高山風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)吊裝施工方案及管控要點(diǎn)分析

胡靈華

（中國(guó)電建集團(tuán)江西省電力建設(shè)有限公司，江西 南昌 330001）

0 引言

風(fēng)能作為清潔能源，在十三五期間快速發(fā)展。隨著3060碳中和目標(biāo)的確定，風(fēng)電行業(yè)近十年必將持續(xù)高速增長(zhǎng)，江西某高山風(fēng)電場(chǎng)海拔高程為450 m～900 m，風(fēng)機(jī)采用上電風(fēng)電集團(tuán)生產(chǎn)的W2500-135-90 和W3450-146-90型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組混布方案，此風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)吊裝選用XGC500-I型履帶式桁架臂起重機(jī)作為主吊[1]。

1 主吊選型

主吊選型主要從吊車的起重性能、起升高度、機(jī)艙與臂桿安全距離三個(gè)方面進(jìn)行校核。

1.1 收集主吊起重性能數(shù)據(jù)

1）收集主吊組成部件的數(shù)量、重量、外形尺寸、起重量性能表、高度起升曲線、主吊外形尺寸圖（見圖1、圖2）。

圖1 外形尺寸圖

圖2 起升高度曲線圖

2）收集風(fēng)機(jī)組成各大部件的數(shù)量、重量、外形尺寸、輪轂中心安裝高度、吊裝風(fēng)機(jī)大部件吊索具（包括卡環(huán)及吊帶規(guī)格尺寸）。

1.2 主吊起重量校核

1）吊裝設(shè)備起重量Gmax=設(shè)備重量＋吊索具重量＋吊鉤重量＋鋼絲繩重量[2]。

（1）鋼絲繩重量：每米鋼絲繩長(zhǎng)度的重量×最大起升高度×穿繞吊鉤滑輪的股數(shù)。

（2）風(fēng)載荷：PWQⅡ=1.2×PⅡ×AQ

式中：PWQⅡ?yàn)樽饔迷诘踹\(yùn)物品上的工作狀態(tài)最大風(fēng)載荷，單位N；PⅡ?yàn)楣ぷ鳡顟B(tài)計(jì)算風(fēng)壓，本風(fēng)場(chǎng)選PⅡ=150 N/m2（相當(dāng)于6級(jí)風(fēng)）；AQ為吊運(yùn)物品的最大迎風(fēng)面積（機(jī)艙最大迎風(fēng)面積），單位m2，AQ=長(zhǎng)×高。

2）回轉(zhuǎn)半徑=主副臂水平投影距離＋主臂根部絞點(diǎn)到回轉(zhuǎn)中心距離＋風(fēng)載荷引起幅度的移位量S，即S=H×tan?，tan?=PWQⅡ/Gmax為風(fēng)載荷引起起重鋼絲繩偏擺角。

3）根據(jù)回轉(zhuǎn)半徑查性能表，選用額定起重量F。

4）若Gmax/F≤90%，滿足要求；Gmax/F＞90%，不滿足要求，減小作業(yè)半徑重新校核。

1.3 起升高度的校核

根據(jù)塔筒高度＋機(jī)艙高度＋吊索具高度（超出機(jī)艙高度）＋吊鉤高度＋限位高度＋500 mm，確定吊裝所需的最小起升高度h；根據(jù)選定的作業(yè)半徑查起升高度曲線得到最大起升高度H，若h＜H，滿足要求；若h＞H，不滿足要求，需重新選擇主吊工況。

1.4 機(jī)艙與履帶吊起重臂安全距離校核

安全距離校核一般是指對(duì)雙饋機(jī)機(jī)艙吊裝。臂桿與機(jī)艙的安全距離L=機(jī)艙安裝高度機(jī)艙重心位置距離與臂桿的水平距離－機(jī)艙重心位置距離葉輪側(cè)邊緣距離，若L≥500 mm，滿足要求；L<500 mm，不滿足要求，需增大作業(yè)半徑或增加起重臂長(zhǎng)度重新進(jìn)行校核。

