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(1.廣東水電二局股份有限公司，廣東 廣州 511340;2.東南粵水電投資有限公司，海南 ?？?570208)

1 概述

山東濱州粵水電二期風(fēng)電項(xiàng)目屬于沿海海陸交接帶風(fēng)電場(chǎng)，離海岸線最近距離約3 km，風(fēng)機(jī)單機(jī)容量為3.0 MW，塔筒高度為130 m，場(chǎng)區(qū)布置在平原咸水庫(kù)兩側(cè)的鹽池、蝦池中。機(jī)位處基本為水域，風(fēng)機(jī)作業(yè)平臺(tái)地基為沖積平原軟基，成型困難、水浪沖刷邊坡嚴(yán)重。受風(fēng)電場(chǎng)區(qū)10 km范圍內(nèi)無(wú)取土場(chǎng)、40 km范圍內(nèi)無(wú)石渣場(chǎng)及征地面積控制影響，施工期的道路和吊裝平臺(tái)需要收攏縮小成運(yùn)營(yíng)期的道路和維護(hù)平臺(tái)。

130 m超高3.0 MW風(fēng)機(jī)吊裝設(shè)備的合理選擇，風(fēng)機(jī)設(shè)備卸貨堆放布置、吊裝平臺(tái)的合理設(shè)計(jì)，減少吊裝平臺(tái)的土石方回填工程量，合理采用土石斷面結(jié)構(gòu)對(duì)于降低吊裝成本具有非常重要的意義。

2 風(fēng)機(jī)吊裝主要設(shè)備選定

2.1 風(fēng)機(jī)設(shè)備參數(shù)

130 m超高3.0 MW風(fēng)機(jī)主要部件的重量和尺寸參數(shù)[6]見(jiàn)表1。

表1 130 m超高3.0MW風(fēng)機(jī)主要部件的重量和尺寸參數(shù)明細(xì)

根據(jù)表1中的數(shù)據(jù)可以得出，130 m超高3.0 MW風(fēng)機(jī)吊裝部件最大重量為葉輪104.6 t，吊裝部件最大安裝高度為葉輪130.4 m。

2.2 吊裝設(shè)備選型

根據(jù)風(fēng)機(jī)吊裝部件最大重量104.6 t及最大安裝高度130.4 m的要求，擬定采用1臺(tái)XGC650 t(增強(qiáng)型)履帶式起重機(jī)作為主吊。

XGC650 超起風(fēng)電(增強(qiáng)型)履帶式起重機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)如下[5]：履帶總長(zhǎng)度為12.4 m；履帶寬度為1.5 m；主吊臂下絞點(diǎn)與主機(jī)回轉(zhuǎn)中心的水平距離為1.8 m；主吊臂下絞點(diǎn)到地面距離為3.8 m；主吊轉(zhuǎn)臺(tái)平衡重180 t；車(chē)身壓重45 t；超起桅桿長(zhǎng)36 m；超起平衡重0～300 t；超起平衡重半徑14～20 m。超起風(fēng)電(增強(qiáng)型)主臂由底節(jié)臂、增強(qiáng)型變徑節(jié)、增強(qiáng)型主臂中間節(jié)、增強(qiáng)型變徑節(jié)及主臂中間節(jié)，加10.5 m輕型過(guò)渡節(jié)和7.5 m塔臂臂頭構(gòu)成，裝配時(shí)過(guò)渡節(jié)和塔臂臂頭始終緊靠在一起，主臂長(zhǎng)度114～147 m，每3 m為一個(gè)增減長(zhǎng)度米；主臂最大仰角θ=85°；副臂長(zhǎng)度12 m；支架長(zhǎng)度6 m；副臂支架均為整體式結(jié)構(gòu)，沒(méi)有中間節(jié)，主副臂夾角15°。XGC650 超起風(fēng)電(增強(qiáng)型)履帶式起重機(jī)外形如圖1所示。

