4兆瓦风机机舱

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1、4 兆瓦风机机舱 -轮毂-叶片整体安装施工技术摘要：各个风电机厂家对各自不同机型的风电机，均有各自特定的吊装方式， 在施工过程中，应根据不同的风机机型、施工环境等因素，选择合适的施工方法。 本文介绍了上海电气4 兆瓦风机工装塔筒单叶片吊装、机舱-轮毂-叶片整体安装 的施工技术，研制了机舱-轮毂-叶片整体安装专用吊具，为单叶片安装、机舱-轮 毂-叶片整体安装设置了安全可靠的缆风绳系统，保证了叶片、机舱-轮毂-叶片整 体安装平稳可靠的安装，为风机海上整体安装提供了一种新的组装方式。关键词：单叶片安装；整机吊装；专用吊具；缆风系统；工装塔筒1 、概况1.1 工程概况国电舟山普陀 6 号海上风电场 2

2、 区工程位于舟山市六横岛东南侧，风场东西 长约12km，南北宽约35km，总面积约50km2。风场场区内海底地形变化较小, 水深在12m16m之间。风电场总装机容量为252MW，布置63台上海电气SWT- 4.0-130风电机组，风电机组采用平行排列的布置方式，风机行内间距400m，行 间距2100m，风机基础结构形式为高桩承台基础结构形式。1.2 总体施工方法 根据本工程节点工期目标、施工海域工况、结构特点等条件，风机安装采用海上整体安装的总体方案，主要施工方法为利用组装基地码头起重机将风机各部 件在风机专用运输驳上组装，整体运输至风电场，采用大型起重船进行风机整体 安装，柔性和精定位安装体

3、系就位。风机在运输驳上组装需要根据不同风机厂家的技术要求，结合风机组装基地 码头前沿的水文、气象等自然条件，制定针对性的施工方案。本工程采用上海电气 SWT-4.0-130 风电机组，根据厂家安装手册的工艺要求 在风机塔架组装完成后，直接在塔架上进行机舱和轮毂吊装，然后依次进行三片 叶片安装。2、技术要点和难点2.1 技术要点 风机在运输驳上组装过程中运输驳会因风、潮、涌等影响产生前后左右摇摆 及上下起伏等不规则运动。根据观测，风机运输驳的上下升沉位移相对较大，当 船舶升沉超过一定范围时，叶片与轮毂组合的螺栓易受剪力影响，这将对安装质 量产生极大的危害。如何规避或者减少此类不利因素的影响，是保

4、证风机安装质 量的关键。根据对六横组装基地码头前沿的水文及气象条件进行分析，结合公司在东海 风电、临港风电等多个海上风电安装的施工经验，本工程风机机舱、轮毂和叶片 吊装采用“工装塔筒”工艺方案，即在码头前沿配置一座工装塔筒，在工装塔筒上 完成机舱、轮毂和叶片组装，然后将机舱-轮毂-叶片组合（以下简称“整机”）整 体吊装至风机运输驳的上塔筒上。该方案将叶片和轮毂组装工序由“静-动”转变为 “静-静”吊装，有效地规避船舶升沉对高强度螺栓的影响，保证叶片组装的质量。2.2 技术难点 在工装塔筒上安装机舱、轮毂和叶片的工艺与厂家要求的工艺基本相同，如何将“整机”吊装至风机运输驳的上塔筒上是本工艺方案实

5、现的关键。主要有以下二个技术难点：（1）该风电机原有的吊点仅适用于机舱和轮毂组合吊装，如何在原有的吊点 的基础上，进行合理的布置，并适配相应的“整机”专用吊具，是本工艺方案实施 的基础；（2）该风电机采用的叶片的背部及叶尖上缘均设置了锯齿状的气动附件，如 何在叶片上布置缆风绳，是本方案实施的安全保障。3 、“整机”专用吊具本工程风机机舱和轮毂组合重量为 185.8 吨，三片叶片安装完成后，“整机” 重量增加至 240.7 吨，重心也发生了变化。因此，在进行“整机”吊具设计时主要有以下二个关键技术点：（1）“整机”的重量增加了54.9 吨（即三片叶片的重量）。根据厂家的技术 要求，机舱和轮毂上的

6、吊点无法改变，且不能承受增加的重量。经过综合考虑， 在叶片上设置二个辅助吊点，用于承受增加的重量。（2）由于叶片呈现不规则形状，“整机”的重心难以精确计算。在吊装过程中 需要保证“整机”尽量水平，并保持各吊点受力在限制荷载之内。因此，在吊具的 前部设置了杠杆，用于平衡轮毂和叶片吊点受力，在轮毂的吊点上设置长度调节 装置，用于调整“整机”吊具的重心。经过以上分析，结合其他项目整体吊装的经验，联合上海电气设计了“整机” 专用吊具。“整机”专用吊具兼顾了机舱和轮毂组合吊装和“整机”吊装二种吊装方 式，主体结构参照机舱轮毂专用吊具设计，结构上进行加强。整体吊具结构及布 置见图 1。图 1 ：整体吊具结

