楊 福

(中國(guó)電建集團(tuán)河北工程有限公司,河北 石家莊 050021)

在風(fēng)機(jī)高度低于110 m的情況下,風(fēng)力發(fā)電機(jī)組及塔筒吊裝大多采用履帶起重機(jī)與汽車起重機(jī)相結(jié)合的形式,但對(duì)風(fēng)機(jī)塔筒高于110 m的風(fēng)機(jī)而言,吊裝難度大幅增加,對(duì)于140 m及以上的高塔筒,必須采用1 000 t級(jí)別以上的履帶起重機(jī)。由于市場(chǎng)資源少,設(shè)備使用費(fèi)用高,安裝場(chǎng)地要求高,傳統(tǒng)吊裝模式已不能適應(yīng)高塔架風(fēng)電機(jī)組的吊裝需求。因此,起重量大,幅度利用率高,抗風(fēng)能力強(qiáng),能快速安裝、拆卸和轉(zhuǎn)場(chǎng)的動(dòng)臂風(fēng)電塔機(jī)成為新的吊裝利器。

風(fēng)電塔機(jī)是一種全新的風(fēng)機(jī)吊裝機(jī)械,對(duì)于風(fēng)機(jī)安裝場(chǎng)地小、運(yùn)輸?shù)缆肥芟?、塔筒高度高的情況,風(fēng)電塔機(jī)在裝拆運(yùn)輸方面優(yōu)勢(shì)顯著,施工效率高、成本更低、工況適應(yīng)性強(qiáng),對(duì)吊裝單位來(lái)說(shuō)是性價(jià)比極高的選擇。動(dòng)臂風(fēng)電塔機(jī)采用“抱瓦”連接的方式,搭配專用銷軸拔插裝置和快速連插件的使用,設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)節(jié)裝拆的效率比同噸位機(jī)型提升近3倍,縮短了轉(zhuǎn)場(chǎng)周期、降低了吊裝平臺(tái)要求,是風(fēng)電吊裝綠色施工、節(jié)能降耗的首選。

1 動(dòng)臂風(fēng)電塔機(jī)參數(shù)

動(dòng)臂風(fēng)電機(jī)參數(shù)以中聯(lián)LW2340-180為例。該風(fēng)電塔機(jī)由塔身及動(dòng)臂組成,塔身高度109 m,根據(jù)風(fēng)機(jī)型號(hào)有3種動(dòng)臂長(zhǎng)度可選。選用70 m動(dòng)臂時(shí),最大起升高度為180 m。塔機(jī)整機(jī)外形尺寸詳見(jiàn)表1。

表1 塔機(jī)整機(jī)外形尺寸

風(fēng)電塔機(jī)主要工作機(jī)構(gòu)包括起升機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、變幅機(jī)構(gòu),整機(jī)工作級(jí)別為A4,作業(yè)半徑為9.4 m時(shí)最大起重量為180 t,在風(fēng)電常用的20 m作業(yè)半徑時(shí),最大起重量為103.4～113 t(動(dòng)臂70～50 m),詳細(xì)參數(shù)見(jiàn)表2至表4,整機(jī)工作性能表見(jiàn)表5。

表2 塔機(jī)起重性能詳細(xì)參數(shù)(臂長(zhǎng)為50 m,倍率為6)

表3 塔機(jī)起重性能詳細(xì)參數(shù)(臂長(zhǎng)為60 m,倍率為6)

表4 塔機(jī)起重性能詳細(xì)參數(shù)(臂長(zhǎng)為70 m,倍率為6)

