風(fēng)機(jī)葉片高空組合安裝技術(shù)

李力強(qiáng)

(中國能源建設(shè)集團(tuán)山西電力建設(shè)第三有限公司，山西 太原 030031)

0 引言

傳統(tǒng)風(fēng)輪地面組合方式占地面積大、征地困難、吊裝平臺(tái)及周邊環(huán)境要求高等因素，嚴(yán)重制約了大型風(fēng)機(jī)的吊裝。風(fēng)機(jī)風(fēng)輪單葉片空中組合安裝技術(shù)打破復(fù)雜地形限制，有效利用原本無法進(jìn)行地面組合的有限場地，完成樹木茂密、山體阻礙區(qū)域的吊裝作業(yè)，減少對(duì)山體樹木植被的破壞。本文依托廣東清遠(yuǎn)某風(fēng)電場，研究了單葉片吊裝高空組合安裝技術(shù)。

1 風(fēng)機(jī)葉片高空組裝工藝

廣東清遠(yuǎn)某風(fēng)電場項(xiàng)目采用國產(chǎn)某品牌風(fēng)電機(jī)組：5臺(tái)單機(jī)容量為3 MW的風(fēng)機(jī)，11臺(tái)單機(jī)容量為3.2 MW的風(fēng)機(jī)，共16臺(tái)。其中，3 MW風(fēng)機(jī)的輪轂高度為90 m，葉輪直徑為135 m；3.2 MW風(fēng)機(jī)的輪轂高度為90 m，葉輪直徑為145 m。

該風(fēng)電場地處山區(qū)，地形復(fù)雜，機(jī)位點(diǎn)選在山脊上，風(fēng)機(jī)的吊裝作業(yè)平臺(tái)小，而傳統(tǒng)的風(fēng)輪地面組合整體翻轉(zhuǎn)吊裝方式占地面積大、對(duì)吊裝平臺(tái)及周邊環(huán)境要求高。經(jīng)過對(duì)多個(gè)方案的分析和比較，最終采用風(fēng)機(jī)葉片高空組合安裝技術(shù)。

風(fēng)機(jī)單葉片高空組裝技術(shù)，通過使用制作的葉片專用吊裝工具(以下簡稱“專用吊具”)，保證葉片安全平穩(wěn)地在空中完成與輪轂的組合。借助風(fēng)機(jī)自身的盤車系統(tǒng)，可以將輪轂的位置旋轉(zhuǎn)到下一個(gè)輪轂與葉片對(duì)口的位置上，便于吊裝作業(yè)進(jìn)行，在整個(gè)葉片吊裝作業(yè)過程中起重機(jī)在吊裝塔筒和輪轂的位置上基本不動(dòng)。風(fēng)機(jī)葉片高空組合技術(shù)采用葉片專用工具，能夠高空脫落鉤，從而減少了對(duì)口完成摘鉤作業(yè)過程中的安全風(fēng)險(xiǎn)；與常規(guī)采用尼龍吊裝帶吊裝葉片相比，采用專用吊具夾持機(jī)構(gòu)夾持葉片更能提高吊裝作業(yè)過程的安全性。

2 葉片專用吊具

葉片專用吊具應(yīng)具備以下條件：安全性好，可靠性高；組合安裝方便，操作簡單；長度可調(diào)，可適應(yīng)不同的葉片規(guī)格及相同類型葉片吊點(diǎn)位置不同的葉片；強(qiáng)度大，不易變形；有利于葉片防滑及防護(hù)。為了減少葉片與輪轂高空對(duì)口完成的摘鉤作業(yè)過程中的安全風(fēng)險(xiǎn)，單葉片專用吊具在制作時(shí)，要實(shí)現(xiàn)高空自動(dòng)脫落鉤，減少葉片就位后的摘鉤作業(yè)。

葉片專用吊具總體結(jié)構(gòu)包括前后上下調(diào)整的俯仰機(jī)構(gòu)，可調(diào)節(jié)葉片繞葉片水平軸轉(zhuǎn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)葉片在水平狀態(tài)、垂直狀態(tài)和120°狀態(tài)的三種情況下進(jìn)行安裝就位、固定葉片的抱合及葉片夾持機(jī)構(gòu)等，如圖1所示。

