风电塔筒导电轨固定柱安装方法探究

彭启民

摘要 本文针对东汽FD70、77系列兆瓦级风电塔筒制造过程中，导电轨安装精度要求较高，而公司生产采用传统工艺方案，难以保证导电轨固定柱的安装精度及生产进度的情况，创新性地利用“三点定位原理”设计定位安装工装，解决了导电轨固定柱在塔筒内划线难、装配难、合格率差、生产效率低，这一制造难题。

关键词 塔筒；导电轨；固定柱

中图分类号TM62 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）43-0069-02

0 引言

能源和环境是当今人类生存和发展所要解决的紧迫问题。常规能源以煤、石油、天然气为主，它不仅资源有限，而且造成了严重的大气污染。由于新能源的分布广、储量大和清洁环保，将为人类提供发展的动力。因此，对可再生能源的开发利用，特别是对风能的开发利用，己受到世界各国的高度重视。风力发电由于清洁无污染、施工周期短、投资灵活、占地少，具有较好的经济效益和社会效益。我国拥有位居世界第一的丰富的风能资源，加上国家政策的大力扶持，发展风力发电产业具有得天独厚的条件。

1 问题的提出

东方电气河南电站辅机制造有限公司风电分公司在东方汽轮机有限公司风电事业部的大力支持下，2006年进入风电塔筒制造领域，开始主要以优化设计、制造东汽风电系列兆瓦级风电塔筒。随后，我们相继承制了国电联合动力、金风科技、上海电气风电公司、许继风电科技等国内知名风电主机公司的塔筒产品。除东汽机组外，其余各风电公司采用如下电力传输方式：风力发电机所发电能，均由电力电缆经机舱、电缆挡圈胶合导向件、扭缆马鞍架等辅助装置向下通向电力变频器，最后进入箱变。电力电缆在塔筒内用尼龙固定夹固定。东汽风电采用KLMA及KLMB二种型式导电轨，在塔筒内由高强度螺栓平行安装在导电轨固定柱上；由导电轨实现风机所发电能在塔筒中传输。

1.1 采用电力电缆在塔筒内传输电力的特点

我们知道采用电力电缆在塔筒内传输电力，优点明显。主要表现在如下几点：

1）电力电缆在塔筒内定位结构简单，制作方便；

2）电缆定位件制作精度要求低；

3）造价低廉。

但采用电力电缆在塔筒内传输电力，缺点也很显明。主要表现在如下几点：

1）设备到风电场，竖起后需从机舱自上而下放线且分段固定，现场工作量大；

2）电力电缆放短路能力差，当风力机组发生短路时，易发生火灾；

3）电力电缆在机组运行一定年限后，线路会发生老化，需全部更新。

1.2 采用导电轨结构的优点

采用导电轨传输电力具备以下优点：

1）可以避免在设备内产生干扰辐射；

2）符合德国电工规范（VDE）的相关规定；

3）发生短路或火灾时，有最佳的保护作用。

1.3 采用导电轨结构带来的问题

但采用导电轨在塔内传输电力，却给风电塔筒制造带来了很大挑战。其原因有二条：

1）塔筒为锥筒，而导电轨固定柱在塔内安装方式是平行式，非向心式；

2）导电轨固定柱装焊精度要求高。

导电轨固定柱的材料须与塔筒筒体材料一致，均采用低合金高强度钢。装焊时必须保证排列整体，同一列导电轨固定柱的直线度不大于±1/20m。同一列导电轨固定柱上表面螺纹孔中心在一条直线上。几段塔筒对接后紧邻对接法兰处第一个固定柱左右偏差不得超过1mm，其余固定柱左右偏差不得超过2.5mm。导电轨固定柱的装焊，必须按照导电轨供货商提供的装配指导书及安装要求完成。导电轨整体采购（含固定所用的标准件），由供货商提供。要保证导电轨的最终安装精度，首先就要保证导电轨固定柱在塔筒内的装焊位置精度。

2 问题的分析

若采用常规冷作划线的方式来确定导电轨的固定柱的安装位置，很难保证其定位精度。手工划线，最多只能保证0.26mm精度，再加上随后的冷作装焊误差，精度将更低，且难以满足风电塔架批量生产的需要。所以我们必须另辟蹊径，设计一种专用装配定位工装，以保证精度、提高生产效率。

3 方案的实施

在锥形塔筒内，按照“三点定位原理”，我们设计了如图装配定位工装。使用时，只需分别将特制定位支撑Ⅰ、Ⅱ用专用定位螺柱固定在塔筒两端的对应法兰端面上，调平后用螺母拧紧。然后，按图示扯两根渔线，绑紧。这样，只需在塔筒内部沿塔筒轴向划各导电轨固定柱安装位置线，参照二根渔线即可方便、快捷地装、焊导电轨固定柱。按JB/T4730-2005相关条款规定，对塔筒内导电轨固定柱与筒体间焊缝作100% PT着色检查，合格后按安装图校正导电轨固定柱。这样装焊的导电轨固定柱定位精度，便可完全满足后道工序导电轨安装的精度要求。

风电塔架上、中、下段塔筒对接后紧邻对接法兰处第一个固定柱左右偏差不得超过1mm，其余固定柱左右偏差不得超过2.5mm。我们如将图示定位工装结构做简单的衍生改进后，便可不用手工划线，而是直接用定位工装，装焊风电塔架上段塔筒与中段塔筒、中段塔筒与下段塔筒紧邻连接法兰处的4个装配位置精度要求更高的导电轨固定柱。

图中，R为对应法兰外径；

φ为-对应法兰螺栓孔径；

L为在法兰两端定位后，保证渔线高度比导电轨

固定柱装焊后高度大3mm~5mm。

4 结论

该定位工装投资低廉，制作容易，结构简单，使用方便，改进余地大。可根据所装配件不同的位置要求，做相应的结构调整。其系列衍生定位工装，经在东汽兆瓦级61.5m、65m、70m/1 500kW系列百十台风电塔筒制造过程中使用，效果十分显著。不但大大提高了工人生产效率，而且能够很好地保证导电轨固定柱的装焊精度，为保证后序导电轨的安装精度创造了良好的条件，并产生了巨大的经济效率。

参考文献

[1]徐灏.机械设计手册第四卷[M].北京：机械工业出版社，1995．

[2]导电轨安装流程[S].四川：扬中铂瑞电气设备有限公司，2007．

[3]翟秀静，刘奎仁，韩庆.新能源技术[M].北京：化学工业出版社，2005．

注：“本文中所涉及到的图表、公式、注解等请以PDF格式阅读”