摘 要：在“雙碳”目標的不斷推進下，我國的風(fēng)電行業(yè)處于快速發(fā)展和技術(shù)革新階段，海上風(fēng)電機組的單機容量在不斷增加，而大容量的海上風(fēng)電機組的單葉片相對較大，在施工過程中極易受到海上風(fēng)浪的影響，其吊裝難度較高，因此，為降低施工風(fēng)險，本研究提出一種大功率海上風(fēng)電機的葉片吊裝施工方法，以福建平潭外海海上風(fēng)電場風(fēng)電機組單葉片吊裝工作為例，重點闡述了海上風(fēng)電機單葉片快速吊裝技術(shù)及準備工作，例如吊重分析以及單葉片吊裝施工工藝等。整理單葉片吊裝的施工技術(shù)和施工工藝，為我國海上風(fēng)電大容量風(fēng)電機組吊裝施工技術(shù)理論研究提供參考。

關(guān)鍵詞：海上風(fēng)電機；大容量風(fēng)電機組；單葉片吊裝；風(fēng)機安裝

中圖分類號：TM 31" " 文獻標志碼：A

在眾多可再生清潔能源形式中，風(fēng)力發(fā)電具有建設(shè)周期短、發(fā)電效率高的優(yōu)勢，而海上風(fēng)電更具有穩(wěn)定性高的特點。目前，我國大容量海上風(fēng)電機組安裝工程主要是以分體式安裝技術(shù)為主，將風(fēng)機塔筒、機艙、輪轂以及葉片等零部件進行預(yù)組裝后，對其進行吊裝對接工作[1]。風(fēng)電機的葉片作為風(fēng)電機運行的關(guān)鍵組件，整體體積龐大、質(zhì)量大、極易受風(fēng)力影響等，導(dǎo)致吊裝工程實施難度較大[2]。因此，常采用將葉輪拆分為單葉片吊裝的方式進行施工，為了提高單葉片吊裝工程的質(zhì)量和安全性，本文以平潭海上風(fēng)電場為例，闡述了海上風(fēng)電機單葉片快速吊裝技術(shù)。對吊裝技術(shù)的準備工作（包括吊重分析、繞裝吊重分析等技術(shù)細節(jié)）進行確定，為后續(xù)安裝技術(shù)提供詳細的數(shù)據(jù)參考。

1 工程概況

平潭海上風(fēng)電場離岸約35km，水深40m左右。風(fēng)電場共建設(shè)了11臺海上風(fēng)電機組，包括目前全球已投產(chǎn)單機容量最大的16MW海上風(fēng)電機組，總裝機容量達111MW。其中，最大的16MW海上風(fēng)電機組采用四樁導(dǎo)管架風(fēng)機基礎(chǔ)，輪轂中心高度為152m，機艙、發(fā)電機組合體質(zhì)量達385t，葉片長123m，單只葉片質(zhì)量為54t，葉輪掃風(fēng)面積約5萬m2[3]。該項目全面投產(chǎn)后，年上網(wǎng)電量約3.6億kW?h，每年可替代10.38萬t標準煤，減少二氧化碳排放量約28.38萬t。該項目風(fēng)電機組的安裝技術(shù)主要采用了第四代海上風(fēng)電安裝平臺“白鶴灘號”，平臺可應(yīng)用于10MW級機上的海上風(fēng)電機組安裝。該安裝平臺擁有4條120m的三角形桁架式樁腿，出海作業(yè)時可以牢牢站立在海上，并配有2000t級繞樁式起動機，可有效提高海上風(fēng)電機組的安裝施工能力，提升機組的安裝速度[4]。

2 風(fēng)電機組原裝技術(shù)準備

目前，海上風(fēng)電機組安裝有多種方法，主要有整機安裝以及分體安裝等，其中，分體安裝技術(shù)對施工過程中的設(shè)備和技術(shù)等要求較低，小型起吊設(shè)備可以作為分體安裝的起吊設(shè)備。該方法可以有效應(yīng)對目前海上風(fēng)電場機組安裝過程中海面風(fēng)力過大問題，而整機安裝會增加機組的受力面積，增加施工難度[5]?；诖?，采用分體安裝法進行海面機組安裝時需要注意起吊設(shè)備的質(zhì)量要求。

