浅谈风电塔筒吊装就位双辅吊溜尾技术研究与应用

摘要：辽宁北票西山风电场是中国电建集团公司投资开发的山地风电场，也是公司在建工程中地形条件最为恶劣的风电场之一。由于受山地地势陡峭、地形起伏大等客观因素影响，机位分布、平台面积、机组位置等均受到极大限制。通常情况下，风电塔筒吊装只需要一台主吊和一台辅吊即可完成吊装就位，类似风电场建设中没有采用过一台主吊两台辅吊，三台吊车同时进行塔筒吊装的实例。本文通过合理安排三台吊车站位及设计履带吊反变形专用路基板，并对吊车的安全载荷系数计算，顺利完成了2.5MW机组下段塔筒的吊装工作。

關键词：风电塔筒；双辅吊溜尾法；主吊；坡度专用路基板；仰角

引言：

当前风电产业作为绿色清洁可再生的新能源迅速发展起来，全国各地兴建风力发电场。其建设地多为人烟稀少、空旷多风地区，包括草原、荒漠、近海潮间带、山地等，其中山地环境对大型风电设备的吊装是一项挑战。山地风电的建设中，由于施工平台小，吊装设备多为大而笨重的履带吊，风电塔筒重达几十吨甚至近百吨等这些因素，导致风电塔筒、机舱、叶片等设备的吊装成为一大难点。

一、工程概况

辽宁北票西山风电场地貌属于低山地貌，山体坡度一般小于30°，高程为298～604m左右，地形最大相对高差约300m。地表植被发育，多为草地，部分为林地。风机机位绝大多数位于山顶或山脊，少部分位于山前斜坡地段，机位处地形一般坡度较缓。西山风电场装机容量为49.5MW，共建设1.5MW机组3台、2.0MW机组20台、2.5MW机组2台。

二、工艺原理

2.1双辅吊溜尾技术

双辅吊溜尾技术是采用2台辅吊配合主吊完成风机塔筒吊装作业的方法。本项目利用一台三一SCC6500E型履带式起重机作为主吊，两台75吨汽车轮胎式起重机辅助吊装方法，使三台起重机同时协同作业完成一项超长、超大重量风电塔筒吊装就位任务。

2.2施工难点

2.2.1单台75吨吊车不能满足吊装要求

2.5MW机型风电机组为本风场最大机型，其下段塔筒重T为96.4吨，吊具重量M为0.5吨。溜尾吊所吊设备起吊高度一般为0.2米左右，考虑到不均匀载荷系数f及动荷载系数f，因此动载系数应较低，定为1.1，不均匀荷载系数定为1.1，暂不考虑风荷载。

2.5MW机型风机下段塔筒参数：重量96.4吨。上法兰直径为4300mm，下法兰直径为4638mm，全长L为22170mm。下段塔筒由10节筒节组焊而成，其中塔筒壁厚度分为4个级别：

塔筒最上端3节，钢板厚度28mm，长度为5520mm，上法兰160mm，总长度为5680mm；

塔筒中上端2节，钢板厚度30mm，长度4400mm；

塔筒中下端2节，钢板厚度32mm，长度4500mm；

塔筒下端3节，钢板厚度50mm，长度7440mm，下法兰150mm，总长度7590mm。

下端塔筒总重量T为96.4吨，钢板密度相同，通过质量体积换算，可得出这4段不同直径的质量分别为T1=18.39吨、T2=15.71吨、T3=17.14吨、T4=45.16吨。

通过力矩守恒原理，以下法兰外边缘处为参考点，设整个下段塔筒重心距离下法兰外边缘为Xmm，各个不同直径的重心距离下法兰外边缘处距离分别为：

（1）上端为L1=7590+4500+4400+5680/2=19330mm；

（2）中上端为L2=7590+4500+4400/2=14290mm；

（3）中下端为L3=7590+4500/2=9840mm；

（4）下端为L4=7590/2=3795mm。（见下图）

下段塔筒分节示意图

根据力矩守恒原理得：

X*T*g=L1*T1*g+L2*T2*g+L3*T3*g+L4*T

即

X*96.4*9.8=3795*9.8*45.16+9840*9.8*17.14+14290*9.8*15.71

+19330*9.8*18.39

求得：X=9544mm。

即下段塔筒重心距离下法兰外边缘为9544mm。

首先，塔筒由两台吊车水平吊起，脱离地面，此时，两台吊车总起重量为96.4吨（暂不计算吊具重量）。

假定下法兰辅吊端受力为Y1，则上法兰主吊端受力为Y2=96400*g-Y1。利用力矩守恒原理（此处假定两吊车垂直向上起吊，不考虑风荷载及水平受力）得：

X*T*g=Y2*L 即：

9544*96400*9.8=（96400*9.8-Y1）*22170

得出：Y1=538025 N

折算质量M1=Y1/g=508526/9.8=54900kg=54.9t。

考虑到吊具重量及动荷载系数，单台吊车溜尾时不考虑不均匀荷载系数。计算得：当水平状态提升时，下法兰端单台吊车吊起的质量为=（M1+M）*f=（54.9+0.5）*1.1=60.94t。

