青海锡铁山风电场机组设备吊装技术研究

裘学强，朱锴年，侯生洲

（中国水电四局（酒泉）新能源装备有限公司， 甘肃 酒泉 735000）

1 概述

青海锡铁山风电场工程场址位于青海省海西州大柴旦行政区锡铁山镇，海拔在2960～3110m之间，场址范围内地形平坦，地貌类型为荒漠戈壁，工程规划装机容量50MW，25台单机容量2MW的风力发电机组，包括塔筒、风机及其部件卸货及安装，塔筒内电缆、光缆敷设安装，塔筒内部全部工作。单台发电机重65.2吨，叶轮重61吨，最大吊高85米。

2 吊装施工难点分析

（1）风电机组设备属于超高、超宽、超重、超大型电力设备。（2）安装高度高，最大吊高85米。（3）采用大型起吊设备进行安装，安全风险较大。（4）安装工程工期短，对施工质量要求高。（5）施工现场为平坦戈壁地带，易发生沉降等因素，因此，对平台设计要求严，检验严；设备存放、主吊设备摆放需精确定位。

3 吊装设备的选型

吊装设备的选型从安全可靠、经济的原则出发，对吊装设备选择。根据锡铁山风电场风机设备型号、重量、规格、平面布置、现场具体条件及工期要求，选择合适吊装设备类型，再根据风机最重部件重量、轮毂中心标高及吊车性能参数综合选定主吊参数。青海锡铁山风电场采用金风GW115/2000-85米风力发电机组，根据设备特点，将设备分为以下7个吊装单元，分别为塔筒（4段塔筒）、机舱、发动机和轮毂与叶片组合等7个吊装单元，各单元重量如表1。

表1 金风GW115/2000-85米风机设备的重量参数表

从表1中可以看出吊装最大重量为：发电机重量65.2吨，风机最大起吊高度为85米。发电机为重量最大的吊装单元，同时也是起吊高度最高的设备，主吊只要满足发电机吊装要求即可，故以发电机为研究对象选用吊装设备参数。

（1）计算载荷

根据公式：Qj=K1×Q=K1×（G0+G1）

式中：Q_——计算载荷，单位：t；

G0——被吊部件实际重量，单位：t；

G1——起重设备滑轮组、吊钩、臂架头部垂下的起升钢丝绳重量以及吊具重量之和，单位：t；

K1—动载荷系数，其数值为1.1。

分析各参数：发动机实际重量G0=65.2t，G1=5t。由于发动机在吊装过程中是由主吊单机起重，不考虑不均匀载荷，故机舱吊装过程中起重机的计算载荷为：

Qj=（65.2+5）×1.1=77.22吨。

（2）臂杆高度校核

计算吊装所需高度

Hx=H1+H2+H3+H4

式中：H1——吊钩钢丝绳预留高度；

H2——吊车滑轮组预留高度；

H3——轮毂和塔筒总高度；

H4——基础高度。

将各参数代入公式得Hx=3+2+85.4+0.5=90.9m。

根据安装现场不同机位多次吊装的特点，重点考虑选用流动式起重机。经履带式起重机与轮胎式起重机相比分析,履带与地面接触面积大,故对地面的平均压力小,可在松软、泥泞地面作业。它牵引系数高,约为轮胎式的1.5倍,爬坡度大,可在崎岖不平的场地上行驶。由于履带式起重机支承面宽大,并设置有可横向伸展支腿装置，可以提高作业时的稳定性,安全性高。根据本风场实际情况与计算所得设备最大起吊重量分析，选用抚挖QUY500型履带吊做为风机安装主吊。根据起重机起重量表分析可知：根据现场条件，主吊车回转中心到风机基础中心均在14米以内，因而可以选择工况表中作业半径14米所对应的吊车性能参数作为参考依据。

根据金风厂家提供的风机设备技术资料，通过计算及综合分析：主吊选用抚挖QUY500型履带吊，履带吊90m主臂加12m固定副臂，起吊半径15.5m，起升高度103.81米，最大起重量为115t，大于发电机计算载荷65.2t，故满足最大起重量发电机的吊装起重量及高度要求，载荷率为56.7%。所以，本工程拟采用抚挖QUY500型履带吊作为主吊车，完全能够满足青海锡铁山风电场风机设备吊装需求。