2 風(fēng)機(jī)吊裝、安裝工藝

2.1 工藝流程圖

風(fēng)機(jī)吊裝工藝如圖3所示。

圖3 風(fēng)機(jī)吊裝工藝

2.2 施工準(zhǔn)備

對(duì)施工工具進(jìn)行檢查，確認(rèn)天氣狀況（能見度大于100 m、塔筒、機(jī)艙吊裝風(fēng)速小于10 m/s，葉輪吊裝風(fēng)速小于8 m/s天氣進(jìn)行），對(duì)人員進(jìn)行作業(yè)前交底及每天的三交三查；吊車占位、定位與運(yùn)輸車輛路線、設(shè)備的卸車位置要合理。

2.3 基礎(chǔ)安裝

1）對(duì)基礎(chǔ)錨栓進(jìn)行檢查，清理（高壓水槍清洗等）；在基礎(chǔ)錨栓周向間隔處布置墊板（圖4），調(diào)整整周墊板水平至水平≤1 mm（圖5）及高度，保證后續(xù)安裝后螺紋段露出長(zhǎng)度滿足拉伸器需求。

圖4 墊板布置

圖5 墊板水平

2）基礎(chǔ)錨栓熱縮套管安裝，高度根據(jù)墊板厚度及塔筒法蘭厚度確定，且套管頂部深入法蘭孔內(nèi)20 mm～40 mm 范圍。

3）基礎(chǔ)二次灌漿后，必須養(yǎng)護(hù)至抗壓強(qiáng)度大于60 MPa后才可進(jìn)行第一段塔筒的吊裝。

2.4 塔底平臺(tái)與第一段塔筒吊裝。

1）組裝塔底平臺(tái)，并將變流器、主控柜等按圖安裝到位（圖6）。

圖6 塔底平臺(tái)

2）塔架吊裝

（1）對(duì)其進(jìn)行檢查，清理平面毛刺，補(bǔ)漆，做好與塔底平臺(tái)和第二段塔筒吊裝的材料與工具準(zhǔn)備工作，如螺栓、板手（電動(dòng)）、潤(rùn)滑脂、硅膠等

（2）安裝第1段塔筒上、下口吊具工裝；兩吊機(jī)抬吊離地面約1 米左右，清理補(bǔ)漆，在下法蘭上對(duì)稱系上2 到3 根纜風(fēng)繩，在翻身豎立后橫移至塔底平臺(tái)組件上方，緩慢下降塔筒，將下法蘭套穿過(guò)基礎(chǔ)錨栓至基礎(chǔ)墊板上（圖7），注意塔筒門朝向符合要求。

圖7 塔架與基礎(chǔ)平臺(tái)

（3）吊機(jī)提升力保持5 t左右，安裝預(yù)先放置好的錨栓螺母和墊片，注意墊片內(nèi)孔倒角必須朝向螺母。接著用快速電動(dòng)扳手按圖順序（圖8）內(nèi)外圈同時(shí)預(yù)緊基礎(chǔ)錨栓整周完成，預(yù)緊力矩400 N·m，全部預(yù)擰緊完成后，拆去主吊具。

圖8 預(yù)緊基礎(chǔ)錨栓順序

2.5 第二、三、四段塔筒吊裝

1）檢查，清理平面毛刺，補(bǔ)漆，做好上下段塔架吊裝、安裝的材料與工具準(zhǔn)備工作，如螺栓、板手（電動(dòng)）、潤(rùn)滑脂、硅膠等。

2）吊裝同第一段塔架相同。

3）吊機(jī)提升力保持10 t左右，安裝并預(yù)緊法蘭連接螺栓（圖8），預(yù)緊力矩約1 000 N·m，法蘭貼合面外側(cè)應(yīng)全部貼合，內(nèi)側(cè)間隙不超過(guò)0.5 mm。電動(dòng)扳手?jǐn)Q緊結(jié)束后，松鉤，用液壓力矩扳手按順序（圖9）擰緊塔筒連接螺栓至終擰力矩值的60%，第一次預(yù)緊完成后，拆去主吊具；第二次預(yù)緊至終擰力矩值的80%；待機(jī)艙安裝結(jié)束后完成第三次終擰力矩。

圖9 塔筒連接螺栓順序

4）連接爬梯、滑軌端頭，連接塔架間接地系統(tǒng)接線（圖10），為下段塔筒吊裝做準(zhǔn)備。

圖10 接地系統(tǒng)接地線

2.6 機(jī)艙吊裝

1）檢查，清理平面毛刺、補(bǔ)漆，清洗主軸端面等。安裝附件，如測(cè)風(fēng)儀、航空燈和避雷針及支架等。將葉輪安裝所需物料及工具如螺母、墊片等放置入機(jī)艙并固定牢固。

