浅谈风力发电厂塔筒吊装垂直度控制

张卫华（河南第一火电建设公司）

浅谈风力发电厂塔筒吊装垂直度控制

张卫华
（河南第一火电建设公司）

摘 要：在经济发展的同时，人们越来越注重对环境的保护，越来越多的国家提倡节能减排，减少因工业发展带来的污染。本文对风力发电厂塔架的吊装、塔架的力学进行了分析，结合风力发电机组相应技术的发展情况，为管理风力发电厂相关设备提出一些建议和措施。

关键词：风力发电厂；塔架吊装 ；塔架力学分析

0　引言

风力发电站机组的吊装需要按步骤一步步进行安装，安装对环境和技术都有一定的要求，安装的过程中必须保证工作人员的安全以及设备处于正常工作状态。风力发电厂塔筒的垂直控制范围一般是5～15cm左右，每种型号的设计都不太一样，要以制造商公司给出的技术规范为准。

1　风力发电厂塔架的吊装

1.1 关于塔架吊装的安全要求

1）在吊装现场的要求：参与塔架吊装过程的人员必须是经过专业培训的人员，在进行塔架吊装的过程中，除了负责指挥的工作人员在现场，协调配合工作；其他的无关人员不得在现场逗留，在现场的工作人员需要穿戴安全装置，不得在天气条件极差的情况下进行安装。

2）在搬运和起吊时的要求：在一般情况下，搬运和起吊一定要借助机械进行运转，在进行搬运和起吊前必须检查设备是否处于正常工作状态，设备的载重是否超出范围，在吊车中进行操作的工作人员除了具备上岗证之外，还应该具有一定的经验。

3）在接近风机时的要求：在天气条件恶劣的情况下，工作人员禁止靠近风机，在雷雨天气过去1h左右方能入内；在进行固定的时候，塔架门保持打开的状态，在吊物的时候，周围必须没有人员干扰，以防发生意外和风险。

4）在风机内部的要求：在风机内部，进行吊装的工作人员必须时刻穿戴好安全装置，在工作之前必须检查安全装置，在爬塔架的过程中需要检查是否固定牢固，避免引发安全事故，进行吊装必须在风力一定的范畴内，来确保安全性；在外部工作时必须系好安全带，需要使用的工具要放在安全距离之内；工作时一定要两人以上一起操作，互相之间应该使用对讲机进行联系。

1.2 风力发电机组吊装的方法

吊装过程包括各个部分的组成，包括电控柜、塔架、机舱等组成部件的安装。在安装各组成部件的过程汇总必须遵循一定的原则、按照相关的要求进行工作，检查设备是否处于正常工作状态，保证施工现场的安全。

（1）风力发电机的吊装

风场地区的风向以及风力变化频繁，发电厂所处的施工环境比较差，所以负责吊装的工作人员应该提前进入施工环境，对周围环境进行考察，观察可否利用现场的资源，采取措施，保证施工的正常进行。在吊装的过程中，观测当地的风向和风速，当风速大于8m/s的时候，立即终止起吊。风机设备的吊装包括塔筒吊装、机舱吊装以及风轮吊装，重点吊装集中在机舱吊装和风轮吊装。

（2）塔筒的吊装

在塔筒开始吊装之前，必须检查设备内的所有电缆，需要加固的地方及时加固，保证在吊装的时候电缆处于正常状态。

1）定位轴线及水准点的复测。在塔筒进行吊装的过程中，定位轴线需要多次复合，与多个单位一起对定位轴线进行确认，并随之对轴线进行标记，做好与之相关的保护工作；以建设单位提供的水准点，使用水准仪进行闭合测量，并将水准点投射到实际运用中，保证视线畅通。

2）构件标注。在吊装之前，画好塔筒的中心线，标注好标高线，观测中心线两边的塔筒是否完全对称，并注明安装的方向，标注的时候使用不同的颜色对不同的部件上色，以便于吊装的顺利进行。

3）塔筒垂直度的校正。在塔筒的纵横十字线的延长线上架设两台经纬仪，进行垂直测量，通过调整塔筒底面的螺母来校正垂直度，待校正完成以后，松开缆风绳不受力，在此进行校正，等待完全校准后将螺母拧紧。

（3）风轮的吊装

准备对风轮进行吊装的时候，需要观测风向、风速，当风速已经大于等于8m/s，立即停止所有的吊装工作。确定起吊风轮的两个叶片并且安装风轮吊带，在叶片的叶尖处安装保护套，保护套的上下端需要绑安全风绳，在主吊钩和辅助吊钩都安装好后，每条安全风绳的地方应该安排2人或者3人对风轮的状态进行控制。风轮进行起吊的时候，主吊机慢速升起，向辅助吊机吊点移动；辅助吊机保持不动的状态，同时保证吊带和叶片保持垂直，叶尖离地面距离保持1m以上。当风轮旋转中心达到机舱连接端面中心的时候，主吊服从机舱内指挥者的命令，控制风轮平稳地靠近法兰平面。机舱内的安装人员指导风轮上的连接孔与法兰孔对中，如果对接的过程中存在偏差，可以启动高速轴刹车盘，使两个孔对中。等所有起连接作用的螺栓都打紧力矩后，才可以松下吊机。

2　塔架的力学分析

在风力发电机组中，塔架的功能体现在支撑机舱和叶轮，将这些部件送到一定的高度，保证系统整体正常运行，最终得到一定的能量提供发电机发电。为了确保各机组可以正常运行，塔架必须符合相关的要求，包括刚度和强度，确保机组在恶劣的环境下可以正常工作，塔架可能会受到风向不稳定性的影响，因此必须具备一定的抗疲劳功能，这样才能保证塔架发挥应有的作用。从现状来看，塔架在具备一定高度和强度之外，还需要尽可能减轻重量，最终达到减少成本的目的，塔架在一般情况下均会设计为柔性塔。一阶固有频率比叶轮的旋转率大，大至3倍，所以在考虑设计的时候，需要综合考虑塔架与叶轮两者的共振情况。