圖1 葉片專用吊具結(jié)構(gòu)示意圖

專用吊具俯仰機(jī)構(gòu)的功能是調(diào)節(jié)專用吊具繞葉片的水平橫軸轉(zhuǎn)動(dòng)，變換抱合機(jī)構(gòu)的上下俯仰姿態(tài)，方便專用吊具夾持抱合風(fēng)機(jī)葉片。專用吊具抱合及葉片夾持機(jī)構(gòu)的功能是直接抱合固定住葉片。通過抱合機(jī)構(gòu)閉合和打開，能夠?qū)崿F(xiàn)專用吊具與葉片抱合與脫離，在安裝結(jié)束后，專用吊具脫離葉片。利用夾持板與葉片面上的貼合，抱合及葉片夾持機(jī)構(gòu)提供合適的夾持力度，能夠防止葉片在自身重力下滑脫，有效保護(hù)葉片的葉面部分。配置固定或可移動(dòng)的配重，以調(diào)節(jié)吊具和葉片的整體重心，便于改變?nèi)~片姿態(tài)，提高作業(yè)過程的安全穩(wěn)定性。

專用吊具吊裝作業(yè)流程為：準(zhǔn)備就緒——打開抱合及葉片夾持機(jī)構(gòu)——夾持和吊起葉片——水平工況——傾斜工況——豎直工況——脫離葉片，如圖2所示。

圖2 專用吊具吊裝作業(yè)流程

3 組合安裝工藝流程及操作要點(diǎn)

按照設(shè)計(jì)及廠家安裝說明書分別進(jìn)行塔筒吊裝、機(jī)艙吊裝、輪轂吊裝等工序安裝完成并驗(yàn)收合格后進(jìn)行葉輪組合(葉片)的安裝。

3.1 組合安裝工藝流程

在葉片吊裝前首先進(jìn)行葉片專用吊具的組合安裝，將專用吊具的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、俯仰機(jī)構(gòu)、抱合機(jī)構(gòu)連接架、箱體組件部分、抱合及葉片夾持機(jī)構(gòu)、尾部配重桿、尾部配重等組合安裝成一個(gè)整體。葉片專用吊具的操控通過遙控器控制液壓系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，進(jìn)行葉片高空組合與輪轂對(duì)口就位時(shí)的對(duì)中調(diào)節(jié)。

葉片專用吊具的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)動(dòng)作，通過液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)支承從而帶動(dòng)前端部件實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)；俯仰機(jī)構(gòu)動(dòng)作，通過改變整體重心與吊點(diǎn)的相對(duì)位置實(shí)現(xiàn)。專用吊具旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)動(dòng)作和俯仰機(jī)構(gòu)動(dòng)作見圖3。

圖3 旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)動(dòng)作和俯仰機(jī)構(gòu)動(dòng)作

葉片運(yùn)輸至現(xiàn)場后，依次進(jìn)行：葉片的清潔及附件安裝，葉片螺栓潤滑，裝配柱頭螺栓，安裝葉片根部防塵罩等工作。

根據(jù)DL/T 796—2012《風(fēng)力發(fā)電場安全規(guī)程》[1]6.4.1條規(guī)定：葉輪和葉片起吊時(shí)，應(yīng)使用經(jīng)檢驗(yàn)合格的吊具，葉片起吊前，葉片專用吊具應(yīng)檢查并經(jīng)試驗(yàn)合格；對(duì)專用吊具上所有焊縫進(jìn)行無損探傷檢測，要求焊縫無缺陷；對(duì)專用吊具要進(jìn)行1.25倍的靜載試驗(yàn)。要求試驗(yàn)重物離開地面約100 mm高度后，保持10 min后卸載，要求專用吊具整體結(jié)構(gòu)無明顯的變形、開裂和油漆脫落等現(xiàn)象。

3.2 葉片吊裝操作要點(diǎn)

