風機葉片高空組合安裝技術

李力強

(中國能源建設集團山西電力建設第三有限公司，山西 太原 030031)

0 引言

傳統(tǒng)風輪地面組合方式占地面積大、征地困難、吊裝平臺及周邊環(huán)境要求高等因素，嚴重制約了大型風機的吊裝。風機風輪單葉片空中組合安裝技術打破復雜地形限制，有效利用原本無法進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)，減少對山體樹木植被的破壞。本文依托廣東清遠某風電場，研究了單葉片吊裝高空組合安裝技術。

1 風機葉片高空組裝工藝

廣東清遠某風電場項目采用國產(chǎn)某品牌風電機組：5臺單機容量為3 MW的風機，11臺單機容量為3.2 MW的風機，共16臺。其中，3 MW風機的輪轂高度為90 m，葉輪直徑為135 m；3.2 MW風機的輪轂高度為90 m，葉輪直徑為145 m。

該風電場地處山區(qū)，地形復雜，機位點選在山脊上，風機的吊裝作業(yè)平臺小，而傳統(tǒng)的風輪地面組合整體翻轉(zhuǎn)吊裝方式占地面積大、對吊裝平臺及周邊環(huán)境要求高。經(jīng)過對多個方案的分析和比較，最終采用風機葉片高空組合安裝技術。

風機單葉片高空組裝技術，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。借助風機自身的盤車系統(tǒng)，可以將輪轂的位置旋轉(zhuǎn)到下一個輪轂與葉片對口的位置上，便于吊裝作業(yè)進行，在整個葉片吊裝作業(yè)過程中起重機在吊裝塔筒和輪轂的位置上基本不動。風機葉片高空組合技術采用葉片專用工具，能夠高空脫落鉤，從而減少了對口完成摘鉤作業(yè)過程中的安全風險；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)，可適應不同的葉片規(guī)格及相同類型葉片吊點位置不同的葉片；強度大，不易變形；有利于葉片防滑及防護。為了減少葉片與輪轂高空對口完成的摘鉤作業(yè)過程中的安全風險，單葉片專用吊具在制作時，要實現(xiàn)高空自動脫落鉤，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)整的俯仰機構(gòu)，可調(diào)節(jié)葉片繞葉片水平軸轉(zhuǎn)動的旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，可實現(xiàn)風機葉片在水平狀態(tài)、垂直狀態(tài)和120°狀態(tài)的三種情況下進行安裝就位、固定葉片的抱合及葉片夾持機構(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，變換抱合機構(gòu)的上下俯仰姿態(tài)，方便專用吊具夾持抱合風機葉片。專用吊具抱合及葉片夾持機構(gòu)的功能是直接抱合固定住葉片。通過抱合機構(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，有效保護葉片的葉面部分。配置固定或可移動的配重，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：準備就緒——打開抱合及葉片夾持機構(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

按照設計及廠家安裝說明書分別進行塔筒吊裝、機艙吊裝、輪轂吊裝等工序安裝完成并驗收合格后進行葉輪組合(葉片)的安裝。

3.1 組合安裝工藝流程

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

葉片專用吊具的旋轉(zhuǎn)機構(gòu)動作，通過液壓馬達驅(qū)動回轉(zhuǎn)支承從而帶動前端部件實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)；俯仰機構(gòu)動作，通過改變整體重心與吊點的相對位置實現(xiàn)。專用吊具旋轉(zhuǎn)機構(gòu)動作和俯仰機構(gòu)動作見圖3。

圖3 旋轉(zhuǎn)機構(gòu)動作和俯仰機構(gòu)動作

葉片運輸至現(xiàn)場后，依次進行：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，應使用經(jīng)檢驗合格的吊具，葉片起吊前，葉片專用吊具應檢查并經(jīng)試驗合格；對專用吊具上所有焊縫進行無損探傷檢測，要求焊縫無缺陷；對專用吊具要進行1.25倍的靜載試驗。要求試驗重物離開地面約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

