海上風(fēng)電項目葉輪整體吊裝施工技術(shù)探討

杜海濤

摘要：近年來，隨著國家海上風(fēng)電能源建設(shè)的快速發(fā)展，大量船舶投入海上風(fēng)電領(lǐng)域的開發(fā)。文章以華能大連市莊河海上風(fēng)電項目風(fēng)機(jī)安裝為例，介紹該項目中5艘風(fēng)電安裝船進(jìn)行風(fēng)機(jī)葉輪整體吊裝的施工技術(shù)，明確各風(fēng)機(jī)作業(yè)船組對應(yīng)的海上定位方式、葉片裝船方位、吊裝方式，提出質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)和施工安全措施，為海上風(fēng)電施工提供參考。

關(guān)鍵詞：海上風(fēng)電；葉輪支架；葉片組隊；葉輪吊裝

中圖分類號：TV52? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ?文章編號：1674-0688（2023）06-0097-05

0 引言

海上風(fēng)電是我國“一帶一路”倡議及新能源規(guī)劃的重點產(chǎn)業(yè)，是推動沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)能源轉(zhuǎn)型的重要手段。大力發(fā)展海上風(fēng)電不僅可以滿足東部用電需求，也是加快我國實現(xiàn)綠色發(fā)電目標(biāo)的重要途徑。到2023年，全球海上風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)總?cè)萘繉⑦_(dá)到1 800萬kW左右，而中國是全球主要風(fēng)力發(fā)電國家，風(fēng)力發(fā)電機(jī)裝機(jī)容量約占全球的4/5。在海上風(fēng)電工程中，風(fēng)機(jī)葉輪的整體吊裝是施工難點。風(fēng)機(jī)葉輪系統(tǒng)由葉片和輪轂組成，通常一款機(jī)型適配多種長度的葉片，葉輪系統(tǒng)重心位置隨著葉片的不同而改變，由于葉輪系統(tǒng)尺寸大，需要2臺起重機(jī)配合吊裝［1］，因此葉輪系統(tǒng)吊裝是整個吊裝過程中相對困難的環(huán)節(jié)。研究不同的葉輪系統(tǒng)吊裝方式，有利于降低吊裝成本，規(guī)避吊裝安全風(fēng)險［2］。本文結(jié)合案例項目和吊裝設(shè)備的基本情況，探究海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉輪整體吊裝施工技術(shù)，以期為海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安裝提供參考。

1 工程概況

華能大連市莊河海上風(fēng)電場址Ⅳ1（350 MW）項目位于大連市莊河海域，場址中心離岸距離約35.2 km，水深為26～34 m，規(guī)劃面積約55.8 km2，裝機(jī)規(guī)模為350 MW。本項目實際裝機(jī)容量為351.8 MW，安裝24臺“海裝”H171-6.2 MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、26臺“東氣”DEW186-7.5 MW和1臺“海裝”H171-8.0 MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，場址機(jī)位布置如圖1所示。

2 風(fēng)機(jī)參數(shù)和安裝風(fēng)電船舶數(shù)量及性能

2.1 風(fēng)機(jī)參數(shù)

（1）“海裝”H171-6.2 MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組參數(shù)見表1，6.2 MW風(fēng)機(jī)葉輪的直徑為171 m，輪轂中心高度為105 m，具體參數(shù)見表1。

（2） “海裝”H171-8.0 MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組參數(shù)見表2，8.0 MW風(fēng)機(jī)葉輪的直徑為171 m，輪轂中心高度為105 m，具體參數(shù)見表2。

（3） “東氣”DEW186-7.5MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組參數(shù)見表3，7.5MW風(fēng)機(jī)葉輪直徑為186 m，輪轂中心高度為115 m，具體參數(shù)見表3。

2.2 安裝風(fēng)電船舶統(tǒng)計

本項目風(fēng)機(jī)安裝共計5艘風(fēng)電安裝船，各船的性能指標(biāo)見表4。

3 葉片整體吊裝施工措施

本工程的“東氣”DEW186-7.5MW機(jī)型，葉片長度達(dá)91 m，葉輪直徑為186 m。根據(jù)風(fēng)機(jī)廠商要求，葉片需過駁至平臺船后與輪轂進(jìn)行組裝，組裝完成后的整體設(shè)備吊裝難度大，因此本項目提出以下應(yīng)對措施及施工方案。

（1）與風(fēng)機(jī)廠家溝通，確定風(fēng)機(jī)部件尺寸，獲取風(fēng)機(jī)安裝技術(shù)文件，邀請風(fēng)機(jī)廠家到場進(jìn)行技術(shù)指導(dǎo)。

