蔣忠平 周建皓

摘 要：通過對風力發(fā)電機組吊裝作業(yè)時錐形塔筒的CAD建模計算及受力分析，實現(xiàn)對錐形塔筒吊裝的提前策劃及監(jiān)督，保持塔筒吊裝時的穩(wěn)定性，減少安全事故，縮短工期，提高吊裝效率。

關鍵詞：風力發(fā)電機錐形塔筒;重心計算;受力分析

引言

公司風電項目大量開展，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，安全風險高，急需進行技術革新。通過電腦CAD建模法代替?zhèn)鹘y(tǒng)方法確定塔筒中心再進行受力分析，實現(xiàn)對錐形塔筒吊裝的提前策劃及監(jiān)督，保持塔筒吊裝時的穩(wěn)定性，減少安全事故，節(jié)約成本。

1? 塔筒介紹

1.1? 塔筒設備參數(shù)

本文采用迅風定遠東部風電場項目2.3MW風力發(fā)電機組錐筒型塔筒為硏究對象;定遠項目塔筒僅一種型號，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)場的場地條件及施工工期的要求，本項目選擇風機設備的吊裝機具為：一臺徐工XGC650履帶起重機作為主力吊車與一臺80t履帶吊（或100t汽車吊）作為輔吊合抬完成塔筒的吊裝;其它的100t汽車吊、80t履帶吊作為輔助吊車，配合設備卸貨。項目采用1個工作面為主，進行流水作業(yè)以便提高安裝效率，保障工期。

1.2? 塔筒建模

風力發(fā)電機組塔筒除塔筒本身外，還有一些其他的附屬設備，如平臺、爬梯、門洞等。分析計算時，塔筒幾何模型簡化的原則是在保證計算精度的前提下，對一些與所研究塔筒強度、自振特性、穩(wěn)定性沒有重要作用或者承受載荷情況并不關鍵的部位作簡化，這樣既減輕了建模的工作量，又不會影響分析結果的精確性。建立模型時以2.3MW風力發(fā)電機組塔筒為例，作如下簡化（簡化后的結構如圖1所示）。

2? 傳統(tǒng)試吊法

現(xiàn)場吊裝專業(yè)施工隊采用低位試吊方法：使用徐工XGC650履帶起重機，在塔筒中心處起吊塔筒約100mm，當塔筒離開地面時傾斜了，說明吊鉤和重心的連線沒有在通過重心的垂線上，如果傾斜度大于5度，將塔筒放低并重新配置。通過多次試吊逐步找到塔筒的重心。

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

3? CAD建模法

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

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

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

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

3.5 上段塔筒建模，通過CAD輸入表1上段塔筒尺寸相關數(shù)據(jù)，可查詢得到如下相關信息，見圖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，可認為CAD建模法在使用上無問題。

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

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

（4）成本上：節(jié)約了1個臺班。

5? 受力分析

吊裝塔筒時，使用徐工100t汽車吊（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144米，副臂12米，工作半徑20m時起重機的額定起重量P1為110t，徐工100t汽車吊抬吊塔筒下法蘭，依據(jù)徐工100t汽車吊工況表：臂桿長度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關系式：

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。

通過計算，可得出F1為39.045噸，F(xiàn)2為40.755噸。

徐工100噸汽車吊裝時的起吊重量為：

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

式中：F2為起吊塔筒時吊裝重量40.755噸;G2為吊鉤重量，徐工100t汽車吊吊鉤重量根據(jù)說明書吊鉤重量0.5t;G3為吊具重量，根據(jù)設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的重量（按主臂長度計算= 18m），徐工100t汽車吊，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履帶吊說明書200t吊鉤重量5.5t;G3為吊具重量，根據(jù)廠家提供的定遠項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的重量，根據(jù)徐工XGC650履帶吊說明書，鋼絲繩為Φ28mm，根據(jù)吊車生產廠家提供資料Φ28mm鋼絲繩，重量3.85kg/m，鋼絲繩采用8倍率，計算鋼絲繩下降至152m時，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。

雙機抬吊時，設備從地面的水平位置逐漸到垂直受力位置，當塔筒扳起直立的時候輔吊所受的承載力接近于零，而主吊車所受的承載力達到最大。

徐工XGC650履帶吊承受整個塔筒重量時，吊裝時的起吊重量為：

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履帶吊說明書200t吊鉤重量5.5t;G3為吊具重量，根據(jù)廠家提供的定遠項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的重量，根據(jù)徐工XGC650履帶吊說明書，鋼絲繩為Φ28mm，根據(jù)吊車生產廠家提供資料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。

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

風機底段塔筒為五段塔筒中為最重的一段，因此只對底段塔筒進行校核吊車負荷率。第二至五段塔筒吊裝計算步驟與底段塔筒計算步驟相同，就不再贅述。

6? 結論

CAD建模法與傳統(tǒng)試吊法相比不僅提高了效率及經濟效益，同時避免傳統(tǒng)試吊法的危險性，降低了施工難度，預防了安全事故。同時建模法施工簡單，可以在所有塔類設備吊裝中推廣使用。

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作者簡介：

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

周建皓（1989—），男，貴州省貴陽市，助理工程師，主要從事火電、風電工程經營工作。

（中國電建集團貴州工程有限公司，貴州 貴陽 550002）