風電塔架筒體鋼板不預彎卷制工藝的優化

高亮亮 晏芳 鮑永婷 曹立辰

中國水電四局（蘭州）機械裝備有限公司 甘肅蘭州 730050

在風力發電高塔中，塔架筒體是最基礎的大型部件。由于塔筒的體積過大，因此在制作時，必須將塔筒劃分成多段。風力發電塔架筒體通常由3-4小段分段裝配而成，段與段之間采用法蘭連接，每小段由8-14段單節筒體拼焊組成。單節筒體首先經數控切割成扇形，再經卷板機卷制成規定的直徑[1]。一套風力發電塔架筒體由25-35節左右的單節筒體組焊而成，33套塔架則有825-1155節單節筒體。卷制工序的進度及卷制質量，已經成為制約塔架生產工藝流程的重要因素。板料卷制工序質量也成為了每段塔筒質量的基礎保證。

1 工藝優化的必要性

工藝優化前風力發電塔架制作鋼板卷制工序一直沿用著先預彎再進行卷制的工藝流程。

第一步：送進板材，對料；第二步：上輥水平移動至-X位置，下降至Y1位置；下輥反轉，使鋼板至成形位置。第三步：下輥一邊正轉，上輥一邊壓下，按預先設定的角度對板材的一端進行預彎；第四步：重復以上工序，對板材的另一端進行預彎；第五步：上輥壓下至Y2位置停止，下輥連續正轉；第六步：上輥提升Y2-α，水平移動+X位置，壓下相同位置Y2，下輥正轉；第七步：上輥移至X=0，壓下至Y4位置，下輥正反轉，進行補償彎曲。

由以上工序流程可以看出，卷制時，先用起重機械將板料吊起，將板料一端放入卷板機，進行卷制預彎，預彎完成后吊離卷板機，將板料另一端重復此工序，再由壓縫班組專門對卷制好的單節筒體進行壓縫。預彎前先根據筒體直徑設定好卷制角度，并設定好間隙。由于在卷制中先對板材的兩端進行了預彎，預彎的角度、預留間隙的合適與否將直接影響壓縫的質量。經預彎卷制完成后的單節筒體極易產生如下圖2所示的表面翹曲變形。圖1中筒體兩端接頭處向筒體中心凹陷，致使縱縫焊接過程中焊道不平整，極大的影響著焊接質量；圖1中筒體鋼板對接處產生直邊，加大了單節筒體校圓的難度，影響筒體的形位公差。要校正圖1中由卷制產生的缺陷，單節筒體至少在卷板機上回圓三次，延長了單節筒體對卷板機的占用時間，增大了機械操作人員的工作量，工作效率低，從而制約了整個生產進度。

圖1 工藝優化前筒體縱縫截面示意圖

2 優化后的筒體鋼板卷制工藝

為了提高生產量，解決卷制工序中存在的制約因素，提高卷制質量，經過技術人員多次試驗，最終決定對鋼板卷制工藝進行優化，優化后的卷制工藝取消了預彎工序，將數控下料、開坡口工序完成后的板料直接轉入卷制工序。

卷制時，板料兩端不再進行預彎，根據筒體直徑設定好卷制角度和間隙，直接將板料一次性卷制成筒體[2]。

優化后的卷制工藝如下：

第一步：送進板材，對料；第二步：上輥水平移動至-X位置，下降至Y1位置；下輥反轉，使鋼板至成形位置；第三步：下輥一邊正轉，上輥一邊壓下；第四步：上輥壓下至Y2位置停止，下輥連續正轉；第五步：至板材的端部停止，上輥壓下Y3停止，對板材的端部直接加壓預彎；第六步：上輥提升Y2-α，水平移動+X位置，壓下相同位置Y2，下輥正轉；第七步：至板材的端部停止，上輥壓下Y3位置停止，對板材的端部直接加壓預彎；第八步：上輥移至X=0，壓下至Y4位置，下輥正反轉，進行補償彎曲。

由工藝流程可以看出，優化后的卷板工序對板料兩端不再進行預彎，直接對板料進行卷制，一次性卷制成功，并在卷板機上進行壓縫。工藝優化后筒體縱縫截面示意圖如圖2所示。

圖2 工藝優化后筒體縱縫截面示意圖

3 應用效應

優化后的筒體鋼板卷制工藝先單節筒體進行卷制，同時進行壓縫、縱焊、校正，卷制工藝后，得到如圖2所示的單節筒體。圖中筒體截面鋼板邊緣均圓滑過渡，不存在翹曲等卷制缺陷，鋼板對接處平整，不存在直邊，縱縫的外觀質量得到改善，回圓壓縫工序也可快速、優質的完成。筒體卷制質量提高的同時，由于省去了兩端預彎的工序，板料不需重復來回吊運，單節筒體鋼板卷制數量，由15節/天提高到30節/天，產量得到了大幅度提升；工作效率提高的同時，還極大的減輕了操作人員的工作強度。應用優化后的卷制工藝，卷制質量良好，卷制單節筒體的生產效率明顯提高。改進后的卷制工藝，減少了卷制預彎的工時，同時也減少了卷板機和起重機械的工作量。卷制工藝優化前，6個人工15張/天，工藝優化后，2個人工30張鋼板/天，相比優化前節約了4個人工，且產量提高了一倍。由此可見，筒體鋼板卷制工藝優化后，質量和進度不再是矛盾體，而是共同的得到了提升[3]。

4 結語

我國正逢風電發展的大好時機，風電設備市場競爭激烈，塔架筒體制作必須考慮產品實際情況和企業現有技術條件，盡量使工藝簡單適用，具有良好的可操作性，這樣才能兼顧工程質量、交貨工期及成本。對于卷板機卷制由以前預彎改為不預彎直接卷制的工藝，從卷制的質量、制作進度、成本控制方面，以及對后續工序的影響，都起到了非常積極的作用。