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        超高風(fēng)機(jī)吊裝與狹窄吊裝平臺(tái)設(shè)計(jì)

        2020-06-27 09:22:28鄔明材張?jiān)?/span>李沐林
        廣東水利水電 2020年6期
        關(guān)鍵詞:主臂吊臂增強(qiáng)型

        鄔明材,張?jiān)?,李沐?/p>

        (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。

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