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      風(fēng)機(jī)錐形塔筒重心計(jì)算及吊裝受力分析

      2020-04-22 15:25:37蔣忠平周建皓
      裝備維修技術(shù) 2020年21期
      關(guān)鍵詞:受力分析

      蔣忠平 周建皓

      摘 要:通過(guò)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組吊裝作業(yè)時(shí)錐形塔筒的CAD建模計(jì)算及受力分析,實(shí)現(xiàn)對(duì)錐形塔筒吊裝的提前策劃及監(jiān)督,保持塔筒吊裝時(shí)的穩(wěn)定性,減少安全事故,縮短工期,提高吊裝效率。

      關(guān)鍵詞:風(fēng)力發(fā)電機(jī)錐形塔筒;重心計(jì)算;受力分析

      引言

      公司風(fēng)電項(xiàng)目大量開(kāi)展,目前大部分吊裝均采用傳統(tǒng)試吊法,雖然施工熟練度和效率在提高,但后續(xù)提升空間小,安全風(fēng)險(xiǎn)高,急需進(jìn)行技術(shù)革新。通過(guò)電腦CAD建模法代替?zhèn)鹘y(tǒng)方法確定塔筒中心再進(jìn)行受力分析,實(shí)現(xiàn)對(duì)錐形塔筒吊裝的提前策劃及監(jiān)督,保持塔筒吊裝時(shí)的穩(wěn)定性,減少安全事故,節(jié)約成本。

      1? 塔筒介紹

      1.1? 塔筒設(shè)備參數(shù)

      本文采用迅風(fēng)定遠(yuǎn)東部風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目2.3MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組錐筒型塔筒為硏究對(duì)象;定遠(yuǎn)項(xiàng)目塔筒僅一種型號(hào),共五段,總重302.1t,最重部件為底段塔筒,重量為79.8t;塔筒編號(hào)從下至上分別為第一段塔筒(上段塔筒)、第二段塔筒(中上段塔筒)、第三段塔筒(中段)、第四段塔筒(中下段塔筒)、第五段塔筒(底段塔筒);

      根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的場(chǎng)地條件及施工工期的要求,本項(xiàng)目選擇風(fēng)機(jī)設(shè)備的吊裝機(jī)具為:一臺(tái)徐工XGC650履帶起重機(jī)作為主力吊車(chē)與一臺(tái)80t履帶吊(或100t汽車(chē)吊)作為輔吊合抬完成塔筒的吊裝;其它的100t汽車(chē)吊、80t履帶吊作為輔助吊車(chē),配合設(shè)備卸貨。項(xiàng)目采用1個(gè)工作面為主,進(jìn)行流水作業(yè)以便提高安裝效率,保障工期。

      1.2? 塔筒建模

      風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔筒除塔筒本身外,還有一些其他的附屬設(shè)備,如平臺(tái)、爬梯、門(mén)洞等。分析計(jì)算時(shí),塔筒幾何模型簡(jiǎn)化的原則是在保證計(jì)算精度的前提下,對(duì)一些與所研究塔筒強(qiáng)度、自振特性、穩(wěn)定性沒(méi)有重要作用或者承受載荷情況并不關(guān)鍵的部位作簡(jiǎn)化,這樣既減輕了建模的工作量,又不會(huì)影響分析結(jié)果的精確性。建立模型時(shí)以2.3MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔筒為例,作如下簡(jiǎn)化(簡(jiǎn)化后的結(jié)構(gòu)如圖1所示)。

      2? 傳統(tǒng)試吊法

      現(xiàn)場(chǎng)吊裝專(zhuān)業(yè)施工隊(duì)采用低位試吊方法:使用徐工XGC650履帶起重機(jī),在塔筒中心處起吊塔筒約100mm,當(dāng)塔筒離開(kāi)地面時(shí)傾斜了,說(shuō)明吊鉤和重心的連線沒(méi)有在通過(guò)重心的垂線上,如果傾斜度大于5度,將塔筒放低并重新配置。通過(guò)多次試吊逐步找到塔筒的重心。

      以塔筒中心為0刻度坐標(biāo),偏向法蘭截面小的一端為正向。施工對(duì)每段塔筒試吊5次,試吊結(jié)果如表2所示。

      3? CAD建模法

      3.1 底段塔筒建模,通過(guò)CAD輸入表1底段塔筒尺寸相關(guān)數(shù)據(jù),可查詢得到如下相關(guān)信息,見(jiàn)圖2:重心離塔筒中心約-214mm。

