張瀚文

（蘭州有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司）

0 引言

風(fēng)力發(fā)電作為綠色、可再生能源，其對(duì)于減少傳統(tǒng)能源使用帶來的環(huán)境污染實(shí)現(xiàn)可持續(xù)性發(fā)展以及調(diào)整現(xiàn)有能源結(jié)構(gòu)具有重要意義［1］?，F(xiàn)階段，隨著土地資源的日益消耗，擁有較高土地使用面積的風(fēng)電機(jī)組逐漸向著偏僻地帶如山區(qū)、海上等地進(jìn)行建設(shè)。并且為了降低風(fēng)電的成本，機(jī)組發(fā)電量在不斷提高，隨之而來的是高塔筒、長葉片的大兆瓦風(fēng)電機(jī)組逐漸成為風(fēng)電行業(yè)的主流。

風(fēng)電設(shè)備在安裝過程中技術(shù)要求較高，需要綜合考慮各方面因素，包括但不限于場(chǎng)地空間、主導(dǎo)風(fēng)向、吊裝方式、氣候條件和起吊設(shè)備等。而在山地進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電設(shè)備安裝時(shí)，由于山地環(huán)境的制約，對(duì)于風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的安全安裝提出了更高的要求。因此，充分掌握風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的安全安裝技術(shù)要點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)發(fā)電設(shè)備高效、低成本的安裝尤為重要。

1 山地風(fēng)力發(fā)電設(shè)備安全安裝難點(diǎn)分析

1.1 工程案例概況

中節(jié)能天水秦州50MW 風(fēng)電項(xiàng)目位于天水市秦州區(qū)西南部境內(nèi)，場(chǎng)區(qū)屬低中山梁卯區(qū)，境內(nèi)溝谷縱橫，嶺梁交錯(cuò)，地形條件較復(fù)雜。場(chǎng)址區(qū)有X442縣道可通至藉口鎮(zhèn)，由藉口鎮(zhèn)至天水市，G30連霍高速經(jīng)過天水市，風(fēng)電場(chǎng)所需設(shè)備、物資均可通過公路運(yùn)輸至工程區(qū)，對(duì)外交通條件尚可。工程區(qū)距天水市公路里程約50km，距蘭州市公路里程約314km。工程規(guī)劃裝機(jī)容量50MW，施工工期一年，風(fēng)電場(chǎng)本期工程擬推薦方案為安裝單機(jī)容量為5.0MW 風(fēng)電機(jī)組10臺(tái)。

1.2 安裝難點(diǎn)分析

風(fēng)力發(fā)電設(shè)備安裝難點(diǎn)主要體現(xiàn)在兩方面：一是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的安裝技術(shù)難度大。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組作為“風(fēng)－電”能量轉(zhuǎn)化設(shè)備，是風(fēng)電場(chǎng)建立的核心。以工程選擇的WTGS3型5.0MW 的風(fēng)電機(jī)組為例，單臺(tái)風(fēng)電機(jī)組（不含塔筒）主機(jī)綜合造價(jià)為2000元／kW，10臺(tái)機(jī)組總投資占整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)投資的60%以上，一套5.0MW 的風(fēng)電機(jī)組的單套價(jià)值在13000萬元以上。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的安裝難度大主要體現(xiàn)為單件重量大、單件尺寸大以及安裝高度高。其中，以工程選擇的WTGS3型5.0MW 的風(fēng)電機(jī)組為例，標(biāo)況下單套機(jī)組的總重在800t以上，其中塔筒總重為276.25t、機(jī)艙（包含發(fā)電機(jī)）約130t，單件重量大；由輪轂葉片組合的風(fēng)輪直徑為193m，單件尺寸大；塔架的高度為110m，風(fēng)輪安裝高度在110m以上，安裝高度較高。二是山地施工條件惡劣。風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)址的海拔在1900～2600m，工程區(qū)位于秦嶺緯向構(gòu)造帶與隴西旋卷構(gòu)造帶的復(fù)合部位，屬西秦嶺北緣剝蝕中山區(qū)，呈現(xiàn)溝谷縱橫，嶺梁交錯(cuò)的復(fù)雜地形條件，供施工作業(yè)使用的場(chǎng)地較為狹小。此外，對(duì)于山頂氣候的預(yù)測(cè)有一定的難度，雨、霧和大風(fēng)氣象條件會(huì)為設(shè)備的吊裝造成一定的困難［2］。

2 山地風(fēng)力發(fā)電設(shè)備安全安裝技術(shù)要點(diǎn)

