竇建榮+朱軍

摘 要：風電塔筒的橢圓度、直線度控制和合理裝配，一直是整個塔筒建造過程中的難點和重點，相關的工藝優(yōu)化和控制直接影響整個產(chǎn)品的品質(zhì)。結(jié)合藍島海工海上風電塔筒實際加工生產(chǎn)，通過對相關的加工和裝配工藝進行研究，改進風電塔筒的裝配工藝和作業(yè)次序，達到了較好的精度控制效果。

關鍵詞：風電塔筒；卷制；組對；橢圓度；工藝

1 概述

近年來，全球能源和環(huán)境問題日益嚴峻，風電行業(yè)進入快速發(fā)展時期。由于海上風電能源的能量效益遠遠高于陸地風電場，而且不占用土地，受景觀、噪聲以及電磁波等問題的限制較少，所以未來海上風電的發(fā)展必將實現(xiàn)跨越式發(fā)展。風電塔筒做為風機的基礎，其重要性不言而喻。在風電塔筒的建造過程中，塔筒的橢圓度、直線度控制一直是塔筒建造的難點。不同的工藝流程，不同的作業(yè)次序，都會影響建造精度的控制。

2 塔筒的卷制和橢圓度控制

2.1 卷制前的準備工作

（1）按設計圓弧尺寸制作內(nèi)圓弧樣板（必要時，應制作外圓弧樣板），除非有另外要求，大小口端圓弧樣板弦長不得小于600mm。筒節(jié)直徑≥4500mm時，大小口端圓弧樣板弦長不得小于800mm。

（2）檢查鋼板表面質(zhì)量，并清理異物，特別是切割邊緣的割渣是否清理干凈。

（3）核對筒節(jié)號及相關標志，以便于正確選擇圓弧樣板。

（4）鋼板進入卷制前必須打磨縱縫對接坡口及邊緣25mm以

上，以免影響焊接質(zhì)量。

2.2 風電塔筒的卷制工藝

（1）上料時應以中輥配合鋼板輸送床進行端部對齊，以防竄角。

（2）將上輥保持在一定的傾斜度上，先預彎一端頭部約200～30

0mm范圍至要求的圓弧，并用樣板檢查大小口端部，合格后方可進行連續(xù)卷制。必要時，在板料上畫5～7條素線。

（3）卷制過程中應隨時將剝落的氧化皮清理干凈，并注意觀察成型情況，同時用相應的內(nèi)圓弧樣板隨時檢查大小口端部的圓弧，局部凹凸應符合規(guī)范要求，鋼板卷圓后應考慮一定的回彈量；保證同一斷面內(nèi)其最大內(nèi)徑與最小外徑之差不得大于3mm，同一節(jié)錐段最長與最短母線差不得大于1mm，每一段端口處的外圓周長允許偏差為±5mm。

（4）經(jīng)過數(shù)圈的卷制，上輥的逐步加壓，使鋼板成圓合口，合口時需用電焊每500mm點一個50～100mm的點焊點，為控制變形，利用對稱點焊，縱縫保證在2～3mm間隙，錯皮不超過皮厚的十分之一或3.2mm，二者取最小值，圓管兩端錯皮不超過1.5mm。

（5）圓筒的卷制、定位在卷板機上一次性完成，對接錯板≯2mm，板縫兩端用至少100mm長同材質(zhì)同等厚度的鋼板作為引熄弧板固定，中間部分用有過焊孔的同材質(zhì)馬板固定，馬板長度為母材厚度的10倍。

（6）圓筒焊接完成后，圓度必須再次檢測，特別要注意焊接周圍圓筒的外部。檢測方法：一是用鐵皮樣板檢測局部橢圓，并用石筆畫好位置；二是用盒尺測量管材的圓度，以管材周長的四分之一或八分之一管段為基準進行測量，把量好的尺寸寫在鋼管上。三是制作與圓筒同徑的內(nèi)外樣板各一個，樣板寬度200mm左右，長度根據(jù)管徑大小決定。樣板與縱縫坡口邊緣間隙由管徑確定，管徑400mm～700mm，間隙為0～2mm；管徑700mm～1000mm，間隙為1～3mm；管徑1000mm以上，間隙為2～4mm。對于壓制沒有達到要求的應調(diào)整胎模再壓制直到滿足要求為止。

（7）凡卷制大直徑的筒節(jié)時必須使用吊車或卷板機的輔助架配合，以避免由于鋼板的自重使已卷制好的工件變形，但應注意吊車或輔助裝置不能提升過高而導致已成型的圓弧段產(chǎn)生永久變形。

（8）帶預彎頭的筒節(jié)，二次切割時要求尺寸準確，厚度方向的切割面應與鋼板表面垂直。

2.3 二次校圓方法和工藝要求

（1）縱縫焊接完成后，NDT前進行二次校圓，校圓前引弧板應已卸下。引弧板采用氣刨切除禁止用錘敲，并保證不損傷該部位的焊接坡口和缺肉。

（2）二次校圓采用三輥卷板機，校圓后筒節(jié)圓弧應自然過渡并均勻平滑，特別是縱縫處的局部凹凸度（棱角）應符合下列要求（設計規(guī)范有額外要求時按設計規(guī)范）：E值應≤（0.1t+1）mm（見圖2）。