2）安裝葉輪與主軸聯(lián)結(jié)內(nèi)外圈雙頭螺柱，預(yù)留葉輪引導(dǎo)銷對(duì)應(yīng)位置螺孔。

3）拆除機(jī)艙運(yùn)輸支架，緩慢起吊機(jī)艙，調(diào)整機(jī)艙橫向及縱向水平，使4 根吊鏈?zhǔn)芰鶆蚯移捷S承法蘭至基本水平狀態(tài)（圖11）。

圖11 機(jī)艙吊裝

4）機(jī)艙起吊到一定高度并橫移至塔筒正上方，緩慢落鉤，機(jī)艙與塔筒對(duì)接，使二個(gè)引導(dǎo)銷都進(jìn)入正確的法蘭孔位置（圖12），安裝連接螺柱后拆掉二個(gè)引導(dǎo)銷并恢復(fù)。順序預(yù)擰緊所有螺栓至約1 000 N·m（做好起始標(biāo)記），此過(guò)程吊車保持起升力約20 t，電動(dòng)扳手初擰完成后卸力。采用2 個(gè)拉伸器按照順序?qū)ΨQ拉伸連接螺栓，拉伸施工分三次進(jìn)行，拉伸力分別為350 kN，460 kN，580 kN。拉伸間隔不小于60 min方能進(jìn)行下次拉伸作業(yè)。第二次拉伸完成后，主吊可松鉤。

圖12 機(jī)艙引導(dǎo)銷

2.7 輪轂、葉片地面組裝與整體吊裝

1）輪轂：將輪轂水平放置在調(diào)平的鋼平臺(tái)或方木上，調(diào)整好3個(gè)葉根軸承法蘭方向（圖13）；清潔3個(gè)葉片軸承法蘭平面，檢查有無(wú)損傷。使用變漿操作盒調(diào)整變漿軸承圓周位置，使葉片軸承內(nèi)圈0°標(biāo)記旋轉(zhuǎn)到與對(duì)接葉片初始起吊位置0°標(biāo)記對(duì)應(yīng)。（圖14）

圖13 輪轂

圖14 變漿軸承位置

2）葉片

（1）在葉片組裝起吊狀態(tài)約水平位置兩側(cè)對(duì)稱暫拆除2 根葉根螺栓并安裝2 根葉片組裝引導(dǎo)銷，以便于葉根螺栓與變漿軸承孔位相對(duì)位置。

（2）安裝葉片吊具，吊點(diǎn)位置分別對(duì)應(yīng)葉片前后吊裝點(diǎn)標(biāo)識(shí)（或廠家標(biāo)識(shí)）。將第一片葉片慢慢移位至葉根螺栓對(duì)應(yīng)輪轂變漿軸承法蘭接口處，進(jìn)行組裝（圖15）。通過(guò)變漿，使葉根部0 度刻度線零點(diǎn)與葉根軸承轉(zhuǎn)盤上的0 標(biāo)記線對(duì)正，然后利用引導(dǎo)銷引導(dǎo)葉根螺栓順暢裝入變漿軸承孔中，并使葉片的法蘭端面與軸承端面貼合，帶上葉根螺栓螺母。用電動(dòng)扳手按順序預(yù)擰螺栓，擰緊力矩約700 N·m，預(yù)緊后用輔吊臨保，主吊松鉤。

圖15 葉片組裝

（3）用同樣的方法進(jìn)行第二支和第三支葉片組裝。

（4）組裝完成后，通過(guò)手動(dòng)變槳和和臨保葉片吊車的配合，用特制葉根螺栓拉伸器拉伸M36 葉根螺栓，螺栓拉伸分二次，第一次拉伸力330 kN，30 min后第二次拉伸，拉伸力420 kN。

