低溫條件下風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔筒安裝質(zhì)量控制研究

摘 要：風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔筒是重要的電能傳輸設(shè)備，其在低溫條件下的安裝和質(zhì)量監(jiān)控特別重要，一旦發(fā)電機(jī)塔筒的安裝質(zhì)量出現(xiàn)問題，則會影響整個風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的電能運(yùn)輸狀況?；诖耍胤治龅蜏貤l件下風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔筒焊接要點(diǎn)，總結(jié)低溫條件下風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔筒安裝中存在的問題和解決方案，以減少風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)可能會造成的安全事故和腐蝕隱患。

關(guān)鍵詞：低溫；風(fēng)力發(fā)電機(jī)組；塔筒安裝；質(zhì)量控制；策略研究

中圖分類號：TM621.3" " " " " " " " " " " " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A" " " " " " " " " " " " " " " " 文章編號：2096-6903（2023）09-0064-04

0 引言

隨著越來越多的用電需求，伴隨著電力應(yīng)用價值的不斷提升，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)能夠以可再生性和清潔性廣受好評。依靠基礎(chǔ)設(shè)施的安裝和建設(shè)，切實(shí)為人民群眾提供安全可靠的用電環(huán)境，全面做好發(fā)電機(jī)組的塔筒安裝和質(zhì)量監(jiān)測工作，能夠提升用電質(zhì)量。

1 低溫條件對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔筒安裝的影響

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔筒的安裝在低溫條件下會產(chǎn)生新的影響和變化，由于低溫環(huán)境這一特性，導(dǎo)致空氣中的動力學(xué)性能發(fā)生變化，會直接影響塔筒的載荷性能。這種性能上的影響會讓塔筒在低氣溫下產(chǎn)生運(yùn)行的安全隱患，一旦產(chǎn)生動力大幅度波動，會直接使塔筒造成穩(wěn)定性故障和安全運(yùn)行失調(diào)。

低溫環(huán)境還會對塔筒的材料性能造成低溫性能轉(zhuǎn)變放大材料的不穩(wěn)定性，并且還會使整個筒體系統(tǒng)的性能大幅降低。性能的降低會使塔筒在實(shí)際工作中產(chǎn)生極大的運(yùn)行動蕩，并且在長時間的工作中，極易發(fā)生倒塌事故，也很容易在后續(xù)維修時造成傷亡情況。

若是塔筒在低溫環(huán)境長期進(jìn)行停運(yùn)，則會增加機(jī)組的啟動困境，質(zhì)量監(jiān)控措施的缺少會讓整個塔筒系統(tǒng)難以進(jìn)行質(zhì)量承載，進(jìn)一步降低電能輸送效率。當(dāng)氣溫條件低于各種塔筒材料的正常工作溫度時，會產(chǎn)生異常反應(yīng)，甚至?xí)?dǎo)致部分塔筒材料與筒體整體失衡，這種失衡現(xiàn)象會導(dǎo)致整體機(jī)構(gòu)的矗立故障，帶來不可預(yù)測的安全風(fēng)險，也為后續(xù)的安裝和運(yùn)行維護(hù)增加難度。

2 低溫環(huán)境下風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔筒的安裝工藝及要點(diǎn)

2.1 塔筒的安裝工藝流程

在低溫條件下，風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔筒的外觀要從整體設(shè)計(jì)出發(fā)，基本呈現(xiàn)為錐形，并且塔筒的基礎(chǔ)環(huán)與每段塔筒之間所采用的連接必須使用高強(qiáng)度螺栓。確保最下一節(jié)的塔筒下端留有人員操作門，確保能夠通過塔筒內(nèi)部的安全護(hù)欄進(jìn)行塔筒安裝工作，并且每一節(jié)塔筒上端要設(shè)計(jì)安裝、施工和休息專用平臺以及相關(guān)照明裝置，確保在低溫惡劣環(huán)境下能夠減少施工阻礙，提升施工效率。

一般情況下，風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔筒的安裝施工流程主要由布線和變頻柜以及后續(xù)的一系列安裝構(gòu)成，低溫條件塔筒安裝流程如圖1所示。這樣的安裝方式能夠在低溫環(huán)境下產(chǎn)生很好的適應(yīng)性，能夠根據(jù)低溫環(huán)境制定具體的塔筒安裝方案[1]。

