大型风电机组叶片吊装工艺及专用吊具分析

摘要：的大型化发展使得其叶片吊装难度增加。本文在阐述大型风电机组叶片吊装工艺的基础上，结合5MW以上大型机组叶片吊装实际，就其专用吊具的应用要点展开分析。期望能实现叶片的规范吊装，满足大型风电机组运作需要。

关键词：风电机组;大型化;叶片吊装;工艺;吊具分析

风电是一种清洁化的可再生能源，其在绿色经济发展中起到至关重要的作用。风电机组是风电生产的核心设备，步入新时期以来，风电机组出现了大型化的发展趋势，这使得机组叶片吊装的难度大大增加，基于此，有必要规范选择叶片专业吊具，控制叶片吊装工艺，为大型风电机组的运行和风电生产创造良好条件。

一、风电机组大型化对叶片的影响

推动风电机组的大型化发展是风电生产的内在要求，同时也是风电产业的主要趋势，其能在减少塔架基础成本的同时，提升风能利用效率，实现风电生产成本与效益的统一。对于大于5MW的风电机组而言，其多采用大叶片结构;大叶片结构的长度教长，刚度较小，而且叶片的柔性也越来愈大。有研究显示，叶片重量与叶片长度近似成三次方关系，即当叶片长度增加时，其质量也处于持续增长态势;这容易产生交变荷载，影响叶片及机组使用寿命，并对风电生产效率具有较大影响。基于此，在使用大叶片结构过程中，现阶段的风电机组叶片还具有轻量化发展的特征[1]。

二、基于大型风电机组的叶片吊裝工艺

1、叶片吊装该工艺

作为风电机组的重要构件，叶片通常安装在轮毂上，并与其合称为叶轮，其能通过转动使得风能转化为机械能，进而带动发电机组发电。受自身结构影响，叶片吊装是风力发电机组安装作业工艺性最差的部件;一方面，叶片本身容易受风荷载干扰，为确保吊装、安装作业规范，需保证叶片吊装时的风速不超过8m/s。另一方面，叶片结构细长，其重心难以有效确定，影响了吊装的效率。

2、具体吊装工艺

2.1预装三叶片

作为大型风电机组施工中较为常用一种方式，预装三叶片工艺现需要将轮毂水平置于地面，然后按照顺序将3片叶片与轮毂组合在一起，形成叶轮组合件，随后按照水平起吊叶轮组件、空中翻身、轮毂安装、叶轮及轮毂控制作业的流程进行施工。该工艺下，在地面组合3片叶片与轮毂，工艺难度整体较小，但是由于叶片本身的尺寸较大，故而重视组装场地面积控制。同时应注意叶轮组合件起吊翻身及移位转运控制，避免叶轮组合件受损。此外在后期起到中，如果叶根部位具有良好的强度，则需要在2片叶片的叶根位系上吊索，同时需在第三片叶片部位设置翻身吊索，为后期吊装创造良好条件。

2.2预装两叶片

预装两叶片下，叶片与轮毂提前组合的片数不同，其具体吊装工艺也有较大差异。通常采用预装两叶片吊装时，首先要将机舱置于地面，完成轮毂与机舱的组合装;其次要按照竖直面为羊角状的要求，进行在轮毂上安装两片叶片，实现叶轮与轮毂的结合;随后在检查结合件质量的基础上，应控制吊装环境，进行组合件吊装，并将吊装的构件安装在塔架顶部，最后完成第三片叶片的吊装与空中组装。

2.3直装三叶片

直装工艺不预先进行叶片与轮毂的结合。在直装工艺下，先进行轮毂与机舱的组装，组装完成后将其组合吊运安装到塔架顶部，随后按照顺序起吊的方式，完成三片叶片的吊装，实现叶片与轮毂的空中组装与结合[2]。本工艺下，由于三片叶片均在控制组装，整体难度较大，应重视专用吊具的规范使用，同时在完成第三片叶片安装前，需重视风机主轴控制，确保其能提供一定的反向转矩，消除叶轮不平衡所产生的转矩。

三、大型风电机组叶片吊装专用吊具分析

1、吊具结构分析

本研究以5MW以上大型机组叶片吊装专用吊具为例，此类吊具不仅包含俯仰结构、旋转结构，而且涉及抱合结构、夹持结构，此外配重及液压系统也是其重要的组成部分。其中俯仰结构具有较强的调节能力，其能使得吊具绕水平横轴转动，并对抱合结构的姿态进行控制，实现叶片的高效、精准加持。旋转结构在叶片绕水平纵轴角度调节中起到至关重要作用，在旋转结构作用下，不论是在水平、垂直状态，还是在120°羊角状态，叶片均能实现高效安装。抱合结构起到加持叶片的作用;而加持结构能实现夹持板与叶片的紧密贴合，实现叶片的有效保护。

2、吊具作业参数控制

要提升大型风电机组叶片吊装作业的规范性，还应重视吊具使用参数的控制，结合这些参数对吊具的开合、夹持、俯仰、旋转等动作进行精确控制。譬如在LZ75-6.0叶片吊装中，此类叶片的长度为75m，叶片配重后，其质量为3000kg，此外重心位置维护22.35m。在该叶片吊装中，对于吊具的使用控制以下参数：其一，在环境参数控制中，要求风力不超过8m/s，即风力需达到4级风以下条件。其二，在吊具机械手控制中，要求价差的误差不超过±1m。其三，在吊具俯仰结构、旋转结构控制中，要求其能按照0°～-40°俯仰姿态和±130°旋转姿态作业;并且要求加持结构的还是用不得对叶片造成损伤。其四，控制吊具驱动系统，采用380V线路实施有线供电，并实施吊装过程的远程无线遥控。其五，为保证吊具使用的安全性，应为吊具设置闭锁结构，积极发挥闭锁功能，避免吊装事故发生。

3、重视不同工况下的吊具控制

要提升吊具应用质量，还能过重视不同工况下吊具的使用。如在水平状况下，大梁处施加压力提供摩擦力，前缘提供支撑力;而在竖直吊装工况是，应充分发挥根部夹具作用，避免叶片滑落，并且应尽量减少叶片与夹具的相对滑移;此外在旋转或倾斜下，应在保证根部夹具机械力的基础上，控制夹具表面的摩擦力，提升叶片的夹持吊装效果。

结语

叶片吊装工艺的应用对于大型风电机组功能发挥具有积极作用。新时期，人们只有充分掌握大型风电机组叶片特征，规范使用吊装工艺，并精准控制专用夹具的使用，才能有效提升叶片吊装的效率和质量，为大型风电机组运行创造良好条件，促进风电产业的发展。

参考文献

[1]李向才，阚子龙.缆风控制系统在海上风电超长、超宽单叶片安装中的应用[J].中国高新科技，2020（22）：98-99.

[2]周通.大容量海上风电机组叶片吊装工艺分析——基于福清兴化湾海上风电样机试验风场[J].水电与新能源，2019，33（3）：73-78.

作者简介：殷金辉（1991.07.03-），男，汉，甘肃酒泉人，本科，甘肃省特种设备检验检测研究院，中级工程师，研究方向：风电叶片测试技术。