吊裝前確認(rèn)葉片外殼平表面朝向地面及葉片前緣朝向機(jī)艙的前端。以最大起重量為650 t的履帶式起重機(jī)為主吊先吊起葉片專用吊具，打開專用吊具的抱合及葉片夾持機(jī)構(gòu)，在確認(rèn)專用吊具吊點(diǎn)重心與葉片重心重合后，利用葉片專用吊具抱合及葉片夾持機(jī)構(gòu)夾持葉片。然后起重機(jī)起吊葉片，當(dāng)起重機(jī)負(fù)載適當(dāng)力后，開始拆除葉片與葉片運(yùn)輸車輛之間的連接螺栓，當(dāng)確認(rèn)葉片與運(yùn)輸車輛之間的連接螺栓全部拆除完畢并拔出后，起吊葉片。

起吊前在葉片葉尖的適當(dāng)位置通過葉片防護(hù)套(要求與葉片匹配)拴好攬風(fēng)繩，在主吊吊起葉片后的起升作業(yè)過程中，要固定安排足夠人員拉好攬風(fēng)繩，控制葉片在吊裝起升作業(yè)過程中的隨風(fēng)漂移，從而保證葉片不碰到主吊臂桿、塔筒等設(shè)備。當(dāng)葉片起升到與輪轂上葉片的對(duì)口安裝水平位置時(shí)，通過操作輪轂內(nèi)的變槳操作箱使變槳軸承內(nèi)圈轉(zhuǎn)動(dòng)，使變槳軸承內(nèi)圈上的0點(diǎn)標(biāo)識(shí)點(diǎn)位于與葉片上的0點(diǎn)標(biāo)識(shí)基準(zhǔn)固定點(diǎn)對(duì)正對(duì)齊的位置上，當(dāng)葉片與輪轂基本對(duì)正后(標(biāo)記位置對(duì)正)，再通過風(fēng)機(jī)上的變漿電機(jī)將變漿軸承0點(diǎn)標(biāo)識(shí)點(diǎn)位置進(jìn)行微調(diào)，將變槳軸承0點(diǎn)標(biāo)識(shí)點(diǎn)位置調(diào)整到與葉片0點(diǎn)標(biāo)識(shí)點(diǎn)位置相對(duì)應(yīng)的精確位置上。

當(dāng)確認(rèn)風(fēng)機(jī)輪轂內(nèi)變漿軸承0點(diǎn)標(biāo)識(shí)點(diǎn)位置與葉片后緣0點(diǎn)標(biāo)識(shí)位置標(biāo)記點(diǎn)對(duì)正對(duì)齊后，進(jìn)行葉片與輪轂的組對(duì)作業(yè)。在葉片上，以前緣0點(diǎn)為起始點(diǎn)逆時(shí)針第5顆螺栓孔、第21顆螺栓孔、順時(shí)針第16顆螺栓孔安裝3根葉片定位工裝(保證3根葉片定位工裝可以同時(shí)通過輪轂腹板工藝孔安裝和拆除)，將葉片0點(diǎn)標(biāo)識(shí)點(diǎn)與變槳軸承0點(diǎn)標(biāo)識(shí)點(diǎn)對(duì)好后，緩慢將葉片插入變槳軸承內(nèi)圈上，保證雙頭螺柱的螺紋不受損壞，旋入螺母。

葉片和變槳軸承對(duì)接完成之后拆掉至少2顆螺栓(相差90°)查看是否有錯(cuò)位。如果有錯(cuò)位，調(diào)整對(duì)中保證錯(cuò)位量不大于1 mm。螺栓穿裝前要在雙頭螺栓螺紋部分涂二硫化鉬，安裝所有螺栓、螺母和墊片以及與葉片對(duì)應(yīng)的鎖定塊，使用液壓扳手，按風(fēng)機(jī)安裝說明書要求的螺栓擰緊力矩及要求上緊螺栓。當(dāng)所有螺栓按要求緊固完畢，固定葉片后，取掉導(dǎo)向螺栓，并使用鎖定塊的長螺栓代替。

3.3 葉片空中組對(duì)操作要點(diǎn)

以葉片0點(diǎn)標(biāo)識(shí)點(diǎn)為基準(zhǔn)，通過變漿電機(jī)將變漿軸承0點(diǎn)標(biāo)識(shí)點(diǎn)位置調(diào)整到合適位置，將變漿軸承0點(diǎn)標(biāo)識(shí)點(diǎn)與葉片0點(diǎn)標(biāo)識(shí)點(diǎn)標(biāo)記點(diǎn)對(duì)齊。通過液壓變槳泵進(jìn)行微調(diào)，使雙頭螺栓順利進(jìn)入螺栓孔。當(dāng)?shù)谝黄~片安裝就位，確保剎車卡鉗處剎車手動(dòng)泵讀數(shù)為140 bar，這樣可以確保雙鎖定輪轂。