圖1 XGC650超起風(fēng)電(增強(qiáng)型)履帶式起重機(jī)外形示意

2.3 確認(rèn)回轉(zhuǎn)半徑及主吊性能

2.3.1吊裝實(shí)際最大重量

已知風(fēng)機(jī)吊裝部件最大重量為葉輪104.6 t，吊裝葉輪時(shí)的吊鉤重量為9.0 t，吊具(吊座、吊帶、卸扣)重量為1.8 t，考慮吊裝過(guò)程中的風(fēng)荷載等其他荷載2 t，則吊裝實(shí)際最大重量[3]：

G=葉輪重量+吊鉤重量+吊具重量+其他荷載=104.6+9.0+1.8+2=117.4 t

(1)

2.3.2吊裝實(shí)際最大高度

已知風(fēng)機(jī)吊裝部件最大安裝高度為葉輪130.4m，為使葉輪順利就位，主吊吊鉤需要起升的高度[3]：

H=停機(jī)面至Ⅰ段塔筒下法蘭底面高度+安裝高度(6段塔筒長(zhǎng)度+機(jī)艙高度)+吊具高度(吊座、吊帶)+吊裝余度=1+130.4+4.8+0.5=136.7 m

(2)

已知主吊臂下絞點(diǎn)到地面距離3.8 m，則主吊臂下絞點(diǎn)到主吊吊鉤的高度h≥136.7-3.8=132.9 m。

2.3.3回轉(zhuǎn)半徑確認(rèn)

根據(jù)吊裝實(shí)際最大重量和最大高度，主臂長(zhǎng)度114～147 m，副臂長(zhǎng)度12 m，主副臂夾角15°，超起桅桿36 m，主吊轉(zhuǎn)臺(tái)平衡重180 t，車(chē)身壓重45 t，超起平衡重半徑選擇19 m。XGC650 超起風(fēng)電(增強(qiáng)型)性能[5]見(jiàn)表2所示。

表2 XGC650 超起風(fēng)電(增強(qiáng)型)性能

注：1.表中額定荷載是在水平堅(jiān)硬地面、重物被緩慢平穩(wěn)吊起，非行走吊重工作時(shí)的值。2.表中數(shù)值帶“*”的表示超起平衡重不能離地。

依據(jù)XGC650 超起風(fēng)電(增強(qiáng)型)性能表，起重機(jī)回轉(zhuǎn)半徑選擇24 m，超起平衡重選擇90 t，可得到主吊的起重額定載荷量為144 t。在此工況下復(fù)核主吊臂長(zhǎng)L、仰角α及起重機(jī)負(fù)荷率。

2.3.4主吊臂長(zhǎng)及吊裝高度確認(rèn)

已知起重機(jī)回轉(zhuǎn)半徑24 m，主吊臂下絞點(diǎn)與主機(jī)回轉(zhuǎn)中心的水平距離1.8 m，則主吊臂下絞點(diǎn)至吊鉤中心的水平距離=24-1.8=22.2 m。當(dāng)主吊臂下絞點(diǎn)到主吊吊鉤的高度h取最小值132.9 m時(shí)，求得主吊臂桿最小長(zhǎng)度：

(3)

已知副臂長(zhǎng)度12 m，主副臂夾角15°，則主臂最小長(zhǎng)度：

(4)

已知主臂長(zhǎng)度114～147 m，每3 m為一個(gè)增減長(zhǎng)度米，故選擇主吊臂長(zhǎng)L=126 m。按主吊臂長(zhǎng)為126 m通過(guò)上述計(jì)算方法進(jìn)行反向驗(yàn)算，得到主吊臂下絞點(diǎn)到主吊吊鉤的最大高度：

135.82 m

(5)

已知主吊臂下絞點(diǎn)到地面距離3.8 m，則當(dāng)主吊臂長(zhǎng)126 m時(shí)，主吊的最大吊裝高度：H′=135.82+3.8=139.62 m>主吊吊鉤需要起升的高度136.7 m，吊裝高度滿足要求。

2.3.5吊機(jī)仰角及起重機(jī)負(fù)荷率確認(rèn)