2.1 吊重分析

海上風(fēng)電機組須依次按照塔筒組裝、機艙及輪轂組裝、機艙及輪轂吊裝、葉片吊裝等工序。而起吊機機艙在作業(yè)過程中對主吊機的要求最高，起吊機的主吊吊重的結(jié)構(gòu)如圖1所示[6]。

利用公式（1）計算其主吊質(zhì)量要求。

Wm=（Wγ+Wδ）k （1）

式中：Wm為主吊質(zhì)量要求；Wγ為機艙吊裝時質(zhì)量；Wδ為專用吊具質(zhì)量；k為施工時的安全系數(shù)。根據(jù)平潭風(fēng)電場實際情況，主吊機艙吊裝時質(zhì)量為231t，專用吊重為13.8t，靜施工取1.3安全系數(shù)，則該主吊所需吊重：（231+13.8）×1.3=318.24（t）。由圖1可知，當(dāng)回轉(zhuǎn)半徑為38m時，主鉤主吊質(zhì)量為400t＞318.24t，滿足要求[7]。

2.2 繞樁吊重分析

當(dāng)進行中塔溜尾時，繞樁吊需要的吊重最大，因此需要分析其中塔、頂塔的受力，有效控制繞樁吊重。該項目中塔和頂塔的受力分析如圖2所示。

其中，中塔起吊翻身時，輔助溜尾的吊重要求為57.59t，吊重機吊具質(zhì)量為1.35t，取1.3倍安全系數(shù)，可以計算中塔的吊重要求：（57.59+1.35）×1.3=76.622（t）。當(dāng)頂塔起吊翻身時，輔助溜尾的吊重為45.83t時，在吊重機安全系數(shù)不變的情況下，頂塔所需吊重：（45.83+1.35）×1.3=61.334（t）。當(dāng)繞樁吊機主鉤吊回轉(zhuǎn)半徑為35m時，吊機的質(zhì)量為80t＞76.622t，說明中塔溜尾吊重滿足要求。當(dāng)繞樁吊機主鉤吊至回轉(zhuǎn)半徑為38m時，吊機質(zhì)量為70t＞61.334t，說明頂塔溜尾滿足要求[8]?；诖?，繞樁吊機質(zhì)量基本滿足要求。

3 單葉片快速吊裝施工工藝

3.1 水平式單葉片吊裝與非水平式單葉片吊裝工藝對比

不同的吊裝工藝和吊裝施工技術(shù)有不同的優(yōu)點和特征，其中，水平式單葉片吊裝技術(shù)及其施工工藝的要求更高，對操作人員對起吊機的操作工藝和操作技術(shù)精度要求較低，具有良好的適用性，但是在安裝過程中，對纜風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定系數(shù)要求較高。另外，非水平式的安裝工藝則相對簡單，不需要復(fù)雜的裝卸工程，作業(yè)時間相對較短，具有一定的優(yōu)勢。具體的工藝對比見表1。

平潭海上風(fēng)電機組安裝選用的是第四代海上風(fēng)電安裝平臺，利用非水平式安裝工藝可以有效提高安裝效率。施工順序：按照塔筒吊裝→機艙吊裝→輪轂吊裝→葉片吊裝[9]。

3.2 塔筒吊裝

將風(fēng)電機組的部件運輸至風(fēng)電場后，通過船上的GPS及DP動力定位系統(tǒng)對其進行精準進點，對風(fēng)機主體進行吊裝。在安裝塔筒前，需要在安裝平臺上預(yù)先放置安裝工藝所需的高強度螺栓及相關(guān)工具，例如用地工具、密封膠等。在結(jié)束安裝后，需要對其進行密封，保證其穩(wěn)定性。另外，將運輸至底塔的工裝螺栓清除后，進行緩慢起吊。在上法蘭面兩側(cè)，按照3點、9點位置安裝兩個吊具，下法蘭按12點位置安裝一個吊具，螺栓力矩值為580N?m，安裝好塔筒吊耳后，通過檢查排水孔、電纜孔等保證塔基法蘭、塔筒連接技術(shù)符合安全標準。確定其安裝位置后，緩慢下落塔筒，保證安裝孔位置在撬棍的輔助下對正。在吊裝過程中，對“塔筒吊裝檢查項目表”進行驗收，經(jīng)過工作人員檢查簽字后完成吊裝。另外，在安裝過程中，注意天氣條件，禁止在雷電天氣作業(yè)，同時，注意塔筒內(nèi)避雨。在作業(yè)過程中，必須做好安全防護，穿戴勞保用品和安全帶。