2.2 塔筒的材料要求

在材料的選擇和檢驗(yàn)方面，為了迎合低溫環(huán)境這一施工前提，針對鋼板的選購和法蘭等設(shè)置，要對外觀尺寸以及后續(xù)的結(jié)構(gòu)性能綜合進(jìn)行檢驗(yàn)，確保在符合實(shí)際應(yīng)用環(huán)節(jié)的前提下，提升與低溫環(huán)境的匹配狀態(tài)。檢驗(yàn)過程中一般選取鋼板材料中總數(shù)量的10%進(jìn)行后續(xù)檢驗(yàn)，要確保檢測結(jié)果質(zhì)量達(dá)到JB/T4730.3-2005II級，并且要針對法蘭外觀的環(huán)段進(jìn)行外形檢測，采用UT檢測或MT檢測，其中UT檢測結(jié)果要符合JB/T4730.3I級，Mt則滿足JB/T4730.3II級即可。

在鋼板下料的環(huán)節(jié)里，要針對數(shù)控切割機(jī)械設(shè)備進(jìn)行適當(dāng)?shù)墓に嚦绦蚓庉嫞诖_保檢驗(yàn)無誤后，將程序輸入到數(shù)控設(shè)備當(dāng)中，根據(jù)實(shí)際情況和低溫操作環(huán)境對尺寸進(jìn)行檢查，確保長度和寬度的誤差在2 mm內(nèi)，對角線誤差在3 mm內(nèi)，并且要選取多個測試點(diǎn)進(jìn)行材料堅(jiān)硬度和工藝檢測，確保能夠使用的材料符合低溫工藝需求。對環(huán)縫和縱縫的焊接要做到瓦片的坡口切割，提高鋼板安裝質(zhì)量。

針對塔筒卷板要在樣板尺寸準(zhǔn)備前期進(jìn)行長度對比，選出弦長1.2 m的標(biāo)準(zhǔn)樣板進(jìn)行卷板機(jī)卷板，確保樣板和卷板之間的縫隙在2 mm內(nèi)，并且保證卷板完成后進(jìn)行二次校驗(yàn)和加固，減少其由于低溫環(huán)境產(chǎn)生變形的事故概率。在加固的過程中也要對坡點(diǎn)的焊接處進(jìn)行著重處理和平整度考量，加強(qiáng)整體安裝過程的便利性的同時，要充分滿足塔筒的低溫使用環(huán)境和安裝需求，對卷板的縱縫和焊接間隙做到嚴(yán)厲控制，一般情況來說控制在2 mm內(nèi)，兩邊焊接的邊值差值在3 mm內(nèi)，且圓柱度為dmax–dmin≤0.5d即可。

2.3 塔筒的整體防腐問題

一般來說，塔筒在焊接完畢后要對其進(jìn)行整體防腐工作，以確保在低溫環(huán)境下延長塔筒的使用壽命和承載能力。塔筒的防腐工藝一般采用噴涂防腐涂料的方法，在表面溫度與周邊低溫環(huán)境裸露點(diǎn)的溫度高的前提下進(jìn)行噴涂。在整體噴涂的過程中，對低溫環(huán)境和表面附著的低溫物質(zhì)進(jìn)行控制，根據(jù)不同的使用標(biāo)準(zhǔn)確定相應(yīng)的安裝操作，使塔筒在防腐處理過程中對塔筒內(nèi)外以及法蘭表面的相關(guān)鍍鋅配件進(jìn)行不同的防腐處理。塔筒防腐技術(shù)細(xì)節(jié)如圖2 所示。

通過局部防腐修整、干噴砂除銹、磷化處理塔筒3步系統(tǒng)的噴涂前處理步驟，有效防止塔筒被局部腐蝕，使底漆與塔筒表面的粘附力增強(qiáng)。通過噴涂底漆、中間漆和面漆，3層互相作用的漆料層，對塔筒形成3層防腐防護(hù)，噴涂質(zhì)量高，噴涂后不易脫落，能夠有效防止低溫環(huán)境下塔筒腐蝕，并且防腐時間長。檢驗(yàn)塔筒整體防腐的合格性，確保合格之后運(yùn)送至低溫施工現(xiàn)場。

