风机叶片高空组合安装技术

李力强

(中国能源建设集团山西电力建设第三有限公司，山西 太原 030031)

0 引言

传统风轮地面组合方式占地面积大、征地困难、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。风机风轮单叶片空中组合安装技术打破复杂地形限制，有效利用原本无法进行地面组合的有限场地，完成树木茂密、山体阻碍区域的吊装作业，减少对山体树木植被的破坏。本文依托广东清远某风电场，研究了单叶片吊装高空组合安装技术。

1 风机叶片高空组装工艺

广东清远某风电场项目采用国产某品牌风电机组：5台单机容量为3 MW的风机，11台单机容量为3.2 MW的风机，共16台。其中，3 MW风机的轮毂高度为90 m，叶轮直径为135 m；3.2 MW风机的轮毂高度为90 m，叶轮直径为145 m。

该风电场地处山区，地形复杂，机位点选在山脊上，风机的吊装作业平台小，而传统的风轮地面组合整体翻转吊装方式占地面积大、对吊装平台及周边环境要求高。经过对多个方案的分析和比较，最终采用风机叶片高空组合安装技术。

风机单叶片高空组装技术，通过使用制作的叶片专用吊装工具(以下简称“专用吊具”)，保证叶片安全平稳地在空中完成与轮毂的组合。借助风机自身的盘车系统，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，在整个叶片吊装作业过程中起重机在吊装塔筒和轮毂的位置上基本不动。风机叶片高空组合技术采用叶片专用工具，能够高空脱落钩，从而减少了对口完成摘钩作业过程中的安全风险；与常规采用尼龙吊装带吊装叶片相比，采用专用吊具夹持机构夹持叶片更能提高吊装作业过程的安全性。

2 叶片专用吊具

叶片专用吊具应具备以下条件：安全性好，可靠性高；组合安装方便，操作简单；长度可调，可适应不同的叶片规格及相同类型叶片吊点位置不同的叶片；强度大，不易变形；有利于叶片防滑及防护。为了减少叶片与轮毂高空对口完成的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，减少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的俯仰机构，可调节叶片绕叶片水平轴转动的旋转机构，可实现风机叶片在水平状态、垂直状态和120°状态的三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，如图1所示。

图1 叶片专用吊具结构示意图

专用吊具俯仰机构的功能是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。专用吊具抱合及叶片夹持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，能够实现专用吊具与叶片抱合与脱离，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，抱合及叶片夹持机构提供合适的夹持力度，能够防止叶片在自身重力下滑脱，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，便于改变叶片姿态，提高作业过程的安全稳定性。

专用吊具吊装作业流程为：准备就绪——打开抱合及叶片夹持机构——夹持和吊起叶片——水平工况——倾斜工况——竖直工况——脱离叶片，如图2所示。

图2 专用吊具吊装作业流程

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。

3.1 组合安装工艺流程

在叶片吊装前首先进行叶片专用吊具的组合安装，将专用吊具的旋转机构、俯仰机构、抱合机构连接架、箱体组件部分、抱合及叶片夹持机构、尾部配重杆、尾部配重等组合安装成一个整体。叶片专用吊具的操控通过遥控器控制液压系统的执行机构，进行叶片高空组合与轮毂对口就位时的对中调节。

叶片专用吊具的旋转机构动作，通过液压马达驱动回转支承从而带动前端部件实现旋转；俯仰机构动作，通过改变整体重心与吊点的相对位置实现。专用吊具旋转机构动作和俯仰机构动作见图3。

图3 旋转机构动作和俯仰机构动作

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，安装叶片根部防尘罩等工作。

根据DL/T 796—2012《风力发电场安全规程》[1]6.4.1条规定：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；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；对专用吊具要进行1.25倍的静载试验。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、开裂和油漆脱落等现象。

3.2 叶片吊装操作要点

吊装前确认叶片外壳平表面朝向地面及叶片前缘朝向机舱的前端。以最大起重量为650 t的履带式起重机为主吊先吊起叶片专用吊具，打开专用吊具的抱合及叶片夹持机构，在确认专用吊具吊点重心与叶片重心重合后，利用叶片专用吊具抱合及叶片夹持机构夹持叶片。然后起重机起吊叶片，当起重机负载适当力后，开始拆除叶片与叶片运输车辆之间的连接螺栓，当确认叶片与运输车辆之间的连接螺栓全部拆除完毕并拔出后，起吊叶片。

