淺談風(fēng)電塔筒吊裝就位雙輔吊溜尾技術(shù)研究與應(yīng)用

摘要：遼寧北票西山風(fēng)電場(chǎng)是中國(guó)電建集團(tuán)公司投資開發(fā)的山地風(fēng)電場(chǎng)，也是公司在建工程中地形條件最為惡劣的風(fēng)電場(chǎng)之一。由于受山地地勢(shì)陡峭、地形起伏大等客觀因素影響，機(jī)位分布、平臺(tái)面積、機(jī)組位置等均受到極大限制。通常情況下，風(fēng)電塔筒吊裝只需要一臺(tái)主吊和一臺(tái)輔吊即可完成吊裝就位，類似風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)中沒有采用過一臺(tái)主吊兩臺(tái)輔吊，三臺(tái)吊車同時(shí)進(jìn)行塔筒吊裝的實(shí)例。本文通過合理安排三臺(tái)吊車站位及設(shè)計(jì)履帶吊反變形專用路基板，并對(duì)吊車的安全載荷系數(shù)計(jì)算，順利完成了2.5MW機(jī)組下段塔筒的吊裝工作。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電塔筒；雙輔吊溜尾法；主吊；坡度專用路基板；仰角

引言：

當(dāng)前風(fēng)電產(chǎn)業(yè)作為綠色清潔可再生的新能源迅速發(fā)展起來，全國(guó)各地興建風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)。其建設(shè)地多為人煙稀少、空曠多風(fēng)地區(qū)，包括草原、荒漠、近海潮間帶、山地等，其中山地環(huán)境對(duì)大型風(fēng)電設(shè)備的吊裝是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。山地風(fēng)電的建設(shè)中，由于施工平臺(tái)小，吊裝設(shè)備多為大而笨重的履帶吊，風(fēng)電塔筒重達(dá)幾十噸甚至近百噸等這些因素，導(dǎo)致風(fēng)電塔筒、機(jī)艙、葉片等設(shè)備的吊裝成為一大難點(diǎn)。

一、工程概況

遼寧北票西山風(fēng)電場(chǎng)地貌屬于低山地貌，山體坡度一般小于30°，高程為298～604m左右，地形最大相對(duì)高差約300m。地表植被發(fā)育，多為草地，部分為林地。風(fēng)機(jī)機(jī)位絕大多數(shù)位于山頂或山脊，少部分位于山前斜坡地段，機(jī)位處地形一般坡度較緩。西山風(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)容量為49.5MW，共建設(shè)1.5MW機(jī)組3臺(tái)、2.0MW機(jī)組20臺(tái)、2.5MW機(jī)組2臺(tái)。

二、工藝原理

2.1雙輔吊溜尾技術(shù)

雙輔吊溜尾技術(shù)是采用2臺(tái)輔吊配合主吊完成風(fēng)機(jī)塔筒吊裝作業(yè)的方法。本項(xiàng)目利用一臺(tái)三一SCC6500E型履帶式起重機(jī)作為主吊，兩臺(tái)75噸汽車輪胎式起重機(jī)輔助吊裝方法，使三臺(tái)起重機(jī)同時(shí)協(xié)同作業(yè)完成一項(xiàng)超長(zhǎng)、超大重量風(fēng)電塔筒吊裝就位任務(wù)。

2.2施工難點(diǎn)

2.2.1單臺(tái)75噸吊車不能滿足吊裝要求

2.5MW機(jī)型風(fēng)電機(jī)組為本風(fēng)場(chǎng)最大機(jī)型，其下段塔筒重T為96.4噸，吊具重量M為0.5噸。溜尾吊所吊設(shè)備起吊高度一般為0.2米左右，考慮到不均勻載荷系數(shù)f及動(dòng)荷載系數(shù)f，因此動(dòng)載系數(shù)應(yīng)較低，定為1.1，不均勻荷載系數(shù)定為1.1，暫不考慮風(fēng)荷載。

2.5MW機(jī)型風(fēng)機(jī)下段塔筒參數(shù)：重量96.4噸。上法蘭直徑為4300mm，下法蘭直徑為4638mm，全長(zhǎng)L為22170mm。下段塔筒由10節(jié)筒節(jié)組焊而成，其中塔筒壁厚度分為4個(gè)級(jí)別：

塔筒最上端3節(jié)，鋼板厚度28mm，長(zhǎng)度為5520mm，上法蘭160mm，總長(zhǎng)度為5680mm；

塔筒中上端2節(jié)，鋼板厚度30mm，長(zhǎng)度4400mm；

塔筒中下端2節(jié)，鋼板厚度32mm，長(zhǎng)度4500mm；

塔筒下端3節(jié)，鋼板厚度50mm，長(zhǎng)度7440mm，下法蘭150mm，總長(zhǎng)度7590mm。

下端塔筒總重量T為96.4噸，鋼板密度相同，通過質(zhì)量體積換算，可得出這4段不同直徑的質(zhì)量分別為T1=18.39噸、T2=15.71噸、T3=17.14噸、T4=45.16噸。