一般來說，運(yùn)送過程中要采用集裝箱或包裝的方式進(jìn)行不同要求的設(shè)備包裝，最重要的是要防止運(yùn)輸過程中的法蘭變形，采用十字鋼槽架將上下法蘭進(jìn)行米字型固定，也要預(yù)防低溫環(huán)境下運(yùn)輸?shù)挠暄┨鞖鈱λ驳牟焕绊懀部稍谒矁?nèi)外安裝相應(yīng)的防低溫、防雪天的天氣裝置。

2.4 法蘭、大節(jié)拼裝和附件焊接

拼裝工作要在專業(yè)的拼裝臺上進(jìn)行，將法蘭坡口面朝上，并對接口處周長進(jìn)行測量，防止出現(xiàn)錯位情況，調(diào)節(jié)法蘭之間的間隙將管壁對齊，錯位誤差控制在1.5 mm內(nèi)，拼裝焊接時保證牢固和緊密性即可。大結(jié)拼裝要使用大型對接機(jī)將環(huán)縫進(jìn)行對齊，并對整體塔筒的直線度和高度進(jìn)行檢查測量，控制環(huán)縫焊接的錯位量以及法蘭位置和表面光滑度等。附件的焊接需要手工焊接，要配備專業(yè)的保溫桶，對焊條進(jìn)行有效保存。

3 低溫條件下風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔筒安裝質(zhì)量控制

3.1 塔筒載荷和質(zhì)量控制

塔筒的載荷需要根據(jù)空氣密度和不同的溫度調(diào)整進(jìn)行實(shí)際測算和數(shù)據(jù)采集，根據(jù)塔筒的設(shè)置、場地和風(fēng)場情況進(jìn)行進(jìn)一步修正，加強(qiáng)塔筒安裝的空氣動力系數(shù)確定。對整個筒體進(jìn)行框架搭建，調(diào)整不均勻結(jié)構(gòu)和形式，用以減少低溫環(huán)境下增加的動態(tài)不平衡性和質(zhì)量偏心狀態(tài)。

在質(zhì)量的控制方面，要讓塔筒根據(jù)整個發(fā)電機(jī)組輸出功率與空氣密度進(jìn)行質(zhì)量控制，確保在低溫環(huán)境下能夠以更大的承載能力，實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的平穩(wěn)運(yùn)行。加強(qiáng)對塔筒質(zhì)量的控制，合理監(jiān)控把握，適當(dāng)調(diào)節(jié)，確保塔筒不會產(chǎn)生超負(fù)荷狀況。

在低溫環(huán)境下要對筒體表面進(jìn)行覆蓋冰雪的清除工作，降低塔筒整體載荷，增強(qiáng)塔筒整體穩(wěn)定性，進(jìn)一步提升整個發(fā)電機(jī)組的發(fā)電效率及穩(wěn)定性，加強(qiáng)功率曲線控制和策略的相應(yīng)改動。避免在低溫情況下出現(xiàn)較大的沖擊載荷問題，確保塔筒在風(fēng)速較高的時候能夠承載機(jī)組的頻繁啟動和緊急制動，降低風(fēng)力和外部低溫條件造成的塔筒影響整體發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)。采用嚴(yán)格和科學(xué)的控制設(shè)計(jì)，可避免此類問題的發(fā)生概率。塔筒在控制安裝時，要根據(jù)法蘭節(jié)設(shè)置高強(qiáng)度螺栓扭矩，一般來說扭矩值為580 N·m。并進(jìn)一步檢查塔架的技術(shù)結(jié)構(gòu)，做好排水孔和電纜孔檢查。

3.2 結(jié)構(gòu)和材料的設(shè)計(jì)

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，要綜合考慮低溫條件下引起的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)整體載荷和結(jié)構(gòu)承載能力的變化，找準(zhǔn)承載結(jié)構(gòu)中塔筒的整體變化和低溫材料特性。通過計(jì)算機(jī)等數(shù)據(jù)軟件的計(jì)算和具體時間，驗(yàn)證塔體筒身的溫度可適應(yīng)范圍和結(jié)構(gòu)的可靠性，確保能夠有準(zhǔn)確的數(shù)值來進(jìn)行溫度作業(yè)模擬。

