大容量海上风电机组单叶片吊装技术研究

张程远，项建强

(福清海峡发电有限公司，福建 福州 350300)

受台湾海峡狭管效应影响，福建风能资源非常丰富，风能储备位列全国前列[1]，近年来，随着我国海上风电的快速发展和技术创新，海上机组单机容量不断增大，如：福清兴化湾样机试验风场14台风电机组均为5～6.7 MW的大功率风电机组[2-3]，福清兴化湾二期海上风电场机组已涵盖8、10 MW机型[4-5]，机组容量的大型化，其重量和体积也在不断增大，大幅增加了吊装技术难度和吊装工艺[6]，本文以福清兴化湾海上风电场二期项目8 MW海上风机吊装为例，详细概述了大容量海上风机单叶片吊装技术经验，为后续超大容量机组吊装积累经验。

福清兴化湾海上风电场二期项目地处福清市江阴半岛，总装机容量280 MW，共规划安装45台5 MW及以上大容量机组，机组涵盖2台8 MW风电机组。

1 8 MW海上风电机组主要信息

2台8 MW海上风电机组分别由国内2家知名风机供应商供货，机组信息见表1。

表1 风电机组信息表

2 施工船机设备

选择自升式风电安装船“三航风和”号进行2台8 MW海上风机安装，“三航风和”号型长90 m，型宽40.8 m，配备1 200 T和360 T主辅起重机两台，均采用液压绕桩全回转型式，主吊最大吊高在甲板面以上130 m。桩腿长度89.7 m，最大作业水深可达50 m。

3 风电机组安装方案

2台8 MW海上风机采用大部件分体安装、风机叶片采用单叶片安装方案，其中GW175/8MW海上机组采用水平式单叶片安装，MySE180/8MW海上机组采用非水平式单叶片安装。

4 单叶片吊装控制要点

从施工准备、塔筒吊装、机舱组合体吊装及叶片吊装等吊装工序对风机各部件安装控制要点及风险进行详细分析。具体控制要点详见表2。

表2 单叶片吊装控制要点

5 单叶片安装技术

5.1 GW175/8MW海上机组水平式单叶片吊装

1)蓓蕾平台搭设。采用单叶片吊装工艺利用叶片夹具夹持叶片时需保持叶片静止状态，才可满足叶片夹具夹持条件，叶片在运输船上受涌浪影响无法达到叶片夹具直接夹持条件，所以需将叶片过驳至平台船上进行叶片夹持动作。GW175/8MW海上风机叶片长度85.0 m，运输支架间距52 m，受船舶甲板限制，叶片无法直接过驳放置至甲板面上， 需要在船舷两侧搭设平台以便叶片支撑工装放置。

2)吊臂机械缆风布置。叶片夹具缆风采用回转平台上的2个10 t卷扬机作为机械缆风系统，在主臂约60 m位置布置缆风索导向滑轮，保持在叶片吊装至安装位置处时低于叶片夹具约2～3 m，以保障操作缆风索时缆风索保持处于仰角状态，通过操作卷扬机将叶片保持平衡。

3)盘车工装安装。拆除机舱罩前片体，吊机缓慢提升盘车工装，从机舱罩前端开口处缓慢放入，使其安装到机舱底座接口法兰上。将盘车工装上6个销轴插入安装孔中，完成盘车安装。

4)单支叶片依次过驳至平台船。叶片过驳采用主辅吊机同步进行，过驳需要横穿甲板面，双机抬吊需保持叶片水平同步，叶尖吊点位置位于叶根52 m处。

5)叶片吊装。通过叶片夹具夹持叶片，起吊叶片时，揽风系统置于自动状态，当叶片到达变浆轴承高度后，人员通过变桨轴承挡板人孔处观察，配合吊车、揽风系统将叶片移至变桨轴承正前方对接。螺栓紧固完成后可松开夹具，启动盘车装置，逆时针转动叶轮，将轮毂转动到下一支叶片水平安装的位置上进行下一支叶片安装。水平式单叶片安装见图1。

图1 水平式单叶片安装

5.2 MySE8.0-180海上机组非水平式单叶片吊装

5.2.1 第一支叶片+30°位置安装

1)夹持叶片。通过叶片吊具的液压系统(液压缸和执行元件)、缆风系统、控制系统将夹持的叶片姿态在空中慢慢调整为+30°(水平位置为0°，逆时针为正，顺时针为负)，再通过操作自动平衡系统来自动调节保持叶片+30°平衡。

2)操纵吊机、缆风系统和吊具系统，使叶片运动到安装位置附近。

3)通过调整叶片位置和姿态实现与变桨轴承对接。

5.2.2 第一支叶片夹具-60°位置摘除

1)主吊车司机控制吊车吊钩跟随单叶片吊具将第一支叶片由+30°位置顺时针旋转90°至-60°位置。

2)单叶片吊具慢慢打开夹持叶片的夹子，打开过程中叶片吊具在缆风系统、液压系统、控制系统的共同控制下摘除夹具。

3)夹具摘除后，以俯视风机机舱逆时针方向偏航180°。

5.2.3 第二支叶片0°位置安装

1)夹持叶片。通过叶片吊具的液压系统(液压缸和执行元件)、缆风系统、控制系统将夹持的叶片姿态在空中慢慢调整为0°，通过操作平衡系统来调节横向和纵向保持水平0°。

2)操纵吊机、缆风系统和吊具系统，使叶片运动到安装位置附近。

3)通过调整叶片位置和姿态实现与变桨轴承对接。

5.2.4 第二支叶片夹具+30°位置摘除

1)操纵吊机借助叶片吊具将第二支叶片由0°位置逆时针旋转30°至+30°位置。

2)在+30°位置，夹持叶片的单叶片吊具慢慢打开夹持叶片的夹子，打开过程中叶片吊具在缆风系统、液压系统、控制系统的共同控制下摘除夹具。

3)夹具摘除后，以俯视风机机舱顺时针方向偏航180°。

5.2.5 第三支叶片+30°位置安装

同第一支叶片吊装步骤一致。

6 安装工艺对比分析

水平单叶片吊装，每安装完一支叶片，需使用盘车工装将机组盘车至下一支叶片安装位置。叶片安装过程，盘车拆装需要耗费一定的时间；非水平式单叶片吊装，无需安装盘车，可节省盘车拆装时间，但对安装船吊机吊高提出更高的要求。两种单叶片安装工艺对比分析见表3。

表3 单叶片安装工艺对比分析表

7 结 语

本文以福清兴化湾海上风电场二期项目2台8 MW海上风机为工程实例，全面介绍了GW175/8MW海上风机水平式单叶片安装和MySE8.0-180海上风机非水平式单叶片安装流程与施工控制的相关问题及实施控制，并对比分析两种吊装工艺对吊装风速、盘车系统、揽风系统、吊机性能等方面的要求，为大容量海上机组单叶片吊装施工提供技术参考。