2.1 施工工序的安排

對(duì)于風(fēng)機(jī)的安裝應(yīng)遵循“先下后上”的原則進(jìn)行，其施工工序安排如下：首先將設(shè)備轉(zhuǎn)移至完成地基施工的施工區(qū)域內(nèi)，然后將預(yù)制的塔筒部分以及機(jī)艙內(nèi)部的發(fā)電機(jī)、齒輪箱等部件進(jìn)行組裝，使用專業(yè)工具將葉片逐個(gè)安裝到風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉輪上，隨后，使用起重設(shè)備將塔筒安裝到地基上，將機(jī)艙吊裝至塔筒之上，安裝緊固后，對(duì)葉輪進(jìn)行吊裝，完成葉輪輪轂與電機(jī)主軸之間的固定，最后，將發(fā)電機(jī)組的電纜與電網(wǎng)進(jìn)行連接，確保發(fā)電機(jī)組能夠正常輸出電能。并對(duì)已安裝好的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試和性能測(cè)試，確保其運(yùn)行正常且達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

2.2 吊裝平臺(tái)處理及吊車選擇

為滿足風(fēng)機(jī)吊裝時(shí)的施工要求以及作為設(shè)備的臨時(shí)堆放場(chǎng)地，應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要（例如需保證吊車吊臂在起吊過程中不碰到塔架、物件可臨時(shí)堆放等），確定平臺(tái)的面積，本工程共10個(gè)風(fēng)機(jī)位，確定平臺(tái)總面積為24000㎡。由于山地地形的復(fù)雜性，對(duì)于吊裝平臺(tái)可依據(jù)山形地勢(shì)布置，坡度應(yīng)控制在5%以下，對(duì)于未滿足受力荷載要求的平臺(tái)，需要對(duì)部分山體進(jìn)行開挖、碾壓以及平整。此外，由于吊裝位置位于山頂，存在人員臨邊作業(yè)等危險(xiǎn)因素，需要做好邊坡、鄰邊的防護(hù)措施［3］。

由于該工程單套機(jī)組的總質(zhì)量在800t以上，安裝高度在110m，安裝的設(shè)備重量大、安裝高度高，因此對(duì)于吊車的選擇，既要滿足吊裝要求，又要避免性能浪費(fèi)。在吊裝設(shè)備時(shí)，由于機(jī)艙設(shè)備安裝高度高，重量重，是風(fēng)力發(fā)電設(shè)備安裝工程中最重且安裝位置最高的部件，所以，吊車的選擇應(yīng)根據(jù)機(jī)艙進(jìn)行計(jì)算。工程機(jī)艙（包含發(fā)電機(jī)）約130t，最長風(fēng)機(jī)設(shè)備葉片長約94.8m，經(jīng)綜合考慮，選用1200t的履帶式主吊和300t胎式輔助汽車吊相互配合、輔助。

2.3 關(guān)鍵組件的吊裝要點(diǎn)

風(fēng)電機(jī)組關(guān)鍵組件為塔筒（架）、機(jī)艙、葉片以及輪轂等，本工程使用的機(jī)組為SI-093520雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，發(fā)電機(jī)位于機(jī)艙內(nèi)部，其關(guān)鍵組件組成如圖1所示。本文以工程使用的SI-093520雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的分段塔筒和風(fēng)輪整體吊裝方案為例，簡述風(fēng)電機(jī)組關(guān)鍵組件的吊裝要點(diǎn)。

圖1 雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組關(guān)鍵組件

2.3.1 風(fēng)電機(jī)組塔架安裝要點(diǎn)

首先，需做好安裝前的清潔、查驗(yàn)、存放工作。風(fēng)電機(jī)組的塔筒多為錐形鋼筒，由多節(jié)組成，每兩部分之間用法蘭盤連接。這些錐形鋼筒是分段運(yùn)輸?shù)模柙诂F(xiàn)場(chǎng)將筒內(nèi)的配件安裝好后，再進(jìn)行吊裝。在現(xiàn)場(chǎng)保存時(shí)應(yīng)注意將塔筒放置于硬木上并防止其滾動(dòng)，存放場(chǎng)地應(yīng)盡可能平整無斜坡。必須在現(xiàn)場(chǎng)檢查塔架及其配件在運(yùn)輸中損壞與否，為防止銹蝕，任何外表的損傷都應(yīng)立即修補(bǔ)，所有污物包含但不限于筒體污物、基礎(chǔ)環(huán)法蘭上的塵土及澆筑混凝土的剩余物也需清洗干凈，必要時(shí)可采用砂紙打磨拋光處理。在正式吊裝前，需要對(duì)相關(guān)的基礎(chǔ)環(huán)水平及沉降進(jìn)行測(cè)量保證其在允許范圍之內(nèi)，沒有嚴(yán)重的損傷和變形。同時(shí)，由于天氣等因素對(duì)于山地風(fēng)電設(shè)備吊裝作業(yè)影響較大，因此在吊裝時(shí)應(yīng)按照有關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)，在大霧天氣、大雪天氣、風(fēng)速＞10m／s等時(shí)不進(jìn)行塔架的吊裝作業(yè)，此外需做好吊車各零部件的檢查工作，選用正確的吊具，并進(jìn)行試吊。