塔筒在規(guī)定的條件和負(fù)載運(yùn)行時材料和結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要保持設(shè)計(jì)壽命不少于20年，表層的防腐裝涂保護(hù)年限要達(dá)到20年以上，25年內(nèi)的腐蝕深度不應(yīng)超過0.5 mm。加強(qiáng)對半延伸性材料的強(qiáng)度驗(yàn)證，加大這種材料在塔筒本身的應(yīng)用途徑，通過阻斷力學(xué)的方法驗(yàn)證材料強(qiáng)度和可抵擋溫度。要進(jìn)一步證明在溫度結(jié)構(gòu)下，塔筒提高溫度承載能力，不會出現(xiàn)裂紋擴(kuò)展現(xiàn)象。對塔筒的整個金屬結(jié)構(gòu)進(jìn)行承受能力和疲勞載荷測試，確保其組成材料有著足夠的韌性和溫度抵抗能力。

在主要部件的技術(shù)鍛造方面，要加強(qiáng)焊接技術(shù)和無損檢測技術(shù)的應(yīng)用，確保塔筒能夠提高在低溫條件下的環(huán)境沖擊性，彌補(bǔ)材料焊接缺陷[2]。焊接中的接縫是影響疲勞程度的關(guān)鍵，要對整個焊接質(zhì)量和焊接縫形式進(jìn)行綜合考量，防止焊接縫中存在巨大缺陷導(dǎo)致的低溫?cái)嗨榍闆r，要針對焊縫采取必要的防低溫措施和技術(shù)應(yīng)用，進(jìn)一步控制其質(zhì)量的安全和穩(wěn)定性。采取預(yù)熱和焊后加熱處理的方式來改善焊接縫隙和熱影響區(qū)的關(guān)鍵性能，避免未焊接透的情況出現(xiàn)。對于焊接縫隙的深度要加強(qiáng)縱向研究和深入檢驗(yàn)，特別是無損探傷檢驗(yàn)和定期檢查技術(shù)要切實(shí)落實(shí)，為塔筒的安全性能做好工作保障[3]。

非金屬結(jié)構(gòu)的塔筒設(shè)計(jì)需要根據(jù)纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料和纖維本體的熱膨脹基數(shù)進(jìn)行數(shù)值確定，確保非金屬結(jié)構(gòu)部件能夠在設(shè)計(jì)方面和低溫條件相匹配，防止出現(xiàn)內(nèi)應(yīng)力和微裂紋，要加強(qiáng)材料的溫度試驗(yàn)性能，設(shè)計(jì)最低溫度匹配數(shù)值[4]。

3.3 加熱和液壓潤滑

在低溫環(huán)境下要采用適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)措施來控制質(zhì)量，達(dá)到安全運(yùn)行的目的。因此，要根據(jù)發(fā)電機(jī)的適應(yīng)性和塔筒的材料內(nèi)部環(huán)境，設(shè)置加熱裝置，來達(dá)到整個風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行條件。對于需要較高溫度條件的零部件，要采用局部加熱的裝置來提升部分零部件的溫度，滿足整體發(fā)電系統(tǒng)的啟動和運(yùn)行條件，也要計(jì)算整個發(fā)電機(jī)組的熱平衡能力，選取適當(dāng)?shù)募訜峁δ芎图訜崞骶吆侠聿贾?，確保在低溫條件下能夠保證塔筒裝置內(nèi)部實(shí)現(xiàn)較高的均勻溫度。

加熱裝置和潤滑油的正確選擇能夠保證機(jī)組實(shí)現(xiàn)冷態(tài)啟動，使?jié)櫥蜎]有充分預(yù)熱的前提下也能夠提升其黏性和流動性，做好潤滑，防止過載和點(diǎn)蝕問題。二者相結(jié)合能夠使加熱系統(tǒng)和潤滑油在低溫環(huán)境下加強(qiáng)內(nèi)部配置，確保其正常、平穩(wěn)，流動性達(dá)到發(fā)電機(jī)組的正常工作溫度。確保潤滑系統(tǒng)正常運(yùn)行，滿足日常風(fēng)力發(fā)電的潤滑需求，提高整體發(fā)電機(jī)組塔筒在低溫環(huán)境中的承載能力[5]。