表5 整機(jī)性能參數(shù)表

2 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比

2.1 平臺(tái)及地基要求

風(fēng)電塔機(jī):塔機(jī)底架支腿中心距為18 m×18 m,單個(gè)墊塊占地為3 m×7 m,共8塊,單個(gè)墊塊下需鋪設(shè)25 mm厚度的鋼板作為路基板,鋪設(shè)區(qū)域?yàn)? m×8 m。放置墊塊的4 m×8 m 基礎(chǔ)區(qū)域需做壓實(shí)處理,以保證地耐力≥0.2 MPa。同時(shí)4塊基礎(chǔ)區(qū)域須進(jìn)行找平,每塊區(qū)域水平度控制在1%以內(nèi),每2個(gè)基礎(chǔ)區(qū)域中心的高低落差控制在50 mm以內(nèi)。安拆機(jī)械為500 t汽車吊或300 t履帶吊。

履帶吊:履帶下橫向鋪設(shè)路基板8塊,縱向鋪設(shè)路基板4塊,單個(gè)路基板為2.4 m×5 m,占地面積為10 m×20 m。吊裝平臺(tái)側(cè)面需預(yù)留約為100 m長(zhǎng)的爬桿位置,對(duì)機(jī)位要求較高,路基板下地基土做找平壓實(shí)處理,保證地耐力≥0.2 MPa,水平度控制在1%以內(nèi)。安拆機(jī)械為80 t汽車吊和65 t履帶吊。

遇起伏較大的山地或獨(dú)立山包時(shí),想要獲得足夠的平臺(tái)面積或爬桿場(chǎng)地,只能降低吊裝平臺(tái)標(biāo)高或回填機(jī)位周邊區(qū)域,這樣就增加了大量的土石方作業(yè)量,造成工期、經(jīng)濟(jì)性欠佳,且對(duì)環(huán)境破壞較大,后期植被恢復(fù)難度大,此時(shí)風(fēng)電塔機(jī)就顯示出獨(dú)特的經(jīng)濟(jì)性。

2.2 轉(zhuǎn)場(chǎng)速度

風(fēng)電塔機(jī):單件構(gòu)件質(zhì)量輕,最大單重部件為起升機(jī)構(gòu),長(zhǎng)5.3 m,重30.7 t;最長(zhǎng)構(gòu)件為前撐桿,長(zhǎng)14.8 m,重10.6 t,轉(zhuǎn)場(chǎng)方便。標(biāo)準(zhǔn)配備了2套基礎(chǔ)及底座,可以實(shí)現(xiàn)雙機(jī)位塔機(jī)基礎(chǔ)基座同時(shí)安裝,在上一機(jī)位吊裝時(shí),本機(jī)位基座已裝好,上一機(jī)位吊裝完成后,只需要將動(dòng)臂及塔身拆至本機(jī)位即可安裝并進(jìn)入工作狀態(tài),極大提升了轉(zhuǎn)場(chǎng)效率。

履帶吊:主機(jī)及履帶質(zhì)量大,達(dá)44 t,主臂爬桿、扳起需特定地形,只能在完成吊裝作業(yè)并全部轉(zhuǎn)場(chǎng)完畢后才能開(kāi)始組裝,沒(méi)有提前交叉作業(yè)的優(yōu)勢(shì),整體轉(zhuǎn)場(chǎng)時(shí)間較長(zhǎng)。

2.3 市場(chǎng)資源

在風(fēng)機(jī)高度低于110 m的情況下,國(guó)內(nèi)風(fēng)電塔筒吊裝大多采用履帶吊與汽車吊相結(jié)合的形式。為保障發(fā)電效益,低風(fēng)速區(qū)域的風(fēng)機(jī)塔筒高度需高于110 m,塔筒采用剛性塔筒或鋼混結(jié)構(gòu),吊裝難度大幅增加。對(duì)于140 m及以上的高塔筒,必須采用1 000 t級(jí)別以上的履帶吊,市場(chǎng)資源少、設(shè)備使用費(fèi)用高、安裝場(chǎng)地要求嚴(yán),因此傳統(tǒng)吊裝模式已不能適應(yīng)高塔架風(fēng)電機(jī)組的吊裝需求。

風(fēng)電塔機(jī)造價(jià)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于同性能的履帶吊、汽車吊,且轉(zhuǎn)場(chǎng)等費(fèi)用低,投資回報(bào)率高,已逐步受用戶青睞,市場(chǎng)資源逐漸增多。