在设计的时候为了满足塔架的要求，需要考虑的因素还包括静强度、屈曲和模态及疲劳度。在使用风力机塔的过程中，塔架呈圆锥状，塔的屈曲必须能够承受一定的破坏。对于大型的风力机塔架钢结构来说，屈曲能够使用材料力学的方法技巧进行探索，在设计和计算的时候，可以把塔架当成细杆或者是悬臂梁，这样设计和计算存在一定的弊端，计算出来的数值不精确属于估算值，具体操作还需要运用工程算法和有限元算法，这样算出来的结果才可以投入实际运用。一般情况下，工程算法可以使用国外的公式进行计算，这种算法具有局限性，国内的风力机组与国外的不一致，在计算时需要对公式进行调整，再投入实际运用。

在分析数据的过程中，最后需要运用有限元方法来检查结果是否可靠，风力机组的分析设计一定要经过实际操作，根据单元的材料、性质、节点数目等，找出单元节点力和节点位移的关系式，选择合适的位移模式，计算等效节点力，求解未知点的位移，从实际中发现问题、解决问题，才能得到理想的结果。

3　设备的管理

（1）实用配件的使用

风力机组的设计以及分析对于塔筒垂直度控制十分重要，但是设备管理的模块也关系着风力机组的运行安全，需要工作人员掌握一定的技术和能力。

设备配件的正确维护和管理可以保证风力机组正常工作，同时还能使设备的使用率大大提高，最终达到降低成本的目的。从目前情况来看，大型设备均由国外进口，结合实际情况，发电厂进行采购时会采购几年的设备，储存一些设备方便日后工作的使用。这些设备的价格比较昂贵，某些部件可能会因长期存储而受损，需要定期检查设备，如果发现设备出现损耗，必须及时对设备进行维修，如果设备损耗至一定程度无法维修，必须及时更换，切莫站在节省资金的角度忽略对设备的管理，结果会十分严重。由于部分设备是进口的，设备在投入实际生产之前需要进行一定的整改，必须满足我国对风力机组的需要。一些进口产品如果在国内可以生产，尽量选择在国内生产，可以通过减少交通运费而降低成本。

（2）设备的使用管理

一些工具设备必须按照操作流程进行使用，在使用过程中保持设备清洁。对于价格比较昂贵的设备应该安排专人对其进行看管，一旦发现设备有损伤必须及时进行维修。设备损伤达到不能修复的时候，需要马上向上报备申请报废，申请报废需要满足一些要求：工具的使用年限超过规定的期限，进行维修的代价大于重新购买。对于设备的管理人员进行专业的训练，满足要求的工作人员才能完成设备的管理工作，发现人员损坏工具的情况下，要对相关人员进行批评教育，根据具体情况考虑是否进行惩罚。

（3）对储藏设备的库房管理

一般情况下，风力发电厂处于比较特殊的环境中，因此发电厂的设备和配件的储存具有一定的条件要求。库房的环境一定要满足各种设备存放的要求，为了保证储存环境的安全，需要安装防盗系统和消防系统，制定相关的检查计划，定期对设备进行检查，防止设备因储存时间过久而锈蚀，最终损坏甚至完全报废。风力发电厂需要根据相关的规定进行规划和设计，采购的相关设备必须满足实际生产要求，最终达到减少成本的目的，在保证风力发电厂正常运转的同时，提高工作效率。

4　发电机组技术的发展

为了压缩风力发电机的生产成本，尽可能地提高发电机的工作效益和供电质量，确保风电机可以正常运转供电，因此风力发电机的发展趋势如下。

（1）大型化

风力发电机朝着大型化的方向发展，大型化的优点是占用的面积减少，成本相应减少，与此同时还可以保证风力发电机的使用效率。

（2）变转速

风力机组向变转速方向发展。向变转速方向发展可以减少发电机的体积重量，还可以节约成本，最终达到提高电能质量的目的。

（3）直接驱动

发展趋势趋近直接驱动。直接驱动可以使能量较少流失，还可以降低噪声，进一步完善风力机组的运行系统。

（4）无刷化

发展趋势为无刷化。无刷化完善风力机组的运行系统，与此同时增大发电机的工作效率。

（5）智能化

风力发电机发展趋势呈现智能化发展。趋于智能化发展，可以避免非线性因素的干扰。

（6）微风发电

发展趋势为微风发电。

在人们越来越注重对环境保护的同时，风力发电受到越来越多的关注，根据目前的实际情况来看，我国的风力发电机组的设计与分析技术尚未成熟，需要从国外购买先进的设备和器材，学习优秀的经验和技术，结合我国的实际情况，研发出适合我国生产的风力发电机组，并进一步完善风力发电厂管理设备和器材的体系，在保证设备正常运转的同时，提高设备的工作效率，减少总成本，最终达到自主建设风力发电站的目的。

5　结束语

随着大功率风力发电机的不断开发与应用，风力发电机运输与吊装的技术得到越来越多的应用，如何保证风力发电厂发电机在吊装方面的安全和效益是值得思考的问题，本文从实际情况出发，介绍了塔筒吊装的步骤以及塔筒吊装对环境的安全要求，呼吁企业加强对设备的管理，对发电机组的发展作出了评估。

参考文献

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[4] 莫文成. 风力发电系统及控制技术[J]. 现代企业文化, 2010(9).

收稿日期：（2015-05-04）