风机叶片高空组合施工技术

李力强，曹 磊

（1.中国能源建设集团山西电力建设第三有限公司，山西 太原 030000；2.中国能源建设集团广东天安项目管理有限公司，广东 广州 510663）

0 引言

随着风电场建设的高速发展，国内优质风电建设场地日益减少，不少山地风电只好将机位点选在山脊上，平原风电则通过采用高塔筒、长叶片、大功率风机等方式获得较高的发电量。但传统的风轮地面组合方式占地面积大、征地困难、对吊装平台及周边环境要求高等因素，严重制约了大型风机的吊装。在这种情况下，本文提出了风机风轮单叶片空中组合施工方法，该方法打破了复杂地形的限制，有效地利用了原本无法进行地面组装风轮组合的有限场地，在树木茂密、山体阻碍区域完成了吊装作业，减少了对山体树木植被的破坏。

1 风机叶片高空组装工艺的提出及实施

广东华润清远佛冈风电场项目装机规划为：单机容量3 MW风机5台，单机容量3.2 MW风机11台。其中3 MW风机的轮毂高度90 m，叶轮直径135 m；3.2 MW的风机轮毂高度90 m，叶轮直径145 m。该风电场地处山区，机位点选在山脊上，若按传统的风轮地面组合整体翻转吊装方式进行安装，施工成本太大。经过对多个方案的比较分析，最终确定采用风机叶片高空组合施工技术。

风机单叶片高空组装技术一改以往常规的叶轮地面组合安装方式，通过使用制作的叶片专用吊装工具来保证叶片安全平稳地在空中完成与轮毂的组合。另外，借助风力发电机自身的盘车系统，可以将轮毂的位置旋转到下一个轮毂与叶片对口的位置上，便于吊装作业进行。该项风机叶片高空组合技术创新点：叶片专用吊装工具，具有高空脱落钩功能，从而减少了对口完成后摘钩作业过程中的安全风险；采用专用吊具夹持机构夹持叶片，比常规采用的专用吊带吊装叶片，可以提高吊装作业过程中的安全性。

2 专用吊具的制作要求

叶片专用吊具要具备以下条件：安全性好，可靠性高；组合安装方便，操作简单；长度可调，适应不同叶片规格（这样可重复利用）；强度大，不易变形；叶片防滑及防护好。另外，为了减少叶片与轮毂高空对口完成后摘钩作业过程中的安全风险，单叶片专用吊具在制作时，要实现高空自动脱落钩，便于叶片就位后的摘钩作业。

叶片专用吊具总体结构包括：前后上下调整俯仰机构、可以调节叶片绕叶片水平轴转动旋转的机构（可实现风机叶片在水平状态、垂直状态和120°状态这3种情况下进行安装就位）、固定叶片的抱合及叶片夹持机构等。专用吊具俯仰机构的功能：调节专用吊具绕叶片的水平横轴转动，变换抱合机构的上下俯仰姿态，方便专用吊具夹持抱合风机叶片等。

专用吊具抱合机构的功能是直接抱合固定住叶片，通过抱合机构闭合和打开，可实现专用吊具与叶片的抱合与脱离，在安装结束后专用吊具脱离叶片。利用夹持板与叶片面上的贴合，抱合机构提供合适的夹持力度，防止叶片在自身重力下滑脱，能有效保护叶片的叶面部分。配置固定或可移动的配重，以调节吊具和叶片的整体重心，便于改变叶片的姿态，并提高作业过程中的安全稳定性。

专用吊具作业过程及步骤：准备就绪—打开抱合机构—夹持叶片—吊起叶片—水平工况—倾斜工况—竖直工况—脱离叶片。

3 组合安装工艺流程及操作要点

按照设计及厂家安装说明书分别进行塔筒吊装、机舱吊装、轮毂吊装等工序安装完成并验收合格后进行叶轮组合（叶片）的安装。具体步骤如下：

a）叶片卸车、准备及翻转。叶片运输至现场后，依次进行叶片的清洁及附件安装、叶片螺栓润滑、装配柱头螺栓、叶片翻转、安装叶片根部防尘罩等工作。

b）叶片的吊装及组装。根据《风力发电场安全规程（DLT 796—2012）》中6.4.1规定：叶轮和叶片起吊时，应使用经检验合格的吊具。叶片起吊前，叶片专用吊具应检查并经试验合格。叶片专用吊具应做的检查及试验如下：一是对专用吊具上所有焊缝进行无损探伤检测，要求焊缝无缺陷。二是对专用吊具要进行125%的静载试验。要求试验重物离开地面约100 mm高度后，保持10 min后卸载，要求专用吊具整体结构无明显的变形、开裂、油漆脱落等现象。