第一片葉片安裝完成后，當(dāng)葉片處于86°～90°時(shí)鎖定螺栓必須鎖入與輪轂上的鎖定槽，防止裝配時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)。否則就應(yīng)對(duì)鎖定位置進(jìn)行檢查并重新設(shè)置，使用鎖定塊鎖定葉片后，降低變壓泵的壓力。操作變槳泵，讓變槳油缸里的油流回來，防止輪轂出現(xiàn)漏油情況，將輪轂所有工具回收到機(jī)艙，斷開電磁閥中的變槳泵連接頭和油管接頭，退出輪轂。使用鎖定塊鎖定軸承，取出輪轂中所有工具，并確保所有作業(yè)人員撤出第一片葉片后，準(zhǔn)備轉(zhuǎn)動(dòng)輪轂至第二片葉片的安裝位置，準(zhǔn)備開始安裝第二片葉片，此時(shí)釋放剎車鉗中的手動(dòng)液壓泵壓力，轉(zhuǎn)動(dòng)傳動(dòng)裝置，使輪轂第二片葉片安裝口轉(zhuǎn)至第一片葉片的安裝位置上。

按以上第一片吊裝及組合對(duì)口的步驟安裝第二片葉片，直至第二片葉片安裝完畢并經(jīng)驗(yàn)收合格后，進(jìn)行第三片葉片安裝準(zhǔn)備工作、安裝工作。三個(gè)葉片必須在一天內(nèi)組裝完成，整個(gè)作業(yè)過程中采取必要的防風(fēng)措施以確保風(fēng)機(jī)葉片、風(fēng)機(jī)輪轂設(shè)備不被損壞。

4 技術(shù)特點(diǎn)

風(fēng)機(jī)葉片空中組合安裝技術(shù)與傳統(tǒng)地面葉輪組合安裝方式相比，節(jié)省臨時(shí)征地面積，取得了較大的直接經(jīng)濟(jì)效益；由于減少了對(duì)水土、植被的破壞，符合綠色環(huán)保施工要求。該安裝技術(shù)的主要特點(diǎn)體現(xiàn)在4個(gè)方面：

1)只需滿足主輔起重機(jī)站位和回轉(zhuǎn)要求即可，對(duì)于不同單機(jī)容量的機(jī)組，可節(jié)省吊裝作業(yè)平臺(tái)面積。打破復(fù)雜地形限制，有效完成樹木茂密、山體阻礙區(qū)域的吊裝作業(yè)。

2)迎風(fēng)面積減少，采用單葉片高空組合安裝技術(shù)，可以將吊裝安全臨界風(fēng)速提升至12 m/s以下的作業(yè)許可范圍內(nèi)，增加了吊裝窗口期；有效降低起重機(jī)械傾覆力矩，降低風(fēng)電施工成本。

3)專用吊具適用于風(fēng)機(jī)葉片的高空吊裝、更換拆卸等作業(yè)，具有效率高、操作簡便、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，專用吊具自動(dòng)脫落摘鉤，不僅減少了高空組對(duì)作業(yè)過程的風(fēng)險(xiǎn)，而且吊具可以重復(fù)用于現(xiàn)場，節(jié)省了專用吊具制作費(fèi)用。

4)葉片空中組合安裝技術(shù)減少了葉輪地面組合整體吊裝翻轉(zhuǎn)時(shí)對(duì)葉片造成的內(nèi)部損害，保證了風(fēng)機(jī)投運(yùn)以后的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

5 結(jié)語

本文依托廣東清遠(yuǎn)某風(fēng)電場工程，研究了單葉片吊裝高空組合安裝技術(shù)，該安裝技術(shù)安全性好，可操作性強(qiáng)，對(duì)葉片成品保護(hù)好，吊裝作業(yè)平臺(tái)占地面積小，降低了土地使用的協(xié)調(diào)難度，社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益顯著。