風力發電塔架法蘭平面度控制技術

劉海霞

（寧夏銀星能源股份有限公司，寧夏銀川 750021）

風力發電塔架法蘭平面度控制技術

劉海霞

（寧夏銀星能源股份有限公司，寧夏銀川 750021）

在對風力發電塔架法蘭和筒體縫隙進行焊接的時候，法蘭的表面上容易出現變形，故在焊接過程中采用剛性固定法控制角變形，并在組對工序中嚴格控制組對間隙。采用技術措施控制后可滿足法蘭平面度要求。

風力發電塔架；法蘭；平面度；焊接變形控制

在風力發電裝備中,風力發電塔架具有十分重要的,不可缺少的作用。它在整個發電過程中起著連接風機各個關鍵裝置的作用，要擔負起葉片轉動過程中產生的各種壓力，沖擊，以及電機的震動還要調整受力過程中的搖擺。發電塔架經過3、4段直筒或錐筒聯合在一起構成的。因為每一節塔架是將滾制筒與法蘭通過焊接的方式連在一起的，所以,最重要的是在焊接之后要調控好平面度。要是在制作過程中操作不當,將不利于風力發電機的正常運作，造成機械破損，降低機械設備的工作效率,縮短機械設備的壽命。在這里我們就NordexN100/2.5MW-80M型風力發電塔架為例來分析一下應該采用的焊接方法。

圖1 恩德2.5MW塔架立面示意

1 法蘭焊接平面度的質量要求

在經過焊接之后,法蘭的平面度必須和之前文件中規定的標準相符合，每一節塔架法蘭面的平面度應該在0到1.99毫米之間，起連接作用的機艙座法蘭平面度應該在0到0.5毫米之間。在焊接之后，全部的法蘭面（沿直徑方向）只可以保持內傾的狀態，而不可以處在外翻的狀態中，內傾度分為三種：（1）單排孔帶頸平焊法蘭為0～1.5mm。（2）雙排孔帶頸平焊法蘭為：單邊為+ 3mm，雙邊為-1.5mm～1.5mm。（3）上法蘭為0～0.5mm。

2 法蘭焊接變形成因分析

在將法蘭和筒體以焊接的方式連接在一起的時候，按照文件中提出的標準，需要處理的坡口狀態一律是為“里鏟”式的，所以根據一般順序環縫焊接要按照以下步驟來完成:先處理里側焊縫，再處理外側焊縫。在這個過程中,縫隙與縫隙周圍的法蘭脖頸處比較熱，在沒有特殊處理的情況下法蘭因為溫度過高會迅速膨脹。在焊縫區的溫度降下去的時候，連接法蘭因為太厚（一般為45到107mm），硬度強，和降溫速度不同；法蘭受熱區熱度降低過慢，使得焊縫區在變冷的過程中收縮應力沒有辦法減小；法蘭因長時間高溫而產生膨脹力，最終導致其它部位的法蘭面里側出現“外翻”的變形。如果筒體口平整度不好,同時法蘭放置方式不正確就會引起其它焊接失誤的出現，最終導致焊接后法蘭面變成波紋型，影響整體的焊接效果。

3 控制法蘭角變形的措施

3.1 法蘭采購時預留內傾量

恩德2.5MW風力發電機裝備,在做頂部法蘭焊前,規定好的平面度的標準是0.29毫米,焊后頂部法蘭平面度0.6mm，內部傾斜度為0到0.4毫米。為了一次性制作出合格的塔筒法蘭內傾斜度,經過多次實踐之后，我們得到成品法蘭內部傾斜度是頂法蘭、中上法蘭、中法蘭0.5mm,中下法蘭、下法蘭是外側0.5mm，內側為1.0mm。所以在購買法蘭的過程中，應該把法蘭控制在一定的內部傾斜范圍內，詳見圖2、3。

圖2 設計頂法蘭無內傾度

圖3 采購頂法蘭預留內傾度

3.2 通過剛性穩定法對法蘭角的形變進行調控

按照周長的方向每隔3到4個螺栓洞把兩個有等量直徑的法蘭通過安裝有一樣的直徑的螺栓來完成連接，如果內側存在的空隙過大就通過塞墊塞的方式進行緊固。

3.3 法蘭環縫焊接順序

3.3.1 在對法蘭面進行聯合的時候,我們要求內部有傾斜,外部平整。組裝的時候能給和它連接在一起的高強度螺栓以所需的應力，所以在焊接的工作中要保證不能讓法蘭連接口發生“內側外翻”的情況。在對法蘭進行鏈接之后的情況詳見圖4。