3.4 控制、維護(hù)和材料檢驗(yàn)

3.4.1 控制安全系統(tǒng)

控制安全系統(tǒng)能夠在低溫條件下使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行溫度的正常范圍內(nèi)工作，讓塔筒與發(fā)電機(jī)組共同保護(hù)其內(nèi)部的零件功能，加強(qiáng)對于低溫環(huán)境的適應(yīng)性，提高控制系統(tǒng)對環(huán)境的判斷和因素分析，對運(yùn)行機(jī)制起到了很好的保護(hù)作用。控制系統(tǒng)還能夠?qū)Ω鱾€系統(tǒng)內(nèi)部的溫度進(jìn)行集中檢驗(yàn)和判斷，確保溫度能夠滿足各自運(yùn)行體系加強(qiáng)了加熱裝置與溫度測量裝置的安全保障性能，進(jìn)一步降低故障的發(fā)生概率。

3.4.2 溫度維護(hù)機(jī)制

塔筒內(nèi)部的火災(zāi)報警處理裝置能夠很好地進(jìn)行系統(tǒng)監(jiān)控和問題警示，防止在低溫條件下產(chǎn)生的極端惡劣故障。溫度維護(hù)機(jī)制能夠綜合考慮低溫環(huán)境下的焊接與加熱工藝，方便了后期的維護(hù)與運(yùn)行。工作人員能夠根據(jù)維護(hù)運(yùn)行手冊，明確規(guī)定出能啟動和再啟動的機(jī)艙溫度條件和加熱裝置溫度條件，增強(qiáng)低溫環(huán)境下對于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的整體調(diào)試和運(yùn)行檢查以及后續(xù)的程序維護(hù)，保護(hù)維修人員的人身安全，進(jìn)一步規(guī)范低溫環(huán)境下的戶外勞動規(guī)范，確保人員能夠不在溫度過于惡劣的環(huán)境進(jìn)行作業(yè)，并通過警示標(biāo)志和宣傳標(biāo)語劃分出風(fēng)力機(jī)組的運(yùn)行范圍，防止塔筒結(jié)構(gòu)損壞造成的人員傷亡[6]。

3.4.3 材料焊接檢驗(yàn)

對各種安裝工藝進(jìn)行附件的拼裝和焊接，并做好質(zhì)量檢查，確保塔筒法蘭與筒體能夠?qū)崿F(xiàn)環(huán)縫連接，縫隙實(shí)現(xiàn)橫縱深入，達(dá)到連續(xù)組合焊縫的質(zhì)量要求。把各類焊接組件與塔筒本體進(jìn)行梯形焊接，做到焊接的縱向合理和橫向完善。盡量確保焊接接頭處趨于完美，并對焊接接頭進(jìn)行局部探傷，出現(xiàn)缺陷及時彌補(bǔ)。在檢查過后，使焊縫實(shí)現(xiàn)橫縱延伸，增加長度檢查和深度檢查，并整體對焊縫的外觀以及法蘭與筒體角的焊縫進(jìn)行全熔透焊縫處理，確保焊縫能夠符合后續(xù)安裝工序和具體的施工圖紙以及技術(shù)管理要求。石焊縫與母體材料實(shí)現(xiàn)圓滑過渡，焊接完美，無誤差和缺陷。

4 結(jié)束語

要在低溫環(huán)境下完成發(fā)電機(jī)組塔筒的安裝和質(zhì)量監(jiān)控，需要提高工程設(shè)計(jì)和具體施工規(guī)范，預(yù)設(shè)可能出現(xiàn)的低溫環(huán)境安裝困難，并事先提出解決方案，確保困難都有一對一的解決方案，提高風(fēng)險承擔(dān)能力。要對低溫條件下發(fā)電機(jī)塔筒的材質(zhì)進(jìn)行溫度設(shè)置和安裝溫度研究，找到最佳安裝時間，確保在后續(xù)的電能供給方面能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定傳輸和高效率作業(yè)，進(jìn)一步明確施工參數(shù)，提高參數(shù)與發(fā)電機(jī)塔筒的匹配程度。

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