2.4 風(fēng)場(chǎng)及機(jī)型適應(yīng)性

與汽車吊和履帶吊進(jìn)行對(duì)比,在高度、吊重、穩(wěn)定性、安全性及施工場(chǎng)地適應(yīng)性上,風(fēng)電塔機(jī)都有較大的優(yōu)勢(shì)[1],是國(guó)內(nèi)大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)吊裝的一個(gè)重大突破,也是未來(lái)風(fēng)電行業(yè)向更高高度、更大容量發(fā)展的安全保障。

風(fēng)電塔機(jī)塔身剛度好、抗風(fēng)能力強(qiáng),基礎(chǔ)接地面積大、地基承載要求低,與其他吊裝方式相比,無(wú)須壓重,抗沉降能力強(qiáng),工作穩(wěn)定性優(yōu)勢(shì)明顯,保障了風(fēng)電吊裝的安全。

風(fēng)電塔機(jī)自頂升、拆裝靈活,對(duì)裝拆、吊裝場(chǎng)地要求低,占地空間小,尤其適用于復(fù)雜地形和山地、河塘等狹小場(chǎng)地。塔機(jī)各部件采用模塊化、集成化設(shè)計(jì),降低了拆裝工作量,滿足快速拆裝、轉(zhuǎn)場(chǎng)的需求,施工效率顯著提高。風(fēng)電塔機(jī)為無(wú)附著塔機(jī),不與風(fēng)機(jī)塔筒產(chǎn)生接口聯(lián)系,能完全適應(yīng)各風(fēng)機(jī)廠家產(chǎn)品,提高了吊裝靈活性。

2.5 經(jīng)濟(jì)性對(duì)比

以160 m高、6.25 MW的風(fēng)機(jī)吊裝為例,吊裝環(huán)境為山地。吊裝設(shè)備采用1 300 t級(jí)別的履帶吊與中聯(lián)LW2340-180型風(fēng)電塔機(jī)的對(duì)比如下所示。

1 300 t履帶吊費(fèi)用:每月吊裝2～3臺(tái),按照月吊2臺(tái)計(jì)算,月租約85萬(wàn),轉(zhuǎn)場(chǎng)需要60車。

LW2340-180型風(fēng)電塔機(jī)費(fèi)用:每月吊裝2～3臺(tái),按照月吊2臺(tái)計(jì)算,月租約70萬(wàn),轉(zhuǎn)場(chǎng)需要48車。

同時(shí),塔機(jī)占地面積相對(duì)履帶吊要小很多,減少了征地。塔機(jī)最重的部件較小,在山地、復(fù)雜地形及雨天均可進(jìn)行運(yùn)輸,減少了成本。塔機(jī)是純電驅(qū)動(dòng),故障率低,維修保養(yǎng)簡(jiǎn)單,機(jī)械部分采用進(jìn)口減速機(jī),穩(wěn)定可靠。塔機(jī)自帶360 kW發(fā)電機(jī)組,可同時(shí)滿足塔機(jī)和現(xiàn)場(chǎng)用電,無(wú)須其他電源,且油耗約每臺(tái)風(fēng)機(jī)3.5桶,節(jié)約了項(xiàng)目開(kāi)支。履帶吊雖然耗油大約只有3桶,但需1臺(tái)小發(fā)電機(jī)為其供電,所以塔機(jī)的綜合油耗更低。塔機(jī)安全性強(qiáng),抗風(fēng)能力強(qiáng),工作狀態(tài)可抵抗6級(jí)風(fēng),非工作狀態(tài)可抵抗10級(jí)風(fēng),且如果突遇大風(fēng),可快速降節(jié)保證安全。