（2）與當(dāng)?shù)睾Ｑ筇鞖忸A(yù)報機(jī)構(gòu)建立聯(lián)系，獲得準(zhǔn)確的中長期海洋天氣預(yù)報，掌握可作業(yè)天氣的時間，確保抓住每一個可作業(yè)窗口期。

（3） 確保現(xiàn)場只有一個指揮人員且始終在場，其他人員積極配合并服從指揮調(diào)度。

（4） 加強(qiáng)吊車間的配合作業(yè)，注意協(xié)調(diào)統(tǒng)籌，避免磕碰，完善組裝技術(shù)與安全措施，提高現(xiàn)場人員調(diào)配的效率。

（5） 研討吊裝方案，根據(jù)平臺船起吊半徑對葉輪安裝支架進(jìn)行準(zhǔn)確的定位擺放。

（6） 起吊葉輪時，掛在輪轂吊座上的圓形吊帶和掛于下方葉片的扁平吊帶需同時上升，下方的葉片上升速度慢于上方的2支葉片，整個過程始終保持葉片離開地面；同時，引導(dǎo)牽繩操作人員控制葉輪方向，使其不會因風(fēng)向改變而出現(xiàn)晃動；待葉輪吊至豎直位置時，拆卸輔助吊機(jī)的吊帶和葉片護(hù)板。

（7） 將葉輪系統(tǒng)起吊至主機(jī)高度后，主機(jī)中的工作人員指揮吊車緩慢移動，引導(dǎo)牽繩配合吊車，使葉輪靠近主機(jī)后將定位銷穿入輪轂螺栓孔。

4 葉片組隊工藝及葉輪吊裝

風(fēng)機(jī)葉輪整體安裝包括葉片與輪轂的組裝、葉輪的吊裝以及與主機(jī)對接的過程。本工程葉輪的吊高及吊重要求均小于前道工序的機(jī)艙吊裝，故此處不進(jìn)行各船吊高、吊重復(fù)核。

4.1 葉輪支架安裝

本工程共計3種風(fēng)機(jī)類型，其中6.2 MW與7.5 MW風(fēng)機(jī)葉輪受沉樁施工進(jìn)度及風(fēng)機(jī)加工制作進(jìn)度的影響，部分風(fēng)電船需要2種風(fēng)機(jī)交替安裝，因此采用一種適應(yīng)于本工程2種不同機(jī)型葉輪整體安裝的工裝—葉輪通用安裝支架（如圖2所示）。

當(dāng)需要進(jìn)行6.2 MW風(fēng)機(jī)葉輪施工時，直接在基礎(chǔ)底座上使用螺栓與輪轂底座連接；當(dāng)需要進(jìn)行7.5 MW風(fēng)機(jī)葉輪施工時，在基礎(chǔ)底座上安裝過渡法蘭段，過渡法蘭段下部使用高強(qiáng)螺栓與底工裝連接，頂部使用螺栓與葉輪底座連接，從而實現(xiàn)2種機(jī)型葉輪的整體安裝功能。

4.2 葉輪吊裝方式

葉輪吊裝前應(yīng)檢查吊具的完好性，吊裝過程中需注意安全，葉輪下嚴(yán)禁站人。葉輪起吊方式及吊索具示意如圖3及表5所示。

4.3 “中船海工101”葉片組裝工藝

“中船海工101”風(fēng)電安裝船帶有2臺繞樁式回轉(zhuǎn)起重機(jī)，分別為1 000 t主吊及350 t輔吊。風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)位于安裝船主吊機(jī)側(cè)，葉片運輸船及定位駁定位于安裝船右舷。葉片裝船方位為外側(cè)2支葉片的葉根朝向駕駛樓，中間葉片的葉尖朝向駕駛樓。葉輪支架位于左舷甲板面中間。1#葉片采用兩點抬吊，1 000 t主吊吊裝葉尖處吊點，350 t輔吊起吊葉根處吊點，吊裝旋轉(zhuǎn)方向及安裝方式如圖4所示。

4.4 “大橋向陽”葉片組裝工藝

“大橋向陽”風(fēng)電安裝船帶有1臺800 t繞樁式回轉(zhuǎn)起重機(jī)，另配備1臺400 t履帶吊。風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)位于安裝船主吊機(jī)側(cè)，葉片運輸船及定位駁定位于安裝船左舷。葉片裝船方位為外側(cè)兩支葉片的葉根朝向駕駛樓，中間葉片的葉尖朝向駕駛樓。葉輪支架位于甲板面中間部位。1#葉片吊裝旋轉(zhuǎn)方向及組裝方式如圖6所示。