已知主臂最大仰角θ=85°，當(dāng)主吊主吊臂長(zhǎng)126 m時(shí)，吊機(jī)的仰角：

(6)

82.26° < 85°(主臂最大仰角θ)，滿足要求。

已知當(dāng)起重機(jī)回轉(zhuǎn)半徑選擇24 m時(shí)，起重額定載荷量為144 t，則：

起重機(jī)負(fù)荷率=吊裝實(shí)際最大重量/起重額定載荷量=117.4/144×100%=81.5%，滿足要求。

3 場(chǎng)地平面布置圖

3.1 常規(guī)吊裝平臺(tái)布置方案

一般情況下，風(fēng)機(jī)吊裝平臺(tái)填筑時(shí)會(huì)充分考慮各風(fēng)機(jī)部件的堆放、風(fēng)機(jī)吊裝設(shè)備的擺放、風(fēng)機(jī)各部件吊裝順序、風(fēng)機(jī)各部件運(yùn)輸便利、風(fēng)機(jī)吊裝設(shè)備轉(zhuǎn)場(chǎng)便利等相關(guān)因素進(jìn)行設(shè)計(jì)。針對(duì)130 m超高3.0 MW風(fēng)機(jī)，風(fēng)電場(chǎng)設(shè)計(jì)單位建議的吊裝平臺(tái)填筑方案如圖2～3所示。

圖2 130 m超高3.0 MW風(fēng)機(jī)常規(guī)吊裝平臺(tái)填筑平面示意

圖3 130 m超高3.0 MW風(fēng)機(jī)常規(guī)吊裝平臺(tái)填筑立面示意

按照?qǐng)D2～3的方案填筑吊裝平臺(tái)(70 m×40 m)，滿足風(fēng)機(jī)吊裝要求，單個(gè)吊裝平臺(tái)填筑需要土方2 847 m3及石渣4 890 m3。

3.2 吊裝平臺(tái)設(shè)計(jì)及布置

機(jī)位風(fēng)機(jī)中心確認(rèn)后，根據(jù)履帶吊技術(shù)數(shù)據(jù)、風(fēng)機(jī)部件外形尺寸和以上計(jì)算結(jié)果進(jìn)行吊裝平臺(tái)平面布置和立面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其中需要考慮的其他要素包括：

1)主機(jī)的組裝可以在吊裝平臺(tái)及相鄰的運(yùn)輸?shù)缆飞线M(jìn)行，可依據(jù)兩條履帶外側(cè)寬度10.5 m，確定主吊空載行走轉(zhuǎn)場(chǎng)時(shí)道路寬度為13.0 m，而項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)輸?shù)缆返膶挾葹?3.0 m，完全滿足塔筒、葉片等運(yùn)輸車(chē)輛的通行或臨時(shí)停放。

2)風(fēng)機(jī)吊裝順序沿運(yùn)輸?shù)缆贩较蛞来芜M(jìn)行，吊裝前2天分別落實(shí)塔筒、葉片進(jìn)場(chǎng)并臨時(shí)?？吭谶\(yùn)輸?shù)缆愤吇蛘邲](méi)有吊裝作業(yè)的平臺(tái)上，便可實(shí)現(xiàn)塔筒、葉片的車(chē)板起吊，吊裝平臺(tái)填筑時(shí)便不用考慮塔筒、葉片的堆放場(chǎng)地。

3)既然實(shí)現(xiàn)了塔筒、葉片的車(chē)板起吊，則吊裝平臺(tái)的平面設(shè)計(jì)便只需考慮葉輪組裝時(shí)主吊、輔吊、輪轂擺放位置，以及風(fēng)機(jī)塔筒吊裝時(shí)主吊、輔吊、機(jī)艙、輪轂的擺放位置。

4)根據(jù)130 m超高3.0 MW風(fēng)機(jī)主要部件的重量和尺寸參數(shù)明細(xì)表，利用BIM技術(shù)，模擬相關(guān)部件吊裝情況。