其次，在起吊時(shí)利用1200t的履帶式主吊和300t胎式輔助汽車吊相互配合，將塔筒進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，使其處于垂直狀態(tài)，放開300t胎式輔助汽車吊。由主吊提起塔筒，進(jìn)行旋轉(zhuǎn)調(diào)整，保證塔筒的橫截面與基礎(chǔ)相對(duì)應(yīng)，以便于后期的固定。當(dāng)塔筒門與塔筒和基礎(chǔ)環(huán)連接的兩法蘭處的接地螺栓柱對(duì)齊后，對(duì)塔筒進(jìn)行微調(diào)，使其孔位相對(duì)齊，當(dāng)對(duì)齊后需將緊固所用的螺栓、平墊及螺母套入連接兩個(gè)法蘭。

最后，調(diào)整吊車高度，使塔筒緩慢下落，當(dāng)塔筒的法蘭面與基礎(chǔ)環(huán)相互接觸后，進(jìn)行螺栓預(yù)緊固，注意此時(shí)需降低起重吊機(jī)的負(fù)荷，但不可完全移開吊車。利用專業(yè)的液壓扳手等工具，分兩次進(jìn)行塔筒螺栓的最終緊固工作，第一次緊固螺栓力矩到額定力矩的50%，第二次緊固螺栓力矩到額定力矩的100%。當(dāng)緊固完成后即可松開吊具、吊車。做好螺栓擰緊力矩的抽查，保證其符合要求，此外測(cè)量塔身垂直度，確保其滿足標(biāo)準(zhǔn)。

2.3.2 風(fēng)電機(jī)組機(jī)艙吊裝要點(diǎn)

對(duì)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組采用分部件吊裝的方式，在機(jī)艙吊裝時(shí)，應(yīng)選擇除雷雨、大雨、大霧等天氣，并且機(jī)艙安裝需在風(fēng)速＜8m／s時(shí)進(jìn)行。

首先，需做好機(jī)艙的驗(yàn)收以及地面組合等工作，當(dāng)機(jī)艙部件（含發(fā)電機(jī)）在地面組裝完成后，固定吊具與機(jī)艙吊鏈后，進(jìn)行機(jī)艙的起吊。

其次，需將機(jī)艙高度提升至超過上塔筒的上法蘭高度，當(dāng)達(dá)到指定高度后，需按照塔筒上安裝人員的指揮，由吊車操作人員調(diào)整吊車的扒桿，使機(jī)艙處于塔筒的正上方，控制吊車使機(jī)艙緩慢下降，當(dāng)機(jī)艙與塔筒的上法蘭的間距為1cm時(shí)，即可停止吊機(jī)。為了便于后期葉輪的吊裝，需利用引導(dǎo)繩，對(duì)機(jī)艙角度、位置進(jìn)行調(diào)整，保證機(jī)艙縱軸線處于偏離當(dāng)前風(fēng)向90°的位置。

最后，利用導(dǎo)向棒對(duì)準(zhǔn)安裝螺孔，利用螺栓連接機(jī)艙與塔筒，此時(shí)螺栓僅進(jìn)行手動(dòng)緊固即可，預(yù)緊固后，降低起重機(jī)載荷，控制在原載荷的一半即可，分兩次進(jìn)行機(jī)艙底部、塔頂頂部法蘭螺栓的最終緊固工作，第一次緊固螺栓力矩到額定力矩的50%，第二次緊固螺栓力矩到額定力矩的100%。當(dāng)緊固完成后即可松開吊具、吊車，拆除機(jī)艙內(nèi)的引導(dǎo)繩，并做好螺栓擰緊力矩的抽查，保證其符合要求。

2.3.3 風(fēng)電機(jī)組葉輪吊裝要求

葉輪由輪轂與葉片在地面組裝而成。在進(jìn)行葉輪吊裝前，需將轉(zhuǎn)子葉片安裝在輪轂上。當(dāng)轉(zhuǎn)子葉片由載重汽車運(yùn)輸?shù)桨惭b現(xiàn)場(chǎng)后，需要注意避免葉片與地面的接觸，可采用運(yùn)輸支架等對(duì)其進(jìn)行固定，并在葉片安裝前，對(duì)其進(jìn)行全面檢查，查明是否存在損壞等問題。