叶片吊装：以SCC6500E履带式起重机为主吊，使用叶片专用吊具，在确认吊钩位置垂直方向上与叶片重心重合后，起吊叶片，拆除叶片与叶片运输车辆之间的连接螺栓，起吊前确认保证叶片外壳平表面朝向地面及叶片前缘朝向机舱的前端，在叶片叶尖的适当位置通过叶片保护袋将揽风绳固定，在叶片的整个起吊作业过程中，安排多人拉住揽风绳，控制叶片在吊装过程中的随风漂移。当叶片起升到位于轮毂上叶片安装位置时，以叶片0点为基准固定点，通过风机上的变浆电机将变浆轴承0度位置调整到与叶片位置相对应的位置上，使风机变浆轴承0度与叶片0度标记点对正。当叶片与轮毂对正后（标记位置对正），进行叶片与轮毂的组对作业。在双头螺栓螺纹部分涂二硫化钼，安装所有螺栓、螺母和垫片以及与叶片对应的锁定块，使用液压扳手，按风机安装说明书要求的螺栓拧紧力矩及要求拧紧螺栓，当所有螺栓按要求紧固完毕固定叶片后，取掉导向螺栓，并使用锁定块的长螺栓代替。

叶片空中组对：以叶片0点为基准，通过变浆电机将变浆轴承0度位置调整到合适位置，将变浆轴承0度与叶片0度标记点对齐。通过液压变桨泵调整，使螺栓顺利地进入螺栓孔。就位第一片叶片后，确保刹车卡钳处刹车手动泵读数为14 MPa，这样可以确保双锁定轮毂。第一片叶片安装完成后，当叶片处于86°~90°(垂直方向)时，锁定螺栓必须锁入轮毂上的锁定槽，防止装配时转动，否则就应对锁定位置进行检查并重新设置，使用锁定块锁定叶片后，降低变压泵的压力。操作变桨泵，让变桨油缸里的油流回来，防止轮毂出现漏油情况，将轮毂所有工具回收到机舱，断开电磁阀中的变桨泵连接头和油管接头，退出轮毂。使用锁定块锁定轴承，取出轮毂中所有工具，并在操作员撤离后，转动轮毂，开始安装第二片叶片，此时释放刹车钳中的手动液压泵压力，转动传动装置，使轮毂第二片叶片安装口转至安装位置，按以上第一片步骤组对第二片叶片。第三片叶片安装也按以上步骤进行。3个叶片必须在一天内组装完成，并采取必要的防风措施，确保风机叶片、风机轮毂设备不被损坏。

4 安装过程中的注意事项

吊装前风场道路必须满足风机设备及吊装机械设备运输条件，风机设备的吊装场地必须平整坚实，满足吊装机械设备使用说明书上所要求的吊车站位地基承力的要求；吊装场地必须满足主力吊装机械的安装以及拆卸对场地的需求。安装过程中风机设备螺栓紧固力矩必须按照风机安装说明书要求的安装工艺施工，所有螺栓按说明书要求全部紧固完一遍后，才能进行下一步工作。螺栓紧固力矩严禁超过风机说明书紧固力矩或不足风机说明书所要求的螺栓紧固力矩。

5 风机叶片空中组合施工技术的特点

风机叶片空中组合施工技术的主要特点有以下几方面：第一，可适当节约施工场地，降低施工成本，只需满足主辅起重机站位和回转要求即可，对于不同单机容量的机组，可以节约40%甚至更多的吊装作业平台面积。打破复杂地形限制，有效利用原本无法进行地面组装风轮的场地，能在树木茂密、山体阻碍区域完成吊装作业。第二，迎风面积减少，采用单叶片高空组合施工技术，可以将吊装安全临界风速提升至12 m/s，增加了吊装窗口期；有效降低起重机械倾覆力矩（可降低起重机械），有效增加年台班数，降低风电施工成本。第三，增加专用吊具后，由于专用吊具可自动脱落摘钩，可以减少高空组对作业过程的风险，并且吊具可以重复使用。第四，单叶片利用吊具可将高空组对作业人员的数量减少至1/3（相对于地面组对人员）。第五，单叶片空中组合安装技术的最大优势是减少了叶轮地面组合整体吊装翻转时对叶片造成的内部损害，保证了风机以后的长期安全、稳定运行。第六，主吊装机械吊点、叶轮重心点及两侧与叶片接触处的辅助吊点在一条直线上，保证了叶片与轮毂的对接角度，从而使叶片与轮毂对接更为准确、高效。第七，该专用吊具适用于风机叶片的高空吊装、更换拆卸等作业，具有吊装成本低、效率高、操作简便、适用范围广等优点。第八，单叶片吊装起吊与轮毂对接施工技术，比常规的叶轮地面组合（三叶片）后整体吊装就位用时可减少1/2[1-2]。

6 结束语

目前，我国风电机组朝着大容量化、大型化发展，常规采用的三叶片地面组合整体翻转施工工艺将较难实施，本文介绍的单叶片吊装高空组合及吊装采用专用吊具的创新性施工技术，不仅对同类型风电项目建设及国内的大型风力发电机组的安装具有现实的指导意义，而且对风机叶片的检修更换施工作业也有一定的参考应用价值。