严格把守海上风电机组安装“质量关”

发布日期:2021-03-18· 能源高质量发展 张震

图 5 机舱专用吊具 图 6 风轮专用吊具 由于海上风电机组吊具在安装平台上受海上盐雾及海水侵蚀。吊索具使用 海上风电机组安装涉及风机主件安装和海上吊装过程。基础桩及套笼安装、塔筒安装、机舱安装、叶片组装、风轮系统吊装。


随着风电技术的发展,海上风电已成为可再生能源领域关注的焦点。我国海上风电资源丰富,发展潜力巨大,新增装机容量不断增加,对机组的安装质量提出了更高要求。

与一般的设备安装相比,海上风电机组安装环境更恶劣、难度更大,对风机部件的质量把控要求较高。由于船舶甲板施工作业面窄、空间狭小,而风机部件多数体积较为庞大,为吊装技术方案的选定带来了不便。因此,把握海上风电机组安装方法及质量控制,分析海上风电机组安装共性问题及解决方案,成为严格把守海上风电机组安装“质量关”的关键。

本文以国内某大型风电整机厂家生产的5兆瓦机组为代表,浅谈海上风电机组安装过程中的质量精细化管理问题。

海上风电机组安装方法及质量控制

近几年,我国海上风电发展迅猛,为减少安装中的不确定性、节约成本、缩短工期,海上风电安装一直以适当的成本投入及尽量减少海上作业时间为目标。目前海上风电安装使用的主要方法为机组传统吊法,即将风轮、机舱等设备运至海上作业平台附近后,逐项安装。

经过十几年的发展,传统吊法已得到广泛应用,作业内容主要有:基础桩及套笼安装、塔筒安装、机舱安装、叶片组装、风轮系统吊装。该方法在作业过程中,需要在海上完成机舱、套笼、叶片及风轮的吊装,要先用合适的特种运输船将设备运输到机位,再使用吊装船进行套笼、套筒、机舱、叶片及风轮的安装。

塔筒安装

根据传统吊法作业要求,在套笼安装完成后,底段塔筒准备起吊,在起吊前组好吊具,基础环内提前放置好海缆托架及底部构架调平底座等安装附件。吊装过程中,底段塔筒零刻度线要与基础环对零刻度对准。中段及顶段塔筒在安装前,需要过泊到安装船上进行“翻身”。过泊采用抬吊方式,缓慢起钩,保证塔筒在吊卸过程中维持水平位置,并吊运至卸货区域。将中段塔筒起吊并和底段塔筒对接,对接时注意零位标记及爬梯的对接。对齐后,将螺栓由下向上穿入法兰间连接孔,再以同样的方法安装顶段塔筒(见图1)。

图 1 中段塔筒安装图

塔筒运输船到达机位后,组织人员进行到货验收,确认专用吊索具性能,并进行专用吊索具安装。塔筒端面在安装之前需涂抹密封胶,塔筒连接螺栓及垫片按相应技术要求涂抹螺纹抗咬合剂。各段塔筒在安装塔筒固定螺栓前要进行确认,确保底段塔筒零位刻度与基础桩零位刻度对齐,中段及顶段塔筒连接要保证爬梯正好卡正,确定对齐后才可穿固定螺栓,并且螺栓力矩手动上紧后分两次用液压扳手打至最终力矩值,最终力矩要在机舱安装完成后方可实施。

机舱安装

机舱过泊与吊装采用特制工装配合特制卸扣、专用花篮螺栓及吊带装起吊,调节花篮螺栓长度使机舱前后保持水平,缓慢起吊,将顶段塔筒法兰与机舱连接的螺栓提前放置在顶段塔筒内部。机舱与顶段塔筒法兰孔位对接好后带入螺栓。机舱与顶段塔筒的最终力矩值分两次至最终力矩值。待机舱螺栓完成额定力矩并紧固完成后,吊车才能完全卸载压力(见图2)。