在葉片安裝前，需利用支架對(duì)葉片進(jìn)行支撐，使其處于水平狀態(tài)，并利用清洗設(shè)備對(duì)葉片的法蘭以及輪轂法蘭進(jìn)行清洗，涂抹防銹油，緊固葉片與輪轂的連接。

葉輪組裝完畢后，采用專用夾具夾緊輪轂，同時(shí)用繩索系在其中的兩片葉片上，剩余的一片葉片尖端架在可移動(dòng)式專用小車上，由主吊吊住兩片葉片的根部［4］，注意在吊具與葉片接觸位置需墊好專用的護(hù)墊，避免因吊裝對(duì)葉片造成損傷，葉輪吊裝示意圖如圖2所示。

圖2 葉輪吊裝示意圖

通過主吊與小車相互配合，緩慢將葉輪抬起，使葉輪由水平狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榇怪睜顟B(tài)，在葉輪垂直化過程中需注意防止葉片尖端著地。當(dāng)下方的葉片完全脫離地面時(shí)，由主吊自身完成葉輪的高度提升。

在高度提升時(shí)，為了避免葉片在提升過程中擺動(dòng)，用圓環(huán)繩索 （攬風(fēng)繩）分別套在三片葉片上，每片葉片用3～6名裝配人員在地面上拉住。在提升過程中，禁止葉片與吊車、塔架、機(jī)艙發(fā)生碰撞，應(yīng)確保繩索不相互纏繞，如圖3所示。

圖3 攬風(fēng)繩布置示意圖

當(dāng)葉輪吊裝至機(jī)艙高度時(shí)，利用導(dǎo)向索的牽引以及吊車的配合，調(diào)整葉輪的方向和位置使其靠近機(jī)艙中齒輪箱法蘭，此時(shí)，對(duì)齒輪箱法蘭面進(jìn)行調(diào)整，通過定心螺栓和螺桿引導(dǎo)葉輪與齒輪箱的導(dǎo)入與連接。當(dāng)葉輪導(dǎo)入后，啟動(dòng)葉輪鎖和制動(dòng)器，鎖定葉輪。

需要注意的是，當(dāng)葉輪導(dǎo)入齒輪箱法蘭時(shí)，所用的固定方式為定心螺栓，需對(duì)其進(jìn)行更換，當(dāng)擰緊第一顆螺母后，需利用連接螺桿對(duì)定心螺栓進(jìn)行替換，并依次安裝剩下的螺栓，進(jìn)行預(yù)緊固。若操作空間較大，可采用液壓扳手，使螺栓力矩達(dá)到額定力矩的50%，若操作空間較為狹小，不具備液壓扳手等工具的使用條件，可采用人工扳手進(jìn)行螺栓的緊固。

當(dāng)完成葉輪輪轂與機(jī)艙主軸的固定后，即可卸掉吊車的荷載，拆除吊具后，打開主軸的制動(dòng)器，驗(yàn)證轉(zhuǎn)子是否能帶動(dòng)葉輪緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)。將剩余的緊固位置按照要求裝上固定螺栓，當(dāng)所有螺栓安裝完成后，分兩次進(jìn)行緊固，第一次緊固螺栓力矩到額定力矩的50%，第二次緊固螺栓力矩到額定力矩的100%。緊固完成后，利用轉(zhuǎn)動(dòng)高速聯(lián)軸器的方式使葉輪進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)葉片向下，取掉朝下方向葉片上的保護(hù)套、牽引繩等［5］。

在山地風(fēng)力發(fā)電設(shè)備安裝后，機(jī)組運(yùn)行平穩(wěn)，年均上網(wǎng)電量1.317×108kW·h，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益以及社會(huì)效益，利用廉價(jià)的土地資源，大力發(fā)展風(fēng)電具有顯著的社會(huì)效益。不僅提高了新能源在電網(wǎng)中的份額，同時(shí)能緩解當(dāng)?shù)仉娏?yīng)緊張的狀況，對(duì)發(fā)展當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)具有深遠(yuǎn)的意義。

3 結(jié)束語

由于山地風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的地理?xiàng)l件較為惡劣，導(dǎo)致設(shè)備安裝時(shí)的施工環(huán)境并不理想，因此充分掌握山地風(fēng)力發(fā)電設(shè)備安全安裝技術(shù)要點(diǎn)，對(duì)于風(fēng)電機(jī)組的低成本、高效安裝具有重要意義。通過合理安排施工工序，正確選擇吊裝平臺(tái)、吊車，做好關(guān)鍵組件的正確吊裝，保證吊裝過程中各環(huán)節(jié)緊密配合，可有效保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，進(jìn)而推動(dòng)山地風(fēng)力發(fā)電行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。