由此可見(jiàn),塔筒越高,風(fēng)機(jī)越重,塔機(jī)越有優(yōu)勢(shì),能降低風(fēng)電機(jī)組吊裝費(fèi)用。

3 應(yīng)用示范實(shí)例

在由中國(guó)電建集團(tuán)河北工程有限公司承建的華能慶陽(yáng)風(fēng)光綜合新能源首批C2風(fēng)光項(xiàng)目中,部分機(jī)位應(yīng)用了中聯(lián)中科風(fēng)電塔機(jī)吊裝。

3.1 工程概況

華能慶陽(yáng)風(fēng)光綜合新能源首批C2風(fēng)光項(xiàng)目主要位于環(huán)縣西北部的南湫鄉(xiāng),局部位于環(huán)縣東北部的甜水鎮(zhèn)、羅山川鄉(xiāng)和山城鄉(xiāng),該地區(qū)屬黃土高原丘陵溝壑區(qū),地勢(shì)西北高、東南低,平均海拔1 700 m。場(chǎng)區(qū)內(nèi)最高點(diǎn)海拔1 950 m;最低點(diǎn)海拔1 580 m。

該工程設(shè)計(jì)安裝94臺(tái)4.05 MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組,總裝機(jī)容量為379.5 MW。風(fēng)電機(jī)組多沿山頂、山脊布置,分布高程在1 700～1 900 m之間。道路沿線多為山坡、山脊,地形坡度一般為 15°～30°,局部 35°。風(fēng)機(jī)機(jī)位多數(shù)位于山頂,進(jìn)場(chǎng)道路部分為原有鄉(xiāng)道,道路較窄,交通環(huán)境復(fù)雜。

3.2 風(fēng)機(jī)技術(shù)參數(shù)

風(fēng)機(jī)技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表6。

3.3 場(chǎng)地要求

地基承載力需檢測(cè),確定吊裝平臺(tái)承載力達(dá)到要求后,方可進(jìn)行吊裝作業(yè)[2]。主吊機(jī)械吊裝站位區(qū)域的地基承載力≥0.15 MPa(吊車及機(jī)艙質(zhì)量1 100×安全系數(shù)1.5/路基板面積168=0.098 2 MPa),站位區(qū)域坡度(或傾斜)不大于0.1%。輔助吊車站位區(qū)域地基承載力不小于0.1 MPa。

起重機(jī)在溝邊或坑邊作業(yè)時(shí),須保持必要的邊坡安全距離,且不得停放在斜坡上,對(duì)于不能滿足邊坡安全距離要求的情況,應(yīng)對(duì)地基進(jìn)行加固處理[3]。

吊裝前應(yīng)確認(rèn)風(fēng)速:風(fēng)速>6 m/s時(shí),禁止葉片組裝和輪轂的吊裝;風(fēng)速>8 m/s或雷、雨天氣時(shí),禁止進(jìn)行吊裝作業(yè)[3]。

塔機(jī)機(jī)體外殼電氣雙接地,電阻值不得大于4 Ω。

3.4 塔筒吊裝

錨固板測(cè)平采用檢驗(yàn)合格的水平儀進(jìn)行測(cè)量,測(cè)量時(shí)必須有監(jiān)理人員在場(chǎng)。在監(jiān)理人員的監(jiān)督下,上錨固板水平度偏差不得大于2 mm。吊裝前,安排人員檢查清理法蘭表面及螺栓有無(wú)雜質(zhì),如發(fā)現(xiàn)有,及時(shí)用鋼絲刷、砂紙將法蘭面雜質(zhì)清理干凈,螺栓清理干凈。

吊裝前對(duì)所用吊索具進(jìn)行檢查,確認(rèn)合格后方可使用,吊車按指定位置進(jìn)行站位并掛置好相應(yīng)的吊索具,首段塔筒卸車采用300 t汽車吊隨卸隨吊裝。以中下段塔筒為例,用主吊和80 t吊車溜尾配合安裝。吊鉤為5.5 t,吊帶為1.5 t,而需要起吊的總質(zhì)量為(57.33+5.5+1.5)×1.1倍動(dòng)荷載系數(shù)×1.1倍不均衡載荷系數(shù)=77.8 t。