吊裝前確認葉片外殼平表面朝向地面及葉片前緣朝向機艙的前端。以最大起重量為650 t的履帶式起重機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構(gòu)，在確認專用吊具吊點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構(gòu)夾持葉片。然后起重機起吊葉片，當起重機負載適當力后，開始拆除葉片與葉片運輸車輛之間的連接螺栓，當確認葉片與運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位置通過葉片防護套(要求與葉片匹配)拴好攬風繩，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繩，控制葉片在吊裝起升作業(yè)過程中的隨風漂移，從而保證葉片不碰到主吊臂桿、塔筒等設備。當葉片起升到與輪轂上葉片的對口安裝水平位置時，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，使變槳軸承內(nèi)圈上的0點標識點位于與葉片上的0點標識基準固定點對正對齊的位置上，當葉片與輪轂基本對正后(標記位置對正)，再通過風機上的變漿電機將變漿軸承0點標識點位置進行微調(diào)，將變槳軸承0點標識點位置調(diào)整到與葉片0點標識點位置相對應的精確位置上。

當確認風機輪轂內(nèi)變漿軸承0點標識點位置與葉片后緣0點標識位置標記點對正對齊后，進行葉片與輪轂的組對作業(yè)。在葉片上，以前緣0點為起始點逆時針第5顆螺栓孔、第21顆螺栓孔、順時針第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通過輪轂腹板工藝孔安裝和拆除)，將葉片0點標識點與變槳軸承0點標識點對好后，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。

葉片和變槳軸承對接完成之后拆掉至少2顆螺栓(相差90°)查看是否有錯位。如果有錯位，調(diào)整對中保證錯位量不大于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應的鎖定塊，使用液壓扳手，按風機安裝說明書要求的螺栓擰緊力矩及要求上緊螺栓。當所有螺栓按要求緊固完畢，固定葉片后，取掉導向螺栓，并使用鎖定塊的長螺栓代替。

3.3 葉片空中組對操作要點

以葉片0點標識點為基準，通過變漿電機將變漿軸承0點標識點位置調(diào)整到合適位置，將變漿軸承0點標識點與葉片0點標識點標記點對齊。通過液壓變槳泵進行微調(diào)，使雙頭螺栓順利進入螺栓孔。當?shù)谝黄~片安裝就位，確保剎車卡鉗處剎車手動泵讀數(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，當葉片處于86°～90°時鎖定螺栓必須鎖入與輪轂上的鎖定槽，防止裝配時轉(zhuǎn)動。否則就應對鎖定位置進行檢查并重新設置，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，準備轉(zhuǎn)動輪轂至第二片葉片的安裝位置，準備開始安裝第二片葉片，此時釋放剎車鉗中的手動液壓泵壓力，轉(zhuǎn)動傳動裝置，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)驗收合格后，進行第三片葉片安裝準備工作、安裝工作。三個葉片必須在一天內(nèi)組裝完成，整個作業(yè)過程中采取必要的防風措施以確保風機葉片、風機輪轂設備不被損壞。

4 技術特點

風機葉片空中組合安裝技術與傳統(tǒng)地面葉輪組合安裝方式相比，節(jié)省臨時征地面積，取得了較大的直接經(jīng)濟效益；由于減少了對水土、植被的破壞，符合綠色環(huán)保施工要求。該安裝技術的主要特點體現(xiàn)在4個方面：

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

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

3)專用吊具適用于風機葉片的高空吊裝、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，專用吊具自動脫落摘鉤，不僅減少了高空組對作業(yè)過程的風險，而且吊具可以重復用于現(xiàn)場，節(jié)省了專用吊具制作費用。

4)葉片空中組合安裝技術減少了葉輪地面組合整體吊裝翻轉(zhuǎn)時對葉片造成的內(nèi)部損害，保證了風機投運以后的安全、穩(wěn)定運行。

5 結(jié)語

本文依托廣東清遠某風電場工程，研究了單葉片吊裝高空組合安裝技術，該安裝技術安全性好，可操作性強，對葉片成品保護好，吊裝作業(yè)平臺占地面積小，降低了土地使用的協(xié)調(diào)難度，社會、經(jīng)濟效益顯著。