      3.2 中下段塔筒建模,通過(guò)CAD輸入表1中下段塔筒尺寸相關(guān)數(shù)據(jù),可查詢得到如下相關(guān)信息,見(jiàn)圖3:重心離塔筒中心約-7mm。

      3.3 中段塔筒建模,通過(guò)CAD輸入表1中段塔筒尺寸相關(guān)數(shù)據(jù),可查詢得到如下相關(guān)信息,見(jiàn)圖4:重心離塔筒中心約-6.9mm。

      3.4 中上段塔筒建模,通過(guò)CAD輸入表1中上段塔筒尺寸相關(guān)數(shù)據(jù),可查詢得到如下相關(guān)信息,見(jiàn)圖5:重心離塔筒中心約-390.4mm。

      3.5 上段塔筒建模,通過(guò)CAD輸入表1上段塔筒尺寸相關(guān)數(shù)據(jù),可查詢得到如下相關(guān)信息,見(jiàn)圖6:重心離塔筒中心約8mm。

      4? 傳統(tǒng)試吊法與CAD建模法比較

      (1)重心偏差:2種方法的偏差極小,可認(rèn)為CAD建模法在使用上無(wú)問(wèn)題。

      (2)時(shí)間上:5段塔筒試吊約8小時(shí),建模法約半個(gè)小時(shí),時(shí)間上節(jié)約了7.5個(gè)小時(shí),提高了效率。

      (3)安全上:傳統(tǒng)試吊法需多次吊裝,增加了風(fēng)險(xiǎn),而新方法在計(jì)算機(jī)上計(jì)算得出,提高了安全性。

      (4)成本上:節(jié)約了1個(gè)臺(tái)班。

      5? 受力分析

      吊裝塔筒時(shí),使用徐工100t汽車(chē)吊(輔吊)與徐工XGC650履帶吊(主吊)抬吊立起塔筒組件。徐工XGC650履帶吊抬吊塔筒上法蘭,主臂長(zhǎng)144米,副臂12米,工作半徑20m時(shí)起重機(jī)的額定起重量P1為110t,徐工100t汽車(chē)吊抬吊塔筒下法蘭,依據(jù)徐工100t汽車(chē)吊工況表:臂桿長(zhǎng)度L=18m;工作半徑R=5m;額定起重量P2=63t。

      以底段塔筒為例,起吊時(shí)如圖7所示,根據(jù)塔筒受力平衡以及力矩平衡可得到以下兩個(gè)關(guān)系式:

      F1+F2=G

      F1*L1=F2*L2

      F1:主吊承載力;F2:輔吊承載力;L1:主吊吊耳到重心的距離;L2:輔吊吊耳到重心的距離;G:塔筒重量。

      通過(guò)計(jì)算,可得出F1為39.045噸,F(xiàn)2為40.755噸。

      徐工100噸汽車(chē)吊裝時(shí)的起吊重量為:

      G輔=F2+G2+G3+G4+G5=40.755+0.7+1.5+0.4+0.6=43.955t

      式中:F2為起吊塔筒時(shí)吊裝重量40.755噸;G2為吊鉤重量,徐工100t汽車(chē)吊吊鉤重量根據(jù)說(shuō)明書(shū)吊鉤重量0.5t;G3為吊具重量,根據(jù)設(shè)備廠家提供的大部件及吊具信息,塔筒吊具重量為1.5t;G4為鋼絲繩重量,考慮鋼絲繩下降到最低時(shí)的重量(按主臂長(zhǎng)度計(jì)算= 18m),徐工100t汽車(chē)吊,鋼絲繩為Φ26mm,查詢6*37*Φ26mm鋼絲繩,2.83kg/m,鋼絲繩采用6倍率,則鋼絲繩重量約為0.4t;G5為底段塔筒連接螺母重量,M48-8.8螺母176顆,墊片352顆,重量約為600kg。

      負(fù)荷率η輔=G輔/Q×100%=43.955/63×100%≈69.76%≤75%,符合吊裝規(guī)范要求。

      徐工XGC650履帶吊裝時(shí)的起吊重量為:

