入導(dǎo)致焊接變形。實(shí)踐證明采用交錯(cuò)對(duì)稱焊接，焊50 mm間隔200 mm，焊角6 mm，交角必焊的制作焊縫要求可以完全滿足使用要求。⑥整體焊接結(jié)束后，二次將成型的內(nèi)外模放置在組對(duì)工裝上檢查面板錐度尺寸，并結(jié)合水平尺沿面板母線方向檢查面板整體平面度。如有焊接變形可采用局部火焰修整的方法修整變形。內(nèi)外模整體制造完畢后要做好清晰的標(biāo)識(shí)，以便整體拼裝。

3頂模制造工藝要點(diǎn)

頂模分四瓣組成，由工作面板和環(huán)形桁架組成。面板上具有下料口和預(yù)應(yīng)力孔，采用環(huán)形采用桁架結(jié)構(gòu)和頂模面板形成整體，便于吊裝和使用。四瓣之間采用法蘭把合連接。頂模面板內(nèi)外周圈的連接耳板，通過(guò)定位銷(xiāo)和螺栓連接內(nèi)外模頂模制作關(guān)鍵是控制頂模面板的整體變形問(wèn)題。

首先，頂模面板下料要采用機(jī)構(gòu)切割的工藝一次全部切割成型。采用激光切割的工藝，切割熱影響區(qū)小，變形小。一般孔中心距精度誤差≤0.4 mm，輪廓尺寸誤差≤0.5 mm?？梢酝耆珴M足模具精度要求。其次，整體組焊時(shí)，需要在操作平臺(tái)上按圖樣要求劃好1：1地樣線，面板整體平鋪在操作平臺(tái)上，嚴(yán)格和地樣線吻合。再將面板點(diǎn)焊固定，并在內(nèi)外圓周外沿，在平臺(tái)上焊接工藝硬肩頂板支撐牢固面板，防止變形。最后，組焊連接法蘭板，并將法蘭板用螺栓連接固定。以面板為基準(zhǔn)整體組對(duì)頂模上部桁架，并整體焊接。

4底模制造工藝要點(diǎn)

底模和頂模相對(duì)，預(yù)應(yīng)力孔呈從上到下的貫穿關(guān)系，由四瓣組成，各瓣之間采用法蘭連接。底模制造時(shí)，和頂模類(lèi)似，關(guān)鍵制造工藝是面板采用激光精準(zhǔn)下料。底模面板厚度方向要預(yù)留傾斜面的打磨工藝余量。整體組焊后在面板內(nèi)外圓沿板厚打磨，以便拼裝后和模具面板呈面對(duì)面的貼合裝配關(guān)系。

5支撐系統(tǒng)制造工藝要點(diǎn)

支撐系統(tǒng)由中心立柱和調(diào)節(jié)拉桿組成。中心立柱位于中心點(diǎn)位置，作用是支撐調(diào)節(jié)拉桿，便于拉桿調(diào)節(jié)。各拉桿沿中心立柱呈45°夾角均布在模具內(nèi)腔中。拉桿由左右旋合的絲桿組成。整體制造時(shí)要注意確保整體桿件的同軸度要求。焊接時(shí)要將活動(dòng)絲桿旋入拉桿內(nèi)后再整體環(huán)向焊接。焊接后在拉桿絲桿內(nèi)注入潤(rùn)滑脂。中心立柱的拉桿鉸座制造時(shí)，要和立柱自身保持一定的整體轉(zhuǎn)位角度要求，可以制造工藝角度樣板，利用樣板確保各鉸座的方位角度要求。

此外，各拉桿的兩端調(diào)節(jié)絲杠要有足夠的調(diào)節(jié)范圍和整體強(qiáng)度，制作時(shí)應(yīng)選用45#材質(zhì)，采用粗加工-調(diào)質(zhì)-精加工的工藝完成。未確保調(diào)質(zhì)后絲桿具有較好的綜合力學(xué)性能，粗加工后應(yīng)留3 mm左右的精加工余量。

6端模制造工藝要點(diǎn)