3.3 機艙吊裝

要做好機艙安裝的預(yù)準備工作，保證主軸與輪轂連接的法蘭面、止口等位置清潔，檢查每根雙頭螺桿的螺紋標記，并且將雙頭螺柱標記尺寸一端從主軸端的通孔插入機艙內(nèi)。完成機艙安裝的預(yù)準備工作后，挑起機艙檢查其是否為水平狀態(tài)，若不是水平狀態(tài)，則放下機艙調(diào)整吊具。保證塔筒之間的連接處按照額定力矩50%扣緊，每個連接處力矩均達到要求，確認機艙每個連接位置無誤后，將起吊機艙至塔筒上方，保證機艙穩(wěn)定、落孔對正以及安裝面和法蘭面完全接觸后，每個安裝孔對齊后進行交叉打緊，在額定力矩下將其緊固后，吊車才能完全撤出。

3.4 輪轂吊裝

在安裝前，需要對輪轂和安裝部位進行清潔，去除灰塵、油污和銹跡等雜物，保證安裝面平整光滑?。并且檢查輪轂和輪胎尺寸，保證輪轂的直徑、寬度、孔距與輪胎的規(guī)格匹配，避免安裝過程中出現(xiàn)偏斜或不均勻的情況?。需要通過主吊機及繞樁吊機輔助完成輪轂吊裝，利用主吊機將單葉片起吊至吊裝吊點一側(cè)，繞樁吊吊輪轂翻身至工裝吊點后完成葉輪的翻身起吊工作。輪轂吊裝工作是實現(xiàn)單葉片吊裝安裝工藝的重要流程，首先，從導(dǎo)流罩內(nèi)部查出主吊點，將其固定在相應(yīng)的輪轂位置，其次，在輪轂的頂蓋位置安裝單葉片吊座，通過轉(zhuǎn)動機艙位置，保證輪轂位置和主軸連接，對螺栓、螺桿進行額定力矩完成打緊后，緩慢示范主吊機，最后，拆除輪轂道具，將卸扣和吊帶連在翻身吊具上后，移除主吊機。

3.5 單葉片安裝

在安裝工作前，根據(jù)主吊機以及繞樁吊機的中塔和頂塔的重力要求，保證葉片重力滿足吊具要求。在平臺船上組裝葉片吊具，將機艙偏航至葉片的安裝位置后，利用繞裝吊機將其葉片夾緊，并采用纜風(fēng)繩進行加固，起到穩(wěn)定葉片的作用。利用電子控制將葉片軸承和葉片安裝位置對準后，扣緊實現(xiàn)精準扣合。將葉片螺栓插入軸承中，使其與法蘭面完全貼合，使葉片的防雨環(huán)與導(dǎo)流罩等位置相互錯開，有效保證葉片的防雨功能。

4 結(jié)語

我國海上風(fēng)電技術(shù)在不斷創(chuàng)新和進步，在國內(nèi)用電需求量與日俱增的情況下，海上風(fēng)電是更加穩(wěn)定的可再生能源，海上風(fēng)電機的單機容量也在不斷增加，在遠海安裝風(fēng)電機組對目前的安裝技術(shù)來說是一個巨大的挑戰(zhàn)?；诖?，本研究在分析平潭外海的大容量海上風(fēng)電機吊裝技術(shù)的基礎(chǔ)上，將水平式單葉片吊裝與非水平式單葉片吊裝工藝進行對比，明確分析塔筒吊裝、機艙吊裝、輪轂吊裝等安裝技術(shù)，并對螺栓的安裝等進行詳細闡述，以期為我國大容量海上風(fēng)電機組安裝工藝提供參考。

參考文獻

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