（5）葉輪組裝完畢后，清掃輪轂內(nèi)外，整理工具，準(zhǔn)備吊裝。

3）整體吊裝

（1）檢查葉片雷電保護(hù)系統(tǒng)，安裝雷電記錄卡；安裝葉根保護(hù)罩，風(fēng)繩綁扎處套上保護(hù)套，上面兩支葉片對(duì)稱布置兩根?18×150 m 安全風(fēng)繩，溜尾葉片布置1 根?18×100 m 安全風(fēng)繩。核查主輔吊機(jī)站位，主吊掛2根40 T 15m 扁平吊4股帶兜住2只葉片的葉根0.5 m 位置，溜尾吊點(diǎn)處綁扎好保護(hù)套，輔吊掛1 根10 T 10 m扁平吊帶單股鎖住溜尾吊點(diǎn)。

（2）主、副吊機(jī)在指揮人員的指揮下同步慢慢提升，距地面1.5m～1.7m 時(shí)暫停，檢查、清理輪轂與主軸連接法蘭面毛刺、銹蝕等，并在輪轂法蘭上側(cè)外圈以主吊鉤頭垂線為基準(zhǔn)左右各約40゜位置安裝兩根葉輪安裝導(dǎo)向銷（圖16）。

圖16 導(dǎo)向銷

（3）主、副吊機(jī)配合起吊，葉輪翻身至約83°位置，用溜尾安全繩控制葉輪角度，摘除輔吊吊索具。主吊提升葉輪，提升過(guò)程安全風(fēng)繩配合控制穩(wěn)定。（圖17、圖18）。

圖17 葉片起吊

圖18 葉片整體安裝

（4）在機(jī)艙內(nèi)指揮，葉輪移向主軸法蘭并貼合，此時(shí)釋放高速軸剎車，將引導(dǎo)銷引導(dǎo)入主軸法蘭螺栓孔后，收緊高速軸剎車，隨后旋入主軸與輪轂連接螺栓，利用電動(dòng)沖擊扳手及液壓拉伸器快速擰到最終預(yù)緊力的60%（435 kN），緊固2～3 個(gè)螺栓后，拆松二個(gè)引導(dǎo)銷。高速軸剎車配合微調(diào)葉輪，葉輪鎖定銷與鎖定銷孔對(duì)應(yīng)并鎖定葉輪。鎖定后，釋放主吊機(jī)負(fù)荷，撤除主吊帶。

（5）第一次拉伸完成約30 min 后盤車配合第二次拉伸至最終預(yù)緊力的80%（580 kN），再30 min 后完成第三次拉伸，至最終預(yù)緊力（725 kN）。

（6）連接葉輪防雷系統(tǒng)，機(jī)艙防雷系統(tǒng)，接通航標(biāo)燈電源。收集工具，打掃機(jī)艙內(nèi)衛(wèi)生，離開機(jī)艙前，關(guān)好所有機(jī)艙頂蓋，解除風(fēng)輪鎖定，將葉片變漿至順槳狀態(tài)，保證機(jī)組運(yùn)行前是自由狀態(tài)。

3 計(jì)算

本項(xiàng)目選用XGC500-1型500 t履帶吊作為主吊，吊裝性能如表1。塔筒抬尾選用85 t履帶吊，16 m主臂，6 m吊裝半徑，額定起重量59.6 t，輔助主吊吊裝風(fēng)機(jī)塔筒，機(jī)艙吊裝采用50 t超起配重，19 m吊裝幅度，額定載荷135 t。

表1 XGC500-I型履帶式起重機(jī)超起配重計(jì)算表

3.1 地基耐壓力計(jì)算

XGC500-I型履帶式起重機(jī)選用風(fēng)電專用臂96 m+12 m工況，履帶吊整機(jī)重量443.24 t，轉(zhuǎn)臺(tái)平衡重160 t，車身平衡重42.6 t，超起平衡重50 t（見表1《XGC500-I型履帶式起重機(jī)超起配重計(jì)算表》），最大起吊載重為94 t 機(jī)艙，使用路基箱8 塊，總重56 t（路基箱規(guī)格：2.3×6.0×0.25 m，7 t），路基箱采用單層2×2兩列排布，作用力不均系數(shù)取1.3，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地耐力N0=1.3×（443.24+160+42.6+50+94+56）/（2.3×6×8）=9.96 t/m2，地勘報(bào)告平均地耐力為N=18 t/m2，N0