7、构及布置图该吊具主要由顶部吊具、主吊梁、配重块等组成，并配置相应的吊带、卸扣 等。主吊梁由主梁、尾梁、中间杠杆等组成；顶部吊具和主吊梁及起重机吊钩之 间采用吊带连接；中间杠杆设置在主吊梁前部，与轮毂之间设置了一只花兰螺栓 用于调节和平衡轮毂和叶片二者的吊点，如图2 所示。图 2 ：中间杠杆调整示意图机舱和轮毂的吊点不变，设置在原有的机舱和轮毂组合吊装的吊点上，通过 吊带与主吊梁连接。由于机舱和轮毂原有的吊点无法承受增加的叶片重量，在保证机舱和轮毂原 吊点载荷不变的基础上，在其中二片叶片的根部增加叶片辅助吊点，分别采用二 根 30 吨扁平吊带与中间杠杆相连。4 、叶片缆风绳系统 叶片密度较小、受

8、风面积大，在进行与叶片相关的吊装时，必须设置可靠的 缆风系统，以保证吊装过程的安全。4.1 机械缆风绳装置本工程叶片长度 63.45 米，叶片以立面状态进行吊装，受风力载荷很大，加 上叶片吊装高度达 65 米以上，人工牵引缆风绳很难保证叶片吊装过程的稳定。 因此在主吊机（1600T履带吊）上设置机械缆风装置，能有效的解决该问题。机械缆风系统主要由三个部分组成：主梁和三角架、卷扬系统（卷扬机及钢 丝绳）及控制系统，如图3 所示。图 3：机械缆风装置主梁和三角架通过卡箍固定在1600T履带吊大臂上，主梁和三角架之间的间距，可根据叶片吊装的高度来确定。卷扬机固定在主梁上，牵引钢丝绳延伸至三角架，拉直

9、后作为叶片夹具卷扬 机钢丝绳的滑道，叶片夹具卷扬机钢丝绳单根拉力可达 100KN。叶片吊装过程中，通过控制柜内的手持操作器，控制牵引钢丝绳的伸缩，使 叶片处于稳定状态，并根据吊装工况，及时调节叶片姿态，使叶片平稳、精确地 与轮毂对接。4.2“整机”吊装缆风绳布置整机”组装完成后重约240吨，叶轮直径为130m，重量重、受风面积大，必 须设置可靠的缆风系统，控制“整机”吊装过程中的方向，才能防止机舱或者叶片 与吊车臂架相碰，保证“整机”吊装时设备的安全。“整机”专用吊具长度为 13.98 米，两端设有缆风绳挂点。但由于叶片受风面 积大，缆风牵引力臂太短，整体吊过程中缆风绳很难起到调节及稳定作用。

10、为增大力臂长度，需要将缆风绳设置在叶片的尖部。“整机”吊装时三片叶片 呈现正Y形态，为保证缆风绳牵引的效果，左右两翼叶片均设置两根缆风绳，在 吊装过程中四根缆风绳根据机舱轮毂叶片的回转，两根作为主缆风，两根作为辅 缆风，如图4所示。图 4：“整机”吊装缆风绳布置示意图由于叶身上布置有疏风齿、涡流发生器等气动附件，在安装和拆除缆风绳及 吊装过程中，需避免其损坏。在叶片结构强度满足缆风绳牵引拉力的前提下，为了最大限度地保证缆风绳 力臂长度，同时保护叶尖疏风齿不受损坏，将缆风绳的挂点选在叶尖支架前 1-2 米处，涡流发生器通过专用夹板进行保护，见图 5。图 5：叶片缆风绳挂点布置图叶片挂点选用两根5

11、T*6米的吊带；叶片薄缘位置采用羊毛垫或其他柔软物品 进行保护；为防止吊带、专用夹板、羊毛垫等在吊装过程中脱落，采用2根5T 的收紧带固定，如图5所示。“整机”吊装时叶片吊点、整体吊叶片缆风绳挂点均在叶片吊装前布置完成， 最大程度的减少高空作业；在整体吊完成后，将叶片盘车至垂直向下的状态，通 过吊机使用吊篮搭载高空作业人员进行拆除，拆除过程需做好安全防护措施。5、主要施工方法 风机上塔筒在运输驳上安装完成后，即可将预组拼完成的机舱轮毂吊装至工 装塔筒顶部，然后采用叶片专用夹具将三片叶片依次与轮毂在工装塔筒上完成对 接，再将“整机”吊装至运输驳的上塔筒上。5.1 机舱和轮毂吊装采用专用吊具将机舱