（3）與法蘭連接的筒節(jié)橢圓度要求：按圖3進行四次直徑的測量（φ1至φ4），其四次測量的直徑差最大應≤25mm，如果筒節(jié)直徑≤2800mm時，其四次測量的直徑差最大應≤20mm。由于頂段上法蘭平面度要求高，故頂段上法蘭側(cè)的第二筒節(jié)也應控制圓弧的局部變形和橢圓度。

2.4 筒節(jié)橢圓度的測量

（1）測量橢圓度一般使用激光測距儀。

（2）橢圓度測量應在45度方向測量，首次測量縱縫在45度斜下方測量，然后旋轉(zhuǎn)45度再次測量另兩個尺寸，并將測量值使用石筆填寫在塔節(jié)內(nèi)側(cè)，法蘭橢圓度公差一般為±2mm，當加工圖紙或規(guī)范有特別要求時，以要求作為優(yōu)先級滿足。

3 塔筒的組對工藝要求

3.1 測量將組對的兩塔節(jié)的外周長，計算整體均勻分布后的錯邊量，見圖4：

（1）如果客戶要求組對以外側(cè)對齊為原則，T2：相鄰塔節(jié)下塔節(jié)板厚，T1：上塔節(jié)，外周長（C）差控制在表1中給出：

（2）如果組對以中間對齊為原則，則應考慮板厚差，計算錯邊量時將加上板厚差值，控制在表2中給出。

（3）其它情況下，則以客戶最大允許錯邊值進行計算，如有些風機客戶規(guī)范規(guī)定錯邊不超過相鄰較薄板厚的10%，最大允許錯邊值為3mm。

3.2 起始點選擇與定位

（1）相鄰兩節(jié)塔節(jié)的縱縫需錯開180°。

（2）鋼板邊緣R2切割缺口最先對齊，坡口間距最大不超過

3mm，觀察各角度白色粉線基本對齊（見圖5）。

3.3 裝配錯邊調(diào)節(jié)控制

（1）按照計算的錯邊量開始塔節(jié)‐塔節(jié)裝配，開始約1/3周長應該略微放大0.2～0.5mm錯邊量（在不超錯邊要求時）。

（2）大于20mm厚的板組對時若遇到塔節(jié)500mm范圍內(nèi)的圓

度不圓（樣板檢查存在4mm間隙）時如局部的直邊或卷圓過度現(xiàn)象時，可以使用內(nèi)外側(cè)同時錯邊來避免錯邊量超差。

（3）裝配過程對起始位置、丁字縫、距離丁字縫起每隔30度劃一橫線，焊縫一側(cè)長度距離坡口邊緣至少200mm，使用石筆在橫線的末端記錄測量后的錯邊值，并按順序標號①、②、③，錯邊值記錄不少于12點。

（4）所有錯邊值必須帶上正負號。

3.4 裝配對齊調(diào)節(jié)方法

（1）間隙或錯邊調(diào)節(jié)通過組對機調(diào)節(jié)塔節(jié)的上下來實現(xiàn)，詳見每個項目組對機工藝。

（2）當局部的錯邊無法通過上述組對機調(diào)節(jié)時，則使用組對工裝調(diào)整，工裝的點焊位置僅靠坡口邊緣，弧焊時能夠覆蓋點焊位置。

3.5 塔節(jié)間裝配要求

（1）塔節(jié)間裝配順序及裝配方法，裝配時通過調(diào)節(jié)組對機4個滾輪相對位置來調(diào)節(jié)間隙和錯邊量，具體需要參照每個項目的組對機工藝。

（2）最后的塔節(jié)裝上之前，需用30m卷尺測量已裝配部分的四個方向（0點、3點、6點、9點）的總長，并將測量值寫在塔節(jié)內(nèi)的四個方向處，根據(jù)此總長差值來調(diào)節(jié)最后的裝配接縫間隙，總裝塔段四個方向總長差值一般小于3mm，當與圖紙沖突時則以圖紙要求執(zhí)行。

4 結(jié)束語

通過不斷研究和優(yōu)化相關的加工工藝和檢測手段，并積極采用動態(tài)的質(zhì)量控制措施，將加工過程中各類影響因素對質(zhì)量的影響降至最低，有效確保風電塔筒的建造質(zhì)量，達到全過程、全方位、全員參與的質(zhì)量管理目標。

參考文獻

[1]朱少輝.風電機組塔筒設計和優(yōu)化[J].機械工程與自動化，2016（6）：115-117.

[2]薛端陽.風力發(fā)電機塔筒制造的過程控制方案[J].沈陽大學學報（自然科學版），2013，25

（6）：481-484.