3.2 塔筒吊裝校核

塔筒最重件為下段塔筒，重量為68 t，主吊鉤9 t，抬尾吊鉤0.89 t，主吊垂下鋼絲繩3 t，主吊索具2.5 t，抬尾鎖具1 t；雙機(jī)抬吊時(shí)吊裝載荷公式為吊裝載荷（t）=設(shè)備凈重＋吊索具。起吊主吊額定起重量112 t，主吊載荷為68/2+3+2.5+9=48.5 t，負(fù)荷率：48.5/112=43.3%＜80%；抬尾XGC85 履帶吊載荷為68/2+0.89+1=35.89 t，抬尾吊車額定起重量59.6 t，負(fù)荷率：35.89/59.6=60.2%＜80%；就位時(shí)，吊裝載荷為68+3+2.5+9=82.5 t，負(fù)荷率：82.5/112=73.6%。

3.3 機(jī)艙吊裝校核

1）機(jī)艙凈重94 t，200 t吊鉤9 t，機(jī)艙專用吊具1.5 t，吊帶及卸扣1 t，垂下鋼絲繩3 t，吊裝重量為94+9+1.5+1+3=108.5 t，主吊車采用50 t超起工況，19 m額定載荷135 t，負(fù)荷率：108.5/135=80.4%＜90%，滿足要求；

2）風(fēng)載影響計(jì)算（最不利位置）。PWQⅡ=1.2×PⅡ×AQ式中：PⅡ取150N/m2；AQ=12×4.03=48.36m2。即：

PⅡ×：PWQⅡ=（1.2×150×48.36）N=8 704 N；載荷引起機(jī)艙的傾角tan?=PWQⅡ/G=8 704/（94×1 000×9.8）=0.009 44。載荷引起幅度的變化量：起升高度按109 m 計(jì)算，風(fēng)載荷引起的位移量為（109×0.009 44）m=1.02 m，相當(dāng)于幅度增加1.02 m。履帶吊20 m的額定載荷為128 t。載荷系數(shù)：108.5/128=84.8%＜90%，滿足要求。

3.4 葉輪吊裝校核

葉輪凈重（13.5×3+32）t=75.5 t，200 t吊鉤9 t，專用吊索具1 t，起吊時(shí)伸出鋼絲繩3 t，吊裝重量為（75.5+9+1+3）t=88.5 t，主吊采用超起，16 m額定起重量112 t，負(fù)荷率：88.5/112=79%＜90%；葉片抬尾時(shí)，抬尾吊車為80 t汽車吊，采用50 m主臂，吊裝半徑18 m，額定起重量10 t。吊裝載荷為6.2 t，其中吊索具0.1 t，吊鉤1.2 t，負(fù)荷率：（6.2+0.1+1.2）÷10×100%=75%＜80%，滿足要求。

3.5 起升高度及臂桿與機(jī)艙安全距離校核

塔筒高度為（18.505+22.96+22.96+22.96）m=87.385 m，機(jī)艙高度為4.03 m，機(jī)艙吊具高度為3.2 m，吊鉤高度2.5 m，總高度為97.115 m，吊車96 m+12 m風(fēng)電工況有效高度為109 m，（109-97.1）m=11.9 m，該吊車高度限位1.5 m，富余量為（11.9-1.5）m=10.4 m；葉輪吊裝時(shí)吊帶7.5 m，富余量為（109-87.385-4.03-2.5-1.5-7.5-0.5）m=5.58 m，滿足要求[4]。

4 結(jié)語(yǔ)

目前高山風(fēng)電建設(shè)過(guò)程中，風(fēng)機(jī)設(shè)備選用已轉(zhuǎn)向大容量機(jī)型、高輪轂高度，設(shè)備單件尺寸超長(zhǎng)、重量超重，吊裝機(jī)械的噸位、高度、性能也節(jié)節(jié)攀高，項(xiàng)目吊裝風(fēng)險(xiǎn)和管理難度也隨之越來(lái)越高。通過(guò)對(duì)江西某高山風(fēng)電項(xiàng)目設(shè)備吊裝作業(yè)的關(guān)鍵控制點(diǎn)及管控預(yù)防措施的分析研究，做好高山風(fēng)電機(jī)組吊裝作業(yè)的技術(shù)工藝管理，可以有效控制項(xiàng)目進(jìn)度、成本、安全、質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，促進(jìn)山地風(fēng)電行業(yè)的和諧發(fā)展。