當(dāng)輔吊車的作業(yè)半徑為5.0 m,主臂為17.5時(shí),額定起重量是50 t,抬吊時(shí)80 t吊車最大分配質(zhì)量為77.8/2=38.9 t,負(fù)荷率為38.9/50=77.8%。滿足吊裝要求。

主吊車的作業(yè)半徑為15 m時(shí),額定起重量為160 t,主吊負(fù)荷率最大時(shí):P=77.8/160×100%=49%。滿足吊裝要求。

3.5 機(jī)艙吊裝

3.5.1 吊具安裝

1)將吊具吊至機(jī)艙頂上,3根索具緩緩落入。

2)將索具底端卸扣與機(jī)架上的3個(gè)吊座連接,卸扣必須安裝牢固可靠,必須按照要求選擇相應(yīng)吊點(diǎn),禁止選用要求以外的吊點(diǎn)。

3)安裝纜風(fēng)繩:在機(jī)艙頭部系掛一根纜風(fēng)繩。纜風(fēng)繩從主軸螺栓安裝孔穿入機(jī)艙,綁在軸承座吊點(diǎn)上;在機(jī)艙尾部系掛一根纜風(fēng)繩,打開(kāi)機(jī)艙尾部吊物孔蓋板,在機(jī)艙后底架的立柱上系一根纜風(fēng)繩。

4)拆除運(yùn)輸?shù)鬃?起吊主機(jī)至1 m高度后觀察基座底面水平度,如傾斜太多則放下主機(jī),重新調(diào)節(jié)前后索具至合適長(zhǎng)度,然后拆除主機(jī)運(yùn)輸?shù)鬃?/p>

3.5.2 機(jī)艙吊裝

1)將機(jī)艙吊至頂段塔筒上方時(shí),利用纜風(fēng)繩控制機(jī)艙,調(diào)整機(jī)艙朝向,確定好機(jī)艙位置(主起重機(jī)大臂左側(cè)對(duì)準(zhǔn)機(jī)艙中心)。

2)當(dāng)偏航回轉(zhuǎn)支承安裝面與第四節(jié)塔筒上法蘭面間隙足夠螺栓穿入時(shí)停止,將帶墊圈的螺栓全部擰入,再繼續(xù)下放至間隙為0。

3)待塔筒頂法蘭與機(jī)艙連接的螺栓力矩緊固到70%終擰力矩,將吊具及纜風(fēng)繩拆除。

3.5.3 負(fù)荷計(jì)算

吊裝機(jī)艙總成時(shí)質(zhì)量最大,且吊裝高度也是最高,對(duì)機(jī)艙總成件進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算:

質(zhì)量:Q=K1K2(Q1+Q2+Q3)=1.1×1.1×(99.5+5.5+1.5)=128.76 t

15 m作業(yè)半徑時(shí),額定起重量為160 t,P=128.76/160×100%=80%,符合要求。

3.6 葉輪吊裝

3.6.1 葉片組裝

第一步,將輪轂放置在3 m×3 m×0.6 m土方承臺(tái)上部的路基板上,進(jìn)行水平度調(diào)整,確保在組裝過(guò)程中,葉片的尖部不會(huì)觸地;第二步,將專用吊具安裝在第一片葉片上;第三步,將第一片葉片吊到輪轂的對(duì)應(yīng)安裝位置,使葉片上的螺栓與輪轂上的螺栓孔對(duì)正;第四步,在吊裝狀態(tài)下,緊固第一片葉片的所有安裝螺栓,螺栓緊固后,使吊車鋼絲繩處于緊繃但不起吊的狀態(tài),防止安裝葉片后,輪轂失穩(wěn)傾翻;第五步,專用吊具進(jìn)行拆除;第六步,重復(fù)第二步至第五步,將第二、三片葉片組裝就位[4]。