      G主=F1+G2+G3+G4+G5=39.045+5.5+1.5+4.7+0.9=51.645t

      式中:F1為起吊塔筒時(shí)吊裝重量39.045t;G2為吊鉤重量,徐工XGC650履帶吊吊鉤重量根據(jù)徐工XGC650履帶吊說(shuō)明書(shū)200t吊鉤重量5.5t;G3為吊具重量,根據(jù)廠家提供的定遠(yuǎn)項(xiàng)目大部件及吊具信息,塔筒吊具重量為1.5t;G4為鋼絲繩重量,考慮鋼絲繩下降到最低時(shí)的重量,根據(jù)徐工XGC650履帶吊說(shuō)明書(shū),鋼絲繩為Φ28mm,根據(jù)吊車(chē)生產(chǎn)廠家提供資料Φ28mm鋼絲繩,重量3.85kg/m,鋼絲繩采用8倍率,計(jì)算鋼絲繩下降至152m時(shí),則鋼絲繩重量為8×152×3.85=4682 kg,即為4.7t;G5為塔筒螺栓重量,M42-10.9螺栓176顆,螺母176顆,墊片352顆,重量為900kg。

      負(fù)荷率η主=G/Q×100%=51.645/110×100%=46.95%≤75%,符合吊裝規(guī)范要求。

      雙機(jī)抬吊時(shí),設(shè)備從地面的水平位置逐漸到垂直受力位置,當(dāng)塔筒扳起直立的時(shí)候輔吊所受的承載力接近于零,而主吊車(chē)所受的承載力達(dá)到最大。

      徐工XGC650履帶吊承受整個(gè)塔筒重量時(shí),吊裝時(shí)的起吊重量為:

      G總=G+G2+G3+G4+G5=79.8+5.5+1.5+4.7+0.9=92.4t

      式中:G為塔筒重量79.8t;G2為吊鉤重量,徐工XGC650履帶吊吊鉤重量根據(jù)徐工XGC650履帶吊說(shuō)明書(shū)200t吊鉤重量5.5t;G3為吊具重量,根據(jù)廠家提供的定遠(yuǎn)項(xiàng)目大部件及吊具信息,塔筒吊具重量為1.5t;G4為鋼絲繩重量,考慮鋼絲繩下降到最低時(shí)的重量,根據(jù)徐工XGC650履帶吊說(shuō)明書(shū),鋼絲繩為Φ28mm,根據(jù)吊車(chē)生產(chǎn)廠家提供資料Φ28mm鋼絲繩,重量3.85kg/m,鋼絲繩采用8倍率,則鋼絲繩重量為8×152×3.85=4682 kg,即為4.7t;G5為塔筒螺栓重量,M42-10.9螺栓176顆,螺母176顆,墊片352顆,重量為900kg。

      負(fù)荷率η=G/Q×100%=92.4/110×100%≈84%≤90%,符合吊裝規(guī)范要求。

      風(fēng)機(jī)底段塔筒為五段塔筒中為最重的一段,因此只對(duì)底段塔筒進(jìn)行校核吊車(chē)負(fù)荷率。第二至五段塔筒吊裝計(jì)算步驟與底段塔筒計(jì)算步驟相同,就不再贅述。

      6? 結(jié)論

      CAD建模法與傳統(tǒng)試吊法相比不僅提高了效率及經(jīng)濟(jì)效益,同時(shí)避免傳統(tǒng)試吊法的危險(xiǎn)性,降低了施工難度,預(yù)防了安全事故。同時(shí)建模法施工簡(jiǎn)單,可以在所有塔類(lèi)設(shè)備吊裝中推廣使用。

      參考文獻(xiàn):

      [1]李斌,姜福杰.風(fēng)力發(fā)電機(jī)錐筒型塔架的模態(tài)分析[J].蒙古科技大大學(xué)學(xué)報(bào),2009,028(004):364-368.

      [2]呂小光.風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)吊裝施工技術(shù)的分析與探討[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào),2017,14(33):25.

      [3]雷云波.風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)吊裝施工技術(shù)的研究與探討[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品,2015(01):90.

      [4]趙衛(wèi)權(quán).大型設(shè)備吊裝幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的受力分析[D].2004年全國(guó)工欄建設(shè)行業(yè)大型設(shè)備吊市場(chǎng)研討暨技術(shù)交流會(huì)論文集,2004.

      作者簡(jiǎn)介:

      蔣忠平(1992—),男,湖南省衡南縣,助理工程師,主要從事火電、風(fēng)電工程施工工作。

      周建皓(1989—),男,貴州省貴陽(yáng)市,助理工程師,主要從事火電、風(fēng)電工程經(jīng)營(yíng)工作。

      (中國(guó)電建集團(tuán)貴州工程有限公司,貴州 貴陽(yáng) 550002)

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