圖4 法蘭焊接后情況示意

3.3.2 因為焊縫坡口是單面的而且是V字形狀的，在遇到法蘭連接面出現的“內側外翻”的問題的時候，必須按照合理的步驟來進行。焊縫內部分2層進行焊接：先對內環縫的第1層進行焊接，接著使用碳弧氣刨清根的方法對外側環縫進行焊接；將焊道進行清潔處理然后將焊縫進行第二次處理；接著再對內層的第二層進行焊接，焊接的時候要保證能夠一次性完。

4 控制法蘭平面平整度在組對時應注意的事項

4.1 嚴守法蘭進廠質量

法蘭在進行組對的時候，需要一個剛度足夠的組隊載體（平面度最大標準為0.499mm），要通過激光測平器對每個等待裝運的法蘭進行內部平整度的測量。檢查結果要保證不超過0.299mm，內部傾斜度在0到1.499毫米以內，而且要把檢測點平面值記載下來。法蘭與筒體組對完成以后，在焊接的工作中可以根據檢測點數值的大小，調整焊接次數來控制法蘭平整度。

4.2 嚴守滾制筒體的質量

4.2.1 不管是什么樣的筒體，它們的下料都是通過數控切割機來完成的。長邊尺寸需要保持在±1.99mm左右，短邊尺寸需要保持在±0.99mm左右，對角線的長度為︳L1-L2︳≤2.99mm。

4.2.2 為了防止發生強力組對，所以要確定滾制筒體的成品的品質，確保在對筒節進行焊接處理之后筒體的橢圓度Dmax/Dmin不超過1.004,同時筒體的棱角度不超過2.99mm。

4.2.3 法蘭與筒體在進行組裝的時候，要確保接觸面之間不存在任何空隙。通過這種方式可以減少焊接的收縮程度，防止法蘭面變成波紋狀，調控好法蘭的平整度。

5 法蘭焊接時應注意的問題

5.1 焊后冷裂紋

由于法蘭是鍛件，所以要是在焊接的過程中工藝參數確定的不合適，在焊接結束之后，很長的一段時間內，在焊縫、法蘭脖頸處將會產生縱向貫通的裂痕，同時這種裂紋還會因為剛度過大而出現擴張的情況，這種在后期才會出現的問題會對塔架產生十分巨大的破壞作用，所以對此，我們一定要小心警惕。因為，這種問題一旦產生后將無法修復，最終引起整個法蘭的報廢。

5.2 重視法蘭焊接熱影響產生的裂紋

加強法蘭組對前的質量檢查工作，可以通過MT檢測對法蘭脖頸處的表面裂痕進行檢查；調整組對手法，防止出現強力組對。

6 工程應用實例

6.1 法蘭平面度控制技術的應用

法蘭平面度控制技術已應用工程：1）賀蘭山六期49.5MW工程，共計33套塔架。2）大水坑一二期49.5MW工程，共計96套塔架。3）阿左旗賀蘭山風電場二期49.5MW工程，共計48套塔架。4）天潤寧夏固原三營一期49.5MW風電場工程，共計33套。5）寧夏銀星能源大戰場風電場二期49MW工程，共計98套。

6.2 控制變形效果

根據圖紙設計的標準，法蘭焊后平面度不超過1.99毫米，內部傾斜度不超過1.49mm才是符合標準的。在工程項目現場利用激光測平儀來進行檢測，賀蘭山六期工程塔架法蘭平面度（包含內傾度），測得的平面度最大不超過0.439mm，測得的內傾度不超過0.359mm，都在可以處理的范圍以內。

7 結語

為了提高整體運營效益，降低生產成本，可以通過對風力發電塔架法蘭平面度調控的方法來實現。根據控制變形的一系列措施，爭取一次性地實現度和內傾度都符合標準的法蘭平面，保證了工程工期。此種技術可以在風力發電塔架制造中廣泛使用。

[1]焊接手冊，焊接結構：第3卷/中國機械工程學會焊接學會編.-2版.-北京：機械工業出版社，2001.8ISBN7-111-03073-7。

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1003-5168(2014)04-0124-02

劉海霞（1978—），女，工程師，主要從事風機塔架的制造技術與工藝。