图 2 机舱吊装图

由于机舱起吊重量超过200吨且起吊高度超过80米,在起吊之前,需检查机舱各吊具的性能质量,吊具安装后需检查吊具的正确使用性及调整吊具安装位置,确保机舱重心保持平衡。由于塔筒越高,受风面塔筒摇摆系数增加越大,因此,在顶段塔筒安装完成后12小时内,必须完成机舱吊装。机舱在起吊至顶段塔筒上方时,需调整机舱位置,利用缆风机构对机舱进行微调,使机舱与顶段塔筒位置对齐后,方可穿入螺栓。

叶片安装

首先,采用3根A型吊带将轮毂过泊到安装船,固定在“米”字安装支架工装上。叶片采用两点抬吊方式安装,叶尖通过运输工装“下固定夹块”抬吊与轮毂组对。叶片过泊到船上后,拆除叶片运输工装,变桨操作配合叶片安装(见图3)。

图 3 风轮安装图

由于海上风电机组单机容量大、叶片扫风面积大,单支叶片长度超过70米,运输及安装过程中需保证叶片质量安全。叶片在安装过程中,采用双吊带抬吊的组装方式,在空中变换位置时,需注意观察叶片位置。在叶片与轮毂连接之前,需在轮毂法兰端面涂抹密封胶,手动变桨至合适安装位置,安装之前要保证叶片零刻度与轮毂轴承零刻度对齐。叶片与轴承固定螺栓拉伸要分50%、80%、100%三次拉伸至最终拉力值。三次进行拉伸完成后,方可吊车脱钩,再进行变桨操作。

风轮安装

挂风轮吊具采用两吊点配合作业,使用 1根B型风轮专用吊带、1根叶片溜尾专用板带、1组叶片护套、风轮起吊专用吊座工装吊装。专用吊座的吊点靠近机舱侧。主吊起升风轮,辅吊托引辅吊叶片并配合主吊变幅,将风轮吊高至机舱主轴前方,调整主吊钩位置控制风轮轴线和机舱轴线重合。如出现孔位不正的情况,需利用盘车机构进行盘车,直至两法兰面完全对齐贴合(见图4)。

图 4 叶片安装图

海上风电机组单机容量大,通常风轮系统总重量超过150吨,在吊装过程中采用单调点加遛尾辅助同时起吊。当遛尾叶片垂直后,靠近风轮配合盘车进行风轮对接,过程中要保证机舱与风轮位置对应,风轮没有完全对接完成,主吊没有完全脱钩前,不可进行盘车操作。风轮在安装过程中,螺栓及垫片要涂抹螺纹抗咬合剂,将全部螺栓呈“十”字交叉拧紧后,用液压扳手将力矩50%、100%紧固,方可释放负载并摘钩。该过程实施期间,要求全程人员跟踪指导做到实时记录。

吊索具使用

海上风电机组安装涉及风机主件安装和海上吊装过程,这两个过程的效率决定了海上风电机组安装效率和安全性。风机吊装重心高、长度长(单叶片超过70米)、吊装环境恶劣、作业时间窗口受限,且叶片及风轮在安装过程中需要在空中变化位置,不允许碰撞发生。机舱安装重心高度超过80米,单体重量超过200吨,在机舱吊装过程中,为保持重心平衡及对接时的高效性,需使用特定机舱吊装工装。因此,叶片、机舱及风轮在吊装过程中,使用专用吊具可确保机组安装效率,提高安装质量(见图5、图6)。

图 5 机舱专用吊具

图 6 风轮专用吊具

由于海上风电机组吊具在安装平台上受海上盐雾及海水侵蚀,且吊具有规定使用寿命,因此,在吊装过程中,要严格记录吊具使用次数,及时更换并定期检查具腐蚀情况。

海上风电机组安装共性问题及解决方案

海上风能具有风速大、风向稳定、湍流强度小等优点,已成为国内外开发利用的重点。…………

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