4 安装工艺技术

4.1 基础环的交接验收工作

（1）风机基础施工完毕，混凝土养护期达到28天以上，各项技术指标均合格，并且有权威的检测机构出具的试压块强度报告。（2）接地扁铁与基础环连接牢固，连接方法正确，接地电阻值小于4Ω，满足设计要求。（3）基础环水平度检查：用水平仪和标尺检查相隔120°的三个方向上（其中之一对应法兰对接标记）基础法兰面是否水平。测量点位于法兰中环，每个方向最少测量两次。基础环法兰平面度合格要求在设计范围内。（4）检查基础环法兰螺栓孔与塔筒底部法兰孔大小一致、数量吻合，清理基础环法兰孔内的异物（混泥土飞溅物等），保证高强度连接螺栓能顺利通过。（5）基础环排水孔应无阻塞，并且基础环外部混凝土应为斜坡，防止雨水从排水孔进入基础环，引发设备故障及安全事故。

4.2 塔筒吊装

（1）将主吊吊钩通过吊索连接到塔筒上法兰上的吊具上，将70吨汽车吊吊钩通过吊索连接到下法兰上的吊具上。（2）用两台吊车缓慢将塔筒吊离地面约1000mm左右，清理塔筒表面粘连的杂物，处理损坏的油漆。（3）主吊缓慢提升，辅助吊车随着主吊提升的速度缓慢下放，直到塔筒完全处于垂直时，拆卸塔筒下法兰上的吊具，移走辅助吊车。（4）将塔筒吊到基础环上方，使塔筒门方向线和基础环T形线重合，基础平台缺口中心与爬梯中心重合。（5）将塔筒轻轻落在基础环上，用事先已经放在塔筒法兰周围的螺栓从下往上穿，装上垫片并用手拧紧螺母，垫片上有倾角的一面必须指向螺母或螺栓的方向。（6）等所有螺栓全部安装完后塔筒才能完全落到基础环上，然后用电动扳手呈米字对称状将所有螺栓把紧。（7）按照力矩要求，呈米字对称方法，分别按照力矩值的50%、75%、100%三次对所有螺栓进行紧固。对已经紧固完成的螺栓需要做紧固标记；完毕后，拆除吊具，吊装第二段塔筒。（8）按照上述步骤安装中段、上段塔筒，过程中只需将260吨汽车吊更换成500吨履带吊，需要注意的是上段塔筒吊装就位后，顶部与机舱连接的法兰不能涂抹密封剂。

4.3 机舱吊装

（1）用500吨履带吊缓慢将机舱吊离地面约500mm；拆除并运走底部运输支架。（2）在偏航刹车盘下安装机舱导正棒。（3）将机舱吊至塔筒顶部，地面工作人员可用牵引缆绳随时调整机舱的方向；利用导正棒对准塔筒顶部法兰上的孔。（4）主吊缓慢下放，直到机舱偏航刹车盘与塔筒顶部法兰刚刚接触，拧入所有螺栓。（5） 拆除起吊工具及机舱上的导正棒。（6）按照规定力矩呈米字形对称分三级50%、75%、100%把紧螺栓。

4.4 发电机安装

4.4.1 发电机翻身

利用安装发电机吊具用于发电机翻转,在发电机两侧吊耳处用毛毡防护，撕去发电机上的所有黄黑胶带，清洁法兰面，若是法兰螺栓孔密封堵头缺少需要做过丝处理，保证后续螺栓的正常顺畅的穿入。（1）主吊将发电机吊到足够翻身的高度，在辅吊的配合下，将发电机翻转到约41度位置时将两个吊葫芦挂好；一个吊葫芦用吊带挂住动轴，注意防腐漆的防护。另一个吊葫芦安装在翻身吊具上。（2）吊车与吊葫芦配合将发电机翻转成竖直。（3） 使用手拉葫芦调节发电机定轴法兰面与垂直方向的倾斜角为3°（在定轴法兰上端挂一铅锤，法兰下端距离垂线61mm），如图1所示。