12、和轮毂组合起吊至平板小车上，运输至码头前沿，利用 码头吊机将机舱和轮毂组合起吊至工装塔筒上，按要求紧固好连接螺栓，安装完 成后进行避雷针接线。5.2 叶片吊装叶片吊装前，在二片叶片上安装“整机”吊装所用的叶根吊带和缆风绳挂点。（1）根据“整机”吊装时叶轮呈现的姿态确定设置吊点的二片叶片，根据叶片 起吊方向将扁吊带环绕紧固在叶根指定位置上，并通过吊带绑扎网将吊带固定在 叶片上，固定的位置应与叶片防雨罩及气动锯齿均无干涉，如图6所示。（2）根据本文4.2的方法安装叶片缆风绳挂点。（3）采用叶片专用吊具进行单叶片安装，将叶片利用平板车运输至码头前沿， 利用码头吊机将叶片缓缓吊起，拆除叶片支架。（4）

13、吊装过程中，利用叶片吊装专用缆风绳系统，控制牵引钢丝绳的伸缩， 使叶片处于稳定状态，并根据吊装工况，及时调节叶片姿态，使叶片平稳、精确 地与轮毂对接。（5）叶片呈水平状态慢慢吊于轮毂叶根轴承法兰接口处；通过安装调试电源 盒对轮毂轴承进行变桨微调，所有螺栓顺利穿入变桨轴承孔内，带上螺母，按要 求紧固螺栓。采用同样的方式，安装其他两片叶片。图 6 ：叶片吊点布置图5.3 “整机”吊装叶片安装完成后，将叶片盘车至正 Y 状态，将“整机”专用吊具与各吊点相连 进行“整机”安装。整体起吊前，四根缆风绳各安排人员一组人员牵引，每组人员均配备对讲机， 由主起重指挥统一发号指令；由于码头位置比较紧凑，需提前考

14、虑好叶片缆风绳 的角度，安排船舶作为缆风绳占位点，配合整体起吊安装。检查确认吊具连接状态和缆风绳牵引情况，缓慢提升吊钩，使各吊点受力。 整体吊具轮毂吊点为花兰螺栓连接，由于吊带制作精度及安装位置的误差，轮毂 吊点连接后中间杠杆不一定水平，需通过调节花兰螺栓使中间杠杆基本水平，如 图 2 所示。当目测机舱吊点、轮毂吊点吊带均垂直向下，调整1600T吊机主钩预拉力至 240T （整机”重量）。拆除机舱与工装塔筒连接螺栓时，密切观察机舱移动趋势，并适时调整吊机 主吊臂，保证所有螺栓大致处于螺栓孔中心位置；螺栓不宜一次全部拆除，应至 少保留 3 颗（这三颗螺栓最好为双头螺杆，待机舱-轮毂-叶片整体脱离

15、工装塔筒 法兰时，能较方便的松除螺帽）；起吊过程中需测量并保证偏航刹车盘与水平面之间夹角不大于3度，如图7 所示。首台吊装时还应记录叶片吊带周向固定位置、调整后华兰螺栓长度，为吊装 后续调整做调整参考。图 7 ：起吊时偏航刹车面示意图吊机将“整机”起吊离开工装塔筒后， 1 号缆风绳和3 号缆风绳作为主缆风， 2 号和4号缆风绳作为辅助缆风绳，控制“整机”转动方向。在“整机”向运输驳塔筒 转动的过程中， 2号和4号缆风绳需逐渐变成主缆风绳、 1号和3号缆风绳逐渐 变为辅助缆风绳。回转过程中，通过缆风绳控制吊机主臂与叶片和机舱的相对位 置，防止主臂与“整机”相碰。吊机将“整机”吊至运输驳塔筒上方后

16、，通过缆风绳对“整机”角度进行微调， 将事先装在机舱上的定位销与塔筒的法兰孔精确对接，穿上高强度连接螺栓，吊 装工况如图 8 所示。图 8：“整机”吊装图螺栓连接完成后，按要求完成力矩终紧。至此，一台4.0-130风电机组组装完 成。6、结语随着近些年海上风电积极探索和实践，我国海上风电进入大规模发展阶段， 呈现出风电机型多样化、施工环境复杂化、施工机械丰富化等特点，风电机安装 技术需要针对不同的施工环境、风机机型等因素，选择合适的施工工艺，配备相 应的施工机械。本文结合国电舟山普陀6 号风场2 区工程海上风机安装项目，针 对上海电气 SWT-4.0-130 风电机组，开发了工装塔筒单叶片吊装、机舱-轮毂-叶片 整体安装等施工技术，保证了叶片、机舱-轮毂-叶片整体安装平稳可靠的安装， 为风机海上整体安装提供了一种新的安装模式，拓宽了风机组装的思路。参考文献：1 4.0-130 机组整体吊装吊具使用说明上海电气风能有限公司