当塔筒整个距离地面0.2m时，下端不再提升，由主吊匀速缓慢提升并向溜尾吊方向转杆，主吊起主要提升作用，受力逐渐增大；溜尾吊不做变化，受力逐渐减小。

当75吨吊车工作半径在4.5米，臂杆为15米时满足溜尾站位要求，根据工况此时吊车的的最大额定起重量为50t，通过计算安全系数δ1=60.94/50=1.22。

根据《金风2.5MW机组安装手册（通用部分）》中规定，两台起重机吊装作业时的负荷量不宜超过其安全负荷量的75%，因此单台75T起重机辅助吊装不安全，不能满足吊装溜尾的规范要求。

2.2双吊车溜尾方案

项目现场有2台75吨汽车吊，能够保证进度；通过数据计算，双吊车溜尾受力状况完全在75吨吊车受力荷载安全范围内。

根据《金风2.5MW机组安装手册（通用部分）》中规定，双台起重机的负荷量不宜超过其安全负荷量的75%。现根据现场施工实际情况考虑到吊具重量、不均匀荷载系数及动荷载系数，考虑辅吊侧的起重量为54.9吨。计算两台75噸汽车吊同时溜尾，平行升起时，下法兰端双台辅吊吊起的质量M2为：

M2=（M1+M'）*f *f'=（54.9+0.5）*1.1 *1.1=67.04t。

其中：f为动载系数，取1.1；

f'为不均匀载荷系数，取1.1；

M'为吊具重量。

则，单台辅吊吊起的质量M3为：

M3=M2/2=67.04/2=33.52t

当双台辅吊溜尾时，辅吊可近距离靠近塔筒，工作半径在4.5米内，臂杆为15米。经查75吨汽车吊工况表，此时吊车的额定起重量为50t，由此计算两台辅吊的安全荷载系数δ为：

δ=M3/50=33.52/50=67%

根据《金风2.5MW机组安装手册（通用部分）》中规定，双台起重机的负荷量不宜超过其安全负荷量的75%。 因此，双台75吨辅吊进行下节塔筒溜尾完全满足吊装要求。

经最终分析讨论确定，项目部决定采用双吊车溜尾方案，并立即编制施工方案，提交监理、业主审批。方案中明确：两台吊车溜尾时，吊车尽可能靠近塔筒，缩小吊装半径，溜尾吊车不用转杆，且只需要提升距离地面20cm的高度，以主吊车活动为主；两台吊车处于平行位置，受力均衡，并且为保证主起重机站位位置处于最佳工作状态，一次吊装就位，方案研究中，充分利用山地地面坡度，在主吊的每个履带板下方铺垫1°～2.5°坡度，长度6m，宽度2.5m的斜坡式路基板。双吊车统一受吊装总指挥安排，吊车支腿垫方枕木，保证吊车支腿均匀受力。在紧张的工期要求下，安全顺利的完成了2.5MW机型下段塔筒的吊装。

三、工艺流程及操作要点

3.1安全技术交底

2.5MW下段塔筒进行吊装前，项目部现场负责人组织主吊车、辅助吊车、装载机等全部设备的司机、指挥人员、辅助人员及管理人员勘察现场机位情况，并组织安全技术交底会议，告知其安全注意事项，提高其安全意识。

3.2对吊装平台承载力进行勘察并加强

对吊装平台进行勘察与测量，勘察平台的形状位置及平台的有效使用面积等。对吊装平台的承载力进行勘察，铺垫碎石进行平台填平，利用装载机对平台进行反复碾压，增强平台的承载能力及平台的平整度，然后再用黄土进行缝隙填实、碾压，进一步增强吊装平台的承载力、平整度及机械设备摩擦力，避免造成机械设备下沉、打滑。

3.3吊车站位选取

吊车站位时，两台辅吊尽可能靠近塔筒，缩小吊装半径，两台辅吊处于平行位置。吊装时，使主吊站位处于最佳工作状态，一次吊装就位。

3.4吊具安装

上吊耳安装时，吊具均匀安装在塔筒法兰孔中。下吊耳安装时，吊具安装在外侧法兰孔中，并安装在法兰顶部，间隔5-7个法兰孔，连接成水平。

3.5起吊前安全检查

起重设备工作前，由操作人员、现场安全负责人、现场总负责人、监理单位人员共同组成的检查组对设备进行检查。

3.6塔筒吊装

现场安全检查合格后，开始进行塔筒吊装作业，主吊及双辅吊由吊装总指挥统一指挥。

四、结束语

本方法的有效实施，提高了工程的施工进度、节约了成本、积累了经验，还实现了现有设备的创新应用，符合环保节能要求，具有显著的经济效益和社会效益。同时，提高了企业的核心竞争力，树立了企业创新发展的品牌形象。

本方法可应用于较重风电设备在较小平台上的吊装工作。并且特别适合在吊车资源匮乏地区和地形条件恶劣环境中应用，尤其适合山地陡峭、施工道路狭窄的风电场及非洲等资源匮乏国家的风电场建设施工中。

参考文献：

[1]《辽宁北票西山风电场（49.5MW）项目风机塔筒吊装工程施工组织设计》，2016年；

[2]《金风2500KW系列风电机组安装手册（塔架部分）》，2014年。

[3]《风力发电场项目建设工程验收规范》2004年。

作者简介

郝洪峰：性别：男；出生于1976年；工作单位：中国电建市政建设集团有限公司；职称：经济师、工程师