图1 发电机组翻身图

4.4.2 发电机吊装

（1）吊起发电机，将发电机定轴法兰与机舱底座法兰面调整对齐，指挥吊车把发电机逐渐靠近机舱。（2）利用导正棒对准机舱底座法兰，双头螺栓的一端不涂固体润滑膏（将其旋入定轴法兰），一端涂抹固体润滑膏。（3）螺栓露出长度为60mm，按对角方向用电动扳手紧固螺母，用液压力矩扳手分三次力矩(50%、75%、100)上紧螺栓。（4）安装完成后拆下发电机吊具,拆下发电机翻身吊具后，用M16×30堵头密封螺孔(工作人员通过天窗出入机舱)。

4.5 叶轮的安装

4.5.1 叶片和轮毂的组装

（1）将叶片与轮毂连接，并把双头螺栓插入变浆轴承的外圈安装孔内，安装前测量螺栓伸出叶片的长度，安装前用清洁剂清洗叶片螺栓轴承侧螺纹，并涂Loctite51094，安装前检查每根螺栓是否松动。（2）装配垫圈，把螺母拧到双头螺栓上，先用电动扳手快速把紧，再用液压扳手分两级（第一级1200Nm，第二级1700Nm ）呈米子形对称把紧。（3）在叶片外部区域（约叶片长度的2/3处）放置叶片支架，并在支架上放置叶片垫块（硬泡沫），高度应合适，放下叶片并移开起吊工具。（4）按照上述步骤组装第2、3支叶片，在安装第三只叶片后，轮毂和三片叶片整体处于平衡状态，可以不再需要垫块，移开叶片下的垫块及支架。（5）采用手动变浆操作装置转动叶片，安装余下螺栓，并用液压扳手分两级（第一级1200Nm，第二级1700Nm）呈米字形对称把紧，完成叶片的预安装；转动叶片，保证转动无卡瑟。在安装风轮前，按照叶片制造商要求，拧紧所有叶片连接螺栓；即用液压扳手呈米字形对称把紧到最终规定力矩2300Nm。（6）用手动变浆装置调整叶片状态，吊装风轮前，三只叶片的前缘必须朝向地面。

4.5.2 叶轮整体吊装

（1）安装起吊工具，用650吨主吊车起吊轮毂，2台辅助起重机用于风叶翻身。吊装过程(风速≥8m/s时禁止吊装叶轮,并准备好地锚、紧风绳等防风措施)。（2）主吊机起吊叶轮，副吊机配合同步起吊第三只叶片，直到风轮到达垂直位置，但副吊机必须保证第三吊叶片的叶尖离地面有 1 米以上的距离。（3）用人工推拉垂直向下的叶片，使轮毂配合面向下倾斜5度，与低速轴法兰面仰角 5 度相一致。叶轮在风绳控制下，主吊机谨慎缓慢起吊，当叶轮到主轴法兰高度处，利用主吊机和风绳把叶轮调整到法兰前方。（4）起吊风轮至机舱主轴中心高度；利用轮毂导正棒将轮毂法兰孔与主轴法兰孔对准。（5）指挥吊车使轮毂法兰面与主轴法兰面接触；当风轮稳定后，快速地插进事先准备好的左右两侧螺栓，锁紧主轴，转子制动器处于刹车状态，将风轮固定在相应位置；拧入所有能拧入的螺栓，并用电动扳手把紧。（6）将已经插入螺栓按照规定力矩打到75%，拆下风轮起吊装置，主调车移开。松开转子制动器，把叶片分别转到与地面垂直的位置，取下叶片袋；安装风轮与机舱的其他连接螺栓并用电动扳手把紧；呈米字形分三级50%、75%、100%对称把紧风轮与机舱的连接螺栓；利用激光找中仪对联轴器进行找中，符合技术要求，如图2所示。

图2 叶轮整体吊装图

5 结语

风力发电是目前风能利用的主要形式之一，伴随着风力发电技术不断的进步，我国风电场建设逐步增多，风力发电机的功率也越来越大，重量也越来越重，设备安装高度也越来越高，对吊装工作的要求相对较高，此施工技术已在多个风电场实施，效果良好。

[1]张金月，金世森，邓智勇.云南石洞山风电场风机机组吊装施工[J].四川水力发电,2015,(2)，35—38.

[2]张俊妍，李玉军，张振伟. 风力发电场建设[M]. 天津：天津大学出版社 , 2011.01.

[3]赵显忠，郑源.风力发电工程技术丛书 风电场施工与安装 [M].北京：中国水利水电出版社 , 2015.08.