2#葉片采用兩點抬吊，800 t主吊吊裝葉根處吊點，400 t履帶吊起吊葉尖處吊點，吊裝旋轉(zhuǎn)方向及組裝方式如圖7所示。

3#葉片采用兩點抬吊，400 t履帶吊及800 t主吊配合吊裝，吊裝旋轉(zhuǎn)方向及組裝方式如圖8所示。

4.5 “國電投001”葉片組裝工藝

“國電投001”風(fēng)電安裝船帶有1臺800 t繞樁式回轉(zhuǎn)起重機(jī)，另配備1臺320 t履帶吊。風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)位于安裝船主吊機(jī)側(cè)，葉片運輸船及定位駁定位于安裝船右舷。葉片裝船方位為葉片的葉根朝向駕駛樓，葉輪支架位于左舷甲板面。1#葉片采用兩點抬吊，800 t主吊吊裝葉尖處吊點，320 t履帶吊起吊葉根處吊點，吊裝旋轉(zhuǎn)方向及安裝方式如圖9所示。

2#、3#葉片采用兩點抬吊，800 t主吊吊裝葉根處吊點，320 t履帶吊起吊葉尖處吊點，吊裝旋轉(zhuǎn)方向及安裝方式如圖10所示。

4.6 “鐵建風(fēng)電01”葉片組裝工藝

“鐵建風(fēng)電01”風(fēng)電安裝船帶有1臺1 300 t繞樁式回轉(zhuǎn)起重機(jī)，另配備1臺320 t履帶吊。風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)位于安裝船主吊機(jī)側(cè)，葉片運輸船及定位駁定位于安裝船右舷。葉片裝船方位為葉根均朝向駕駛樓，葉輪支架位于右舷中間。1#葉片采用兩點抬吊，1 300 t主吊吊裝葉尖處吊點，320 t輔吊起吊葉根處吊點，吊裝旋轉(zhuǎn)方向及安裝方式如圖11所示。

2#、3#葉片采用兩點抬吊，1 300 t主吊吊裝葉尖處吊點，320 t輔吊起吊葉根處吊點，吊裝旋轉(zhuǎn)方向及安裝方式如圖12所示。

4.7 “鐵建鑫鵬”葉片組裝工藝

“鐵建鑫鵬”為坐底式風(fēng)電安裝船，最大作業(yè)深度為36 m，船上配備1臺1 600 t履帶吊及1臺500 t履帶吊。風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)位于1 600 t履帶吊機(jī)側(cè)，葉片運輸船位于安裝船右舷，葉片裝船方位為葉根均朝向駕駛樓。運輸船系纜于“鐵建鑫鵬”，取消定位駁。1#葉片采用兩點抬吊，1 600 t主吊吊裝葉尖處吊點，500 t輔吊起吊葉根處吊點，吊裝旋轉(zhuǎn)方向及安裝方式如圖13所示。

4.8 葉輪吊裝

組裝完成的葉輪采用單點吊裝，但在葉輪翻身過程中，仍需要一主一輔2個吊點，主吊點位于輪轂上，輔吊點位于與主吊點相對的葉片上。2臺起重設(shè)備配合翻身，當(dāng)風(fēng)輪吊到一定高度后，逐步釋放葉尖吊車的載荷，使葉尖逐漸朝下，然后逐步將吊帶、保護(hù)套與葉片脫離。主吊車吊起風(fēng)輪，使用牽引繩調(diào)節(jié)風(fēng)輪圓周方向及仰角，通過導(dǎo)向柱的引導(dǎo)，使輪轂與發(fā)電機(jī)順利對接。

4.9 施工時效

海上葉輪整體吊裝施工中，葉片和風(fēng)輪在風(fēng)速＜8 m/s 時方可進(jìn)行吊裝作業(yè)，單臺風(fēng)機(jī)葉輪整體吊裝施工有效作業(yè)時間約25 h。單臺葉輪具體吊裝時效見表6。

5 質(zhì)量驗收與安全措施

風(fēng)機(jī)吊裝完成后，需要安裝廠家提供的作業(yè)指導(dǎo)書，待消缺自檢工作完成后報檢工程監(jiān)理、業(yè)主及風(fēng)機(jī)廠家，進(jìn)行四方檢測驗收。

5.1 葉片與輪轂組裝質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)