3.2.1吊裝平臺(tái)平面布置

吊裝平臺(tái)平面布置主要考慮Φ145 m葉輪組裝時(shí)的布置(如圖4所示)，吊裝平臺(tái)的寬度為30 m，滿足風(fēng)機(jī)部件運(yùn)輸車(chē)輛的轉(zhuǎn)彎半徑[6]。主吊擺放的位置確保主吊回轉(zhuǎn)中心到風(fēng)機(jī)中心的水平距離為24 m。輪轂擺放的位置確保主吊回轉(zhuǎn)中心到輪轂中心的水平距離為24 m。輪轂擺放的角度滿足組裝葉片時(shí)80 t輔吊可在運(yùn)輸?shù)缆飞戏龀忠黄~片，同時(shí)另一片葉片位于主機(jī)和塔筒中間。

圖4Φ145 m葉輪組裝平面布置示意

吊裝平臺(tái)平面布置滿足Φ145 m葉輪組裝要求時(shí)，復(fù)核塔筒吊裝時(shí)主吊、輔吊、機(jī)艙、輪轂擺放位置(如圖5所示)。

圖5 塔筒吊裝平面布置示意

3.2.2吊裝平臺(tái)立面結(jié)構(gòu)

吊裝平臺(tái)填筑立面結(jié)構(gòu)如圖6所示。吊裝平臺(tái)高程比一般吊裝平臺(tái)低，正如前文計(jì)算吊裝實(shí)際最大高度時(shí)考慮了停機(jī)面至Ⅰ段塔筒下法蘭底面高度為1 m，在設(shè)計(jì)吊裝平臺(tái)高程時(shí)充分利用這1 m的空間縮小平臺(tái)填筑厚度。斷面填筑時(shí)采用剛壓柔、柔包剛、剛?cè)岵?jì)的平臺(tái)技術(shù)，平臺(tái)由下至上分別為：淤泥沉積層—水中建筑剛性垃圾層—素土回填層—磚渣層—局部碎石找平層—路基板，單個(gè)吊裝平臺(tái)填筑需要土方2 623 m3及石渣1 877 m3，既節(jié)省了平臺(tái)填筑材料用量，又降低了對(duì)填筑材料的要求，降低經(jīng)濟(jì)成本的同時(shí)滿足現(xiàn)場(chǎng)施工要求。

圖6 吊裝平臺(tái)平臺(tái)填筑立面示意

3.2.3BIM技術(shù)模擬吊裝

利用BIM技術(shù)，模擬相關(guān)部件吊裝情況如圖7所示，檢查吊裝過(guò)程中各部件與吊機(jī)、待安裝部件與已安裝部件在空間位置上是否沖突，驗(yàn)證吊裝平臺(tái)的適用性，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了吊裝過(guò)程的安全技術(shù)畫(huà)面交底。

圖7 BIM吊裝模擬示意

4 實(shí)施結(jié)果與評(píng)價(jià)

通過(guò)工程實(shí)踐證明，選擇的吊裝設(shè)備、設(shè)計(jì)的吊裝平臺(tái)是切實(shí)可行的，不僅保障了風(fēng)機(jī)吊裝效率，更縮減了風(fēng)機(jī)吊裝成本。如采用履帶式主吊拆卸行走分部轉(zhuǎn)場(chǎng)方式，還可以進(jìn)一步節(jié)約道路填筑工程量。

5 結(jié)語(yǔ)

本文以沿海陸上130 m超高3.0 MW風(fēng)機(jī)為例，選擇XGC650超起風(fēng)電(增強(qiáng)型)履帶式起重機(jī)作為主吊，確認(rèn)了回轉(zhuǎn)半徑，復(fù)核了吊裝性能，優(yōu)化設(shè)計(jì)了吊裝平臺(tái)，并采用BIM模擬了風(fēng)機(jī)吊裝設(shè)備平面布置。最終在實(shí)際應(yīng)用中保障了風(fēng)機(jī)吊裝效率，降低了風(fēng)機(jī)吊裝成本，減少了環(huán)境破壞，對(duì)于以后的類(lèi)似風(fēng)機(jī)吊裝具有很強(qiáng)的指導(dǎo)意義。