端模由面板、連接板和鑲塊組成。整體模具右4組端模，兩兩并攏使用。制造時(shí)，全部板料要采用激光切割方法，下料一次成型。以面板為基準(zhǔn)整體組對(duì)，焊接時(shí)要采用兩組端模背對(duì)背并攏的方法，兩組端模雙人兩側(cè)同步焊接，以抵消焊接變形。背對(duì)背并攏時(shí)，要注意用剛性較大的C型夾夾持的方法焊接?；虿捎妹姘妩c(diǎn)焊固定的方式固定。

端模主體結(jié)構(gòu)制造完畢后最后焊接鑲塊，每個(gè)鑲塊和面板間可采用5-φ20的塞焊孔，塞焊方法連接固定。端模制造后要嚴(yán)格控制裝配成型尺寸并做好清晰標(biāo)識(shí)。要控制端模焊接后板面平整度≤1 mm/m，對(duì)角線誤差≤3 mm的精度要求。

7整體拼裝工藝

模具各部件制造完畢后，要進(jìn)行整體拼裝成型工序。整體拼裝是模具制造的關(guān)鍵工序。通過(guò)廠內(nèi)拼裝，可以修配整體結(jié)構(gòu)尺寸，還能檢查單件制作精度，避免施工現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)精度超差現(xiàn)象。

綜合分析模具整體結(jié)構(gòu)，制定的整體拼裝順工藝為：平臺(tái)布置→ 拼裝中心立柱 → 底模 → 內(nèi)模 →一次頂模拼裝 → 拆除頂模? → 端模 外模 → 二次拼裝頂模 → 數(shù)據(jù)檢驗(yàn)，整體刻線標(biāo)記→包裝出廠發(fā)運(yùn)。

（1）拼裝場(chǎng)地布置。拼裝需要的操作平臺(tái)要適應(yīng)模具總體直徑尺寸要求，并具有足夠的操作空間。尤其是起吊高度空間要充分考慮，應(yīng)確保橋式起重機(jī)的整體起升重量和起升高度在允許的范圍之內(nèi)。整體拼裝平臺(tái)上需要1：1繪制內(nèi)外模和底模的地樣位置線，并注明0°、90°、180°和270°角度位置線。以便模具拼裝時(shí)位置精準(zhǔn)。

（2）拼裝中心立柱。中心立柱的0°位置點(diǎn)要與平臺(tái)地樣線0°重合，用線墜投射方法檢查中心立柱鉛垂度≤1 mm。找正后，臨時(shí)焊接固定中心立柱。并用斜拉桿輔助支撐補(bǔ)強(qiáng)。中心立柱和內(nèi)模間的水平支撐桿暫不安裝，待拼裝內(nèi)模時(shí)，與內(nèi)模同步安裝。

（3）拼裝底模。底模位置按地樣線位置重合拼裝成圓。拼裝后用水準(zhǔn)儀依次按60°夾角間隔依次檢查各關(guān)鍵點(diǎn)的水平標(biāo)高，要確保整體水平度≤±1 mm的精度要求[2]。

整體拼裝后，在底模面板上整體放樣精準(zhǔn)劃出內(nèi)模位置線。通過(guò)用水準(zhǔn)儀依次檢查1-16#點(diǎn)位標(biāo)高，確定底模整體平面度要求。

（4）拼裝內(nèi)模。根據(jù)底模面板位置線，依次拼裝各瓣內(nèi)模，邊拼裝邊用中心立柱水平拉桿固定內(nèi)模位置。首先應(yīng)準(zhǔn)確拼裝第一塊內(nèi)模，嚴(yán)格控制內(nèi)模位置公差和相對(duì)尺寸要求。

（5）一次頂模拼裝。由于模具整體成型后，內(nèi)外模之間形成的封閉空間，無(wú)法再其中檢查和操作，故為方便檢查，內(nèi)模拼裝后拼裝外模前，要一次拼裝頂模。頂模位置要根據(jù)底模的預(yù)應(yīng)力孔位為基準(zhǔn)拼裝，該處檢查可以采用線墜鉛錘投放法。