通過力矩守恒原理，以下法蘭外邊緣處為參考點(diǎn)，設(shè)整個(gè)下段塔筒重心距離下法蘭外邊緣為Xmm，各個(gè)不同直徑的重心距離下法蘭外邊緣處距離分別為：

（1）上端為L(zhǎng)1=7590+4500+4400+5680/2=19330mm；

（2）中上端為L(zhǎng)2=7590+4500+4400/2=14290mm；

（3）中下端為L(zhǎng)3=7590+4500/2=9840mm；

（4）下端為L(zhǎng)4=7590/2=3795mm。（見下圖）

下段塔筒分節(jié)示意圖

根據(jù)力矩守恒原理得：

X*T*g=L1*T1*g+L2*T2*g+L3*T3*g+L4*T

即

X*96.4*9.8=3795*9.8*45.16+9840*9.8*17.14+14290*9.8*15.71

+19330*9.8*18.39

求得：X=9544mm。

即下段塔筒重心距離下法蘭外邊緣為9544mm。

首先，塔筒由兩臺(tái)吊車水平吊起，脫離地面，此時(shí)，兩臺(tái)吊車總起重量為96.4噸（暫不計(jì)算吊具重量）。

假定下法蘭輔吊端受力為Y1，則上法蘭主吊端受力為Y2=96400*g-Y1。利用力矩守恒原理（此處假定兩吊車垂直向上起吊，不考慮風(fēng)荷載及水平受力）得：

X*T*g=Y2*L 即：

9544*96400*9.8=（96400*9.8-Y1）*22170

得出：Y1=538025 N

折算質(zhì)量M1=Y1/g=508526/9.8=54900kg=54.9t。

考慮到吊具重量及動(dòng)荷載系數(shù)，單臺(tái)吊車溜尾時(shí)不考慮不均勻荷載系數(shù)。計(jì)算得：當(dāng)水平狀態(tài)提升時(shí)，下法蘭端單臺(tái)吊車吊起的質(zhì)量為=（M1+M）*f=（54.9+0.5）*1.1=60.94t。

當(dāng)塔筒整個(gè)距離地面0.2m時(shí)，下端不再提升，由主吊勻速緩慢提升并向溜尾吊方向轉(zhuǎn)桿，主吊起主要提升作用，受力逐漸增大；溜尾吊不做變化，受力逐漸減小。

當(dāng)75噸吊車工作半徑在4.5米，臂桿為15米時(shí)滿足溜尾站位要求，根據(jù)工況此時(shí)吊車的的最大額定起重量為50t，通過計(jì)算安全系數(shù)δ1=60.94/50=1.22。

根據(jù)《金風(fēng)2.5MW機(jī)組安裝手冊(cè)（通用部分）》中規(guī)定，兩臺(tái)起重機(jī)吊裝作業(yè)時(shí)的負(fù)荷量不宜超過其安全負(fù)荷量的75%，因此單臺(tái)75T起重機(jī)輔助吊裝不安全，不能滿足吊裝溜尾的規(guī)范要求。

2.2雙吊車溜尾方案

項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)有2臺(tái)75噸汽車吊，能夠保證進(jìn)度；通過數(shù)據(jù)計(jì)算，雙吊車溜尾受力狀況完全在75噸吊車受力荷載安全范圍內(nèi)。

根據(jù)《金風(fēng)2.5MW機(jī)組安裝手冊(cè)（通用部分）》中規(guī)定，雙臺(tái)起重機(jī)的負(fù)荷量不宜超過其安全負(fù)荷量的75%。現(xiàn)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工實(shí)際情況考慮到吊具重量、不均勻荷載系數(shù)及動(dòng)荷載系數(shù)，考慮輔吊側(cè)的起重量為54.9噸。計(jì)算兩臺(tái)75噸汽車吊同時(shí)溜尾，平行升起時(shí)，下法蘭端雙臺(tái)輔吊吊起的質(zhì)量M2為：

M2=（M1+M'）*f *f'=（54.9+0.5）*1.1 *1.1=67.04t。

其中：f為動(dòng)載系數(shù)，取1.1；

f'為不均勻載荷系數(shù)，取1.1；

M'為吊具重量。

則，單臺(tái)輔吊吊起的質(zhì)量M3為：

M3=M2/2=67.04/2=33.52t

當(dāng)雙臺(tái)輔吊溜尾時(shí)，輔吊可近距離靠近塔筒，工作半徑在4.5米內(nèi)，臂桿為15米。經(jīng)查75噸汽車吊工況表，此時(shí)吊車的額定起重量為50t，由此計(jì)算兩臺(tái)輔吊的安全荷載系數(shù)δ為：