3.6.2 葉輪吊裝

1)通過(guò)變槳,將3支葉片全部變?yōu)楹缶壋献藨B(tài),即葉片刃面向上姿態(tài)。

2)安裝葉片鎖,將葉片鎖推向變槳軸承,使用M16 mm×45 mm螺栓及中16墊片將葉片鎖與輪轂固定,并使用力矩扳手進(jìn)行緊固。

3)用8顆M42 mm×265 mm螺栓、8個(gè)螺母(M42)、16個(gè)墊圈(42)將上吊座安裝在輪轂預(yù)留凸臺(tái)位置,螺栓從外向里穿(從輪轂外向輪轂內(nèi)),力矩值為3 540 N·m,并做相應(yīng)防松標(biāo)記。 用6顆M42 mm×265 mm螺栓、6個(gè)螺母(M42)、12個(gè)墊圈(42)將下吊座安裝在輪轂預(yù)留凸臺(tái)位置,螺栓從外向里穿(從輪轂外向輪轂內(nèi)),力矩值為3 540 N·m。并做相應(yīng)防松標(biāo)記。

4)使用30TX 10 m扁平吊帶從一端穿過(guò)另一端,在葉片第四補(bǔ)強(qiáng)位置形成環(huán)套,在葉片銳邊與吊帶接觸處安裝葉片護(hù)板,系上拉繩,副起重機(jī)提升,將扁平吊帶收緊。

5)在另外2支葉片(除溜尾葉片) 的葉尖第四補(bǔ)強(qiáng)位置各安裝一個(gè)葉尖保護(hù)套,在葉尖保護(hù)套上各綁扎1根長(zhǎng)約260 m的牽引繩,用于牽引葉輪,輔助對(duì)接。

3.6.3 葉輪就位

主吊、輔吊同步作業(yè)緩慢起吊葉輪,兩邊的纜風(fēng)繩配合主吊、輔吊穩(wěn)住葉輪,起吊至一定高度后開(kāi)始進(jìn)行溜尾,溜尾吊車配合主吊車完成風(fēng)輪溜尾、風(fēng)輪螺栓對(duì)孔。主吊松鉤前必須完成至少64顆風(fēng)輪螺栓的100%額定力矩。

因葉輪質(zhì)量小于機(jī)艙,負(fù)荷計(jì)算不再贅述。

4 塔機(jī)應(yīng)用中存在的問(wèn)題

1)目前對(duì)風(fēng)電塔機(jī)的接受度低,因其應(yīng)用較少,多數(shù)吊裝單位還是傾向于履帶吊或汽車吊,對(duì)塔機(jī)的優(yōu)勢(shì)認(rèn)識(shí)不足。

2)超高機(jī)型應(yīng)用不夠廣泛,因市場(chǎng)上現(xiàn)有吊裝機(jī)械在今后一定時(shí)期內(nèi)還能滿足大部分應(yīng)用場(chǎng)景。

3)風(fēng)電塔機(jī)總質(zhì)量大,單件質(zhì)量小,轉(zhuǎn)場(chǎng)需要的板車數(shù)量多,對(duì)機(jī)位距離較遠(yuǎn)的風(fēng)場(chǎng)適應(yīng)性稍差。

4)風(fēng)電塔機(jī)資源不夠豐富且市場(chǎng)租賃價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)不明顯,以及非客觀條件(如場(chǎng)地、工期、機(jī)型等)的限制,造成其不是吊裝單位的首選。

5 結(jié)語(yǔ)

風(fēng)電塔機(jī)在山地風(fēng)電項(xiàng)目吊裝方面具有用地省、轉(zhuǎn)場(chǎng)快、費(fèi)用低等優(yōu)勢(shì),尤其適合機(jī)位處在獨(dú)立山包的地形。隨著風(fēng)電單機(jī)容量的提高,輪轂高度不斷增加,低速風(fēng)場(chǎng)、混塔機(jī)型等項(xiàng)目類型均可借鑒應(yīng)用。