（6）拼裝端模。端模坐立在底模面板上，端面和內(nèi)模貼合，用螺栓連接固定。端模和對(duì)應(yīng)內(nèi)模連接處的連接螺栓孔要在拼裝后整體投鉆出孔。

（7）內(nèi)模及端模整體拼裝合格后再拼裝外模。外模拼裝時(shí)根據(jù)底模分度刻線位置拼裝，拼裝前嚴(yán)格檢查外模連接法蘭板的平面度和直線度精度要求，拼裝間隙≤0.5 mm。

（8）二次拼裝頂模。外模拼裝后，二次拼裝頂模，利用頂模和內(nèi)模上法蘭的定位銷(xiāo)軸，確定頂模位置，然后再利用頂模和外模連接的孔投鉆外模上法蘭上的連接孔，并樣焊定位套，用定位銷(xiāo)軸定位連接。

（9）全部拼裝完畢后，在內(nèi)外模上法蘭上按均布角度整體劃線，樣制對(duì)拉支座，安裝對(duì)絲桿。

8結(jié)語(yǔ)

風(fēng)能塔筒模具不同于普通鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)品，要求精度高，結(jié)構(gòu)制造工藝先進(jìn)合理。本文通過(guò)總結(jié)拉桿支撐式風(fēng)能塔筒模具的制作工藝和拼裝方法，得出以下結(jié)論：

（1）模具下料工序必須重視，由于模具制造后沒(méi)有整體機(jī)加工序，故必須采用激光切割等熱輸入量小，成型精度高的下料方法。此外，各種預(yù)埋件安裝孔及其他工藝孔，應(yīng)在下料工序一次出孔成型，避免拼裝后整體配鉆。以提高互換精度和安裝精度。

（2）錐形風(fēng)能塔筒模具的分塊尺寸控制必須采用專用工裝發(fā)方法確保成型質(zhì)量。工裝設(shè)計(jì)要經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)便，便于操作。通常的錐形塔筒模具的工裝多采用單板拼接方案為宜。

（3）錐形風(fēng)能塔筒模具的質(zhì)量檢驗(yàn)方案必須周密考慮，要設(shè)計(jì)專用工裝檢具，綜合繪制輔助線和線墜投射等方法檢查模具整體質(zhì)量，并做好檢驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄工作。

（4）錐形風(fēng)能塔筒模具的最終工序是整體拼裝，拼裝目的是修整面板結(jié)合間隙和整體尺寸確保。要制定合理的拼裝檢驗(yàn)工藝，數(shù)據(jù)檢驗(yàn)和整體拼裝應(yīng)交叉進(jìn)行，避免因操作空間導(dǎo)致無(wú)法檢驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 肖劍，叢歐，郝華庚，等.風(fēng)電塔架混凝土新型模板的研究分析[J].建筑結(jié)構(gòu)，2016，46（14）：21-25.

[2] 杜銀星，陳忠斌，王金祥.錐形塔筒模具結(jié)構(gòu)制造工藝探討[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2017（6）：91-92.

Manufacturing Technology of Supporting Wind Power Concrete Tower Mould

WANG Shouyou，DU Yinxing，XI Weibing

（Qinhuangdao Tianye Tonglian Heavy Industry Technology Co.，Ltd.Hebei Heavy Equipment Engineering

Technology Research Center，Qinhuangdao Hebei? 066004）

Abstract： With the development of wind energy utilization in my country， the domestic demand for wind power has gradually increased. Especially for ultra-high towers， concrete towers are mostly used. The concrete tower has good waterproof performance， anti-corrosion performance and high cost performance. The ultra-high concrete tower is the current development trend of the wind power industry. The key equipment tower mold for manufacturing concrete tower tube is its core key technology. This article analyzes the key manufacturing process and quality control points of a concrete mold for a wind power tower with internal support from the perspective of actual production and manufacturing， and provides design and manufacturing references for similar products.

Keywords： mold; process; assembly

收稿日期：2021-12-16

作者簡(jiǎn)介：王守友（1981—），男，河北秦皇島人，本科，工程師，研究方向：隧道專用設(shè)備、管片模具等。