δ=M3/50=33.52/50=67%

根據(jù)《金風(fēng)2.5MW機(jī)組安裝手冊(cè)（通用部分）》中規(guī)定，雙臺(tái)起重機(jī)的負(fù)荷量不宜超過其安全負(fù)荷量的75%。 因此，雙臺(tái)75噸輔吊進(jìn)行下節(jié)塔筒溜尾完全滿足吊裝要求。

經(jīng)最終分析討論確定，項(xiàng)目部決定采用雙吊車溜尾方案，并立即編制施工方案，提交監(jiān)理、業(yè)主審批。方案中明確：兩臺(tái)吊車溜尾時(shí)，吊車盡可能靠近塔筒，縮小吊裝半徑，溜尾吊車不用轉(zhuǎn)桿，且只需要提升距離地面20cm的高度，以主吊車活動(dòng)為主；兩臺(tái)吊車處于平行位置，受力均衡，并且為保證主起重機(jī)站位位置處于最佳工作狀態(tài)，一次吊裝就位，方案研究中，充分利用山地地面坡度，在主吊的每個(gè)履帶板下方鋪墊1°～2.5°坡度，長(zhǎng)度6m，寬度2.5m的斜坡式路基板。雙吊車統(tǒng)一受吊裝總指揮安排，吊車支腿墊方枕木，保證吊車支腿均勻受力。在緊張的工期要求下，安全順利的完成了2.5MW機(jī)型下段塔筒的吊裝。

三、工藝流程及操作要點(diǎn)

3.1安全技術(shù)交底

2.5MW下段塔筒進(jìn)行吊裝前，項(xiàng)目部現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)人組織主吊車、輔助吊車、裝載機(jī)等全部設(shè)備的司機(jī)、指揮人員、輔助人員及管理人員勘察現(xiàn)場(chǎng)機(jī)位情況，并組織安全技術(shù)交底會(huì)議，告知其安全注意事項(xiàng)，提高其安全意識(shí)。

3.2對(duì)吊裝平臺(tái)承載力進(jìn)行勘察并加強(qiáng)

對(duì)吊裝平臺(tái)進(jìn)行勘察與測(cè)量，勘察平臺(tái)的形狀位置及平臺(tái)的有效使用面積等。對(duì)吊裝平臺(tái)的承載力進(jìn)行勘察，鋪墊碎石進(jìn)行平臺(tái)填平，利用裝載機(jī)對(duì)平臺(tái)進(jìn)行反復(fù)碾壓，增強(qiáng)平臺(tái)的承載能力及平臺(tái)的平整度，然后再用黃土進(jìn)行縫隙填實(shí)、碾壓，進(jìn)一步增強(qiáng)吊裝平臺(tái)的承載力、平整度及機(jī)械設(shè)備摩擦力，避免造成機(jī)械設(shè)備下沉、打滑。

3.3吊車站位選取

吊車站位時(shí)，兩臺(tái)輔吊盡可能靠近塔筒，縮小吊裝半徑，兩臺(tái)輔吊處于平行位置。吊裝時(shí)，使主吊站位處于最佳工作狀態(tài)，一次吊裝就位。

3.4吊具安裝

上吊耳安裝時(shí)，吊具均勻安裝在塔筒法蘭孔中。下吊耳安裝時(shí)，吊具安裝在外側(cè)法蘭孔中，并安裝在法蘭頂部，間隔5-7個(gè)法蘭孔，連接成水平。

3.5起吊前安全檢查

起重設(shè)備工作前，由操作人員、現(xiàn)場(chǎng)安全負(fù)責(zé)人、現(xiàn)場(chǎng)總負(fù)責(zé)人、監(jiān)理單位人員共同組成的檢查組對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢查。

3.6塔筒吊裝

現(xiàn)場(chǎng)安全檢查合格后，開始進(jìn)行塔筒吊裝作業(yè)，主吊及雙輔吊由吊裝總指揮統(tǒng)一指揮。

四、結(jié)束語

本方法的有效實(shí)施，提高了工程的施工進(jìn)度、節(jié)約了成本、積累了經(jīng)驗(yàn)，還實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)有設(shè)備的創(chuàng)新應(yīng)用，符合環(huán)保節(jié)能要求，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。同時(shí)，提高了企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力，樹立了企業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的品牌形象。

本方法可應(yīng)用于較重風(fēng)電設(shè)備在較小平臺(tái)上的吊裝工作。并且特別適合在吊車資源匱乏地區(qū)和地形條件惡劣環(huán)境中應(yīng)用，尤其適合山地陡峭、施工道路狹窄的風(fēng)電場(chǎng)及非洲等資源匱乏國(guó)家的風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)施工中。

參考文獻(xiàn)：

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[3]《風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)項(xiàng)目建設(shè)工程驗(yàn)收規(guī)范》2004年。

作者簡(jiǎn)介

郝洪峰：性別：男；出生于1976年；工作單位：中國(guó)電建市政建設(shè)集團(tuán)有限公司；職稱：經(jīng)濟(jì)師、工程師