起吊前在叶片叶尖的适当位置通过叶片防护套(要求与叶片匹配)拴好揽风绳，在主吊吊起叶片后的起升作业过程中，要固定安排足够人员拉好揽风绳，控制叶片在吊装起升作业过程中的随风漂移，从而保证叶片不碰到主吊臂杆、塔筒等设备。当叶片起升到与轮毂上叶片的对口安装水平位置时，通过操作轮毂内的变桨操作箱使变桨轴承内圈转动，使变桨轴承内圈上的0点标识点位于与叶片上的0点标识基准固定点对正对齐的位置上，当叶片与轮毂基本对正后(标记位置对正)，再通过风机上的变浆电机将变浆轴承0点标识点位置进行微调，将变桨轴承0点标识点位置调整到与叶片0点标识点位置相对应的精确位置上。

当确认风机轮毂内变浆轴承0点标识点位置与叶片后缘0点标识位置标记点对正对齐后，进行叶片与轮毂的组对作业。在叶片上，以前缘0点为起始点逆时针第5颗螺栓孔、第21颗螺栓孔、顺时针第16颗螺栓孔安装3根叶片定位工装(保证3根叶片定位工装可以同时通过轮毂腹板工艺孔安装和拆除)，将叶片0点标识点与变桨轴承0点标识点对好后，缓慢将叶片插入变桨轴承内圈上，保证双头螺柱的螺纹不受损坏，旋入螺母。

叶片和变桨轴承对接完成之后拆掉至少2颗螺栓(相差90°)查看是否有错位。如果有错位，调整对中保证错位量不大于1 mm。螺栓穿装前要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上紧螺栓。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。

3.3 叶片空中组对操作要点

以叶片0点标识点为基准，通过变浆电机将变浆轴承0点标识点位置调整到合适位置，将变浆轴承0点标识点与叶片0点标识点标记点对齐。通过液压变桨泵进行微调，使双头螺栓顺利进入螺栓孔。当第一片叶片安装就位，确保刹车卡钳处刹车手动泵读数为140 bar，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°时锁定螺栓必须锁入与轮毂上的锁定槽，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，并确保所有作业人员撤出第一片叶片后，准备转动轮毂至第二片叶片的安装位置，准备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第一片叶片的安装位置上。

按以上第一片吊装及组合对口的步骤安装第二片叶片，直至第二片叶片安装完毕并经验收合格后，进行第三片叶片安装准备工作、安装工作。三个叶片必须在一天内组装完成，整个作业过程中采取必要的防风措施以确保风机叶片、风机轮毂设备不被损坏。

4 技术特点

风机叶片空中组合安装技术与传统地面叶轮组合安装方式相比，节省临时征地面积，取得了较大的直接经济效益；由于减少了对水土、植被的破坏，符合绿色环保施工要求。该安装技术的主要特点体现在4个方面：

1)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，可节省吊装作业平台面积。打破复杂地形限制，有效完成树木茂密、山体阻碍区域的吊装作业。

2)迎风面积减少，采用单叶片高空组合安装技术，可以将吊装安全临界风速提升至12 m/s以下的作业许可范围内，增加了吊装窗口期；有效降低起重机械倾覆力矩，降低风电施工成本。

3)专用吊具适用于风机叶片的高空吊装、更换拆卸等作业，具有效率高、操作简便、适用范围广等优点，专用吊具自动脱落摘钩，不仅减少了高空组对作业过程的风险，而且吊具可以重复用于现场，节省了专用吊具制作费用。

4)叶片空中组合安装技术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，保证了风机投运以后的安全、稳定运行。

5 结语

本文依托广东清远某风电场工程，研究了单叶片吊装高空组合安装技术，该安装技术安全性好，可操作性强，对叶片成品保护好，吊装作业平台占地面积小，降低了土地使用的协调难度，社会、经济效益显著。