（1）輪轂外觀無損傷，內(nèi)部清潔無雜物，內(nèi)部零部件完好，緊固件無松動；葉片外觀無破損掉漆現(xiàn)象。

（2）3個葉片的零位與變槳軸承或過度法蘭的零位必須對齊。

（3）葉片接地碳刷齊全，安裝合格；限位開關(guān)無缺損，零度指針按要求安裝，集油瓶無缺損。

（4）葉片的雙頭螺栓頭外露長度合格，與輪轂無干涉現(xiàn)象。

（5）輪轂散熱通風(fēng)系統(tǒng)及連接軟管安裝正確。

（6）變槳軸承潤滑泵及齒圈潤滑泵完好，變槳電機(jī)接線處、各電器件無損壞；變槳齒圈按要求涂抹潤滑脂。

（7）輪轂頂蓋安裝到位，按要求涂抹密封膠，無漏水現(xiàn)象。

（8）輪轂與葉輪支架連接螺栓緊固力矩，葉片與輪轂連接采用拉伸器進(jìn)行拉伸，額定拉力滿足廠家要求。

5.2 葉輪安裝質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)

（1）機(jī)艙罩與導(dǎo)流罩封密封環(huán)時按要求涂抹密封膠，安裝后無干涉現(xiàn)象。

（2）葉輪吊裝孔封板固定螺栓全部安裝到位，縫隙處涂抹密封膠，無漏水現(xiàn)象。

（3）再次檢查葉片接地碳刷齊全，安裝合格；限位開關(guān)無缺損，零度指針按要求安裝，集油瓶無缺損。

（4）葉片鎖已拆除。

（5）葉輪與機(jī)艙之間使用的螺栓、緊固力矩均滿足廠家指導(dǎo)要求，螺栓采用拉伸器進(jìn)行拉伸，拉伸拉力滿足廠家要求。螺栓按要求刷防腐油漆，力矩標(biāo)識清晰可見。

（6）避雷針接地線安裝規(guī)范，按要求打磨并噴冷鋅噴劑。

5.3 吊裝作業(yè)安全措施

（1）吊裝前應(yīng)提前掌握吊裝期間的潮汛和天氣情況，平均風(fēng)速大于8 m/s 時不得進(jìn)行受風(fēng)面積大的起吊作業(yè)；在大雪、大霧、雷雨等惡劣天氣或夜間照明視野不好的情況下，指揮人員看不清工作地點、操作人員看不清信號時，不得進(jìn)行起重作業(yè)。

（2）安裝作業(yè)前對吊裝設(shè)備進(jìn)行全面檢查，消除事故隱患。

（3）正確選擇設(shè)備吊點，捆綁牢固，并采取防滑措施。在鋼絲繩使用的棱角處應(yīng)有防護(hù)措施，根據(jù)設(shè)備重量計算，保證鋼絲繩的安全系數(shù)符合要求。

（4）操作人員需經(jīng)專業(yè)培訓(xùn)并取證后方可單獨操作，需熟悉起重機(jī)各部分機(jī)構(gòu)的構(gòu)造及技術(shù)性能、設(shè)備操作規(guī)程及有關(guān)法令、安全運行要求、安全防護(hù)裝置的性能和指揮信號等內(nèi)容。

（5）起重工作區(qū)域內(nèi)無關(guān)人員不得停留和通過，吊物下方嚴(yán)禁任何人員通過和逗留。

（6）起重機(jī)在工作中的速度應(yīng)均勻平穩(wěn)，不得突然制動或沒有停穩(wěn)時做反向動作。所有機(jī)構(gòu)的啟動和制動（尤其是回轉(zhuǎn)）都應(yīng)該平穩(wěn)，減少重物晃動；回轉(zhuǎn)制動須平穩(wěn)，禁止通過直接變換操作手柄方向的方式達(dá)到迅速停車的目的。

（7）吊裝、運輸過程中一切人員需服從指揮，不得隨意改變既定方案，如有改動須經(jīng)技術(shù)負(fù)責(zé)人同意。

7 結(jié)語

本文探討大連莊河海上風(fēng)電場址Ⅳ1項目中葉輪整體吊裝的施工技術(shù)，具體介紹同一場址內(nèi)不同的5艘風(fēng)電安裝船的輪轂支架擺放位置、葉片裝船方式、葉片組隊方式、海上船舶定位方式、基礎(chǔ)相對位置和主輔吊裝穿甲板方式，總結(jié)風(fēng)機(jī)吊裝完成后的質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)，并針對安裝作業(yè)提出安全措施。經(jīng)施工驗證，各安裝船定位可靠，葉片裝船布置合理，整個吊裝過程配合得當(dāng)，可為類似工程提供參考。

8 參考文獻(xiàn)

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