浅谈风电吊具

夏峰

摘 要：风电行业装配常有结构件需要吊装，常用吊具有吊板和吊粱[1]，常用吊板分为一字板、T型板和c型板，常用吊梁分为一字梁、T字梁、工字梁和組合梁。除了常用吊具还有为部件专门设计的专用吊具，吊具在风机装配和风场吊装过程中起着举足轻重的作用。各种吊具在选型和设计方面都有着便利的要素和遵循的规则。

关键词：风电;吊具;装配;吊梁;吊板

前言

冠以绿色能源的风电产业利用风能转化为电能，将风资源清洁环保的输送到千家万户。风机产品前期在北方高风速地区安装较多，随着大功率低风速风机的研制成功，风机产品已在全国遍地开花。低风速风机像个放大的电风扇[2]，通常有3片扇叶，每片扇叶有50米80米长，扇叶连在轮毂上，扇叶被风吹动带动轮毂的转动，轮毂连接在传动链上（主轴、增速机）。传动链是主机的主要组成部分，主机外面有个白色的机罩，保护主机安全运行。主机底座下面是圆锥形的塔筒。塔筒一般有70米到100米，与地面基础环安装。风能通过叶片的转动源源不断的传递到发电机里，风机就像反向运作的电风扇，把风能转为电能。

1.  风电产品

风机地上部分从上到下主要由叶片、轮毂、主机（主轴、增速机、发电机、底架等）和塔筒等组成（直驱风机没有增速机）。叶片主要由树脂、纤维布等材料灌铸凝型，主要特点是幅面大重量轻，几十米长叶片重量10吨上下。叶片为空心结构，强度有限，吊装的位置需要叶片内部单独设计加强。轮毂是叶片连接的枢纽，本身约有4米高，内部安装有叶片变桨控制系统，吊装只有顶部的圆形孔洞方便吊装。主轴形似喇叭，前大后小，后端轴插入增速机内孔安装一体形成传动链。 主轴、增速机和传动链都需要吊装。发电机是风机风电转化的重要设备，大致成长方体形状，四个角侧面有吊耳。底架托载着前面的所有部件重量，形状异型，大致长方形状，有一定斜度，底架是主机的基石，底架吊装主要靠四角侧面的安装孔。塔筒与底架相接，支撑着整个主机，塔筒幅面通常有3到5米直径，呈锥形，有几十米高，一般由4到5节塔筒节连接组合而成。每个塔简节都有专用吊具。

2.  风电吊具

各主要部件在厂内装配和风场吊装都需要吊具[3]。叶片装配厂内吊装可采用一字梁，风场吊装如果是3个叶片与轮段在地面组装风轮，可使用一字梁。 但在几十米的高空单叶片吊装，一字梁可能存在风大叶片被吹掉落风险，需要吊具对叶片进行装夹紧保证高空吊运安全，同时在高空叶片对接时吊具需要动力调节叶片的某些姿态和角度，安装完成后，吊具在高空需要动力松开叶片并能自由脱离叶片[4]（不损伤叶片），这种特殊大型专用吊具形式多样，装夹方式多样，根据需要调整维度也可分1、2、3维调整机构，需要选择性设计，每增加一个调整维度吊具复杂程度成几何级数增加，吊具自带动力和远程遥控装夹调整功能。这种吊具价格也在几十万到数百万。裸轮毂大致成圆球状，4米高，上下各有大孔侧面有安装叶片圆周均布的3个大孔，裸轮毂外围有玻璃钢的保护罩，整体形成轮毂总成主体结构，重量越20吨-30吨，为了吊装不损伤到保护罩，吊具吊上面大孔内壁为宜，同时为装夹方便提高吊装效率，避免人工钻入轮毂内部装夹吊具，一般采用利用吊具自重一上一下自动张缩勾形式的吊具。此种吊具复杂程度中等使用方便，价格几万元。主轴呈喇叭状，需要平吊、坚吊和翻转，一般选择T型吊板安装在小头中间和大头侧沿，配合吊装。增速机自带铸造吊耳，使用标准吊带卸扣吊装。主轴增速机组合成传动链，传动链尺寸较长，如果使用吊带卸扣直接吊装，吊带会呈一定角度，对传动链造成挤压，对安装精度有影响，传动链通常使用T字吊梁，使连接产品的3根吊带呈竖直状态分别连接到T字梁三各端头。T字梁吊装较大限度保证产品安装前传动链组合精度。发电机呈长方体状，可使用吊带卸扣直接吊装，但仍有偏载，可以使用偏心可调的一字吊梁，吊梁配合吊带可调整前后斜度和左右偏载。底架异型，大致呈长方状，水平方向有一定斜度，底架需要吊运和翻转，有的底架未设计吊耳，有的底架没有设计方便使用吊带的结构，此时需要四个角各配置T字吊板或L型吊板与底架已有孔连接，然后双吊钩配合吊装和翻转。整机有若干部件组合而成，其中底架上分布有4个吊点，吊链从吊点开始通过机舱罩外壳顶部的4个天窗连接到吊具上，如果吊链直接挂吊钩，延伸高度较高，可能需要更高吊程的吊车，费用高，所以为减少吊高，使用工字型吊具，吊链连接到吊具的四个角，而吊具中部连接吊车的吊钩，这样以来工字型吊具的高强度换取延伸的高度从而大幅缩短了吊高。塔筒每节10米20米，直径3米-5米，属于长条型结构件，吊装需要地面平吊、地面翻转、高空竖直吊装，一般采用小头端对称2处安装L型吊板.大头端安装T型吊板，吊带卸扣连接到3个吊板上，2台吊车各吊一头，可实现平吊、翻转和高空竖直吊，吊装一气呵成。

3.  结束语

风机产品的更新换代，风电吊板、吊梁和专用吊具也经过了多次改良。风机功率从1.5MW、2.0MW到3.0MW不断增加[5]，风机各部件的重量达到了常规吊具强度的某些瓶颈，需要后续改进吊具样式，拓宽吊具品种，设计符合新型陆上风机的风电吊具。在吊具改进的同时，风电产品也在不断的降本节耗，向着节能环保的方向持续发展，为吊具的进步提供了动力。

参考文献：

[1]熊克亮，张有为. 大型扁担型吊具设计 [J].钢结构，2012（10），Vol.27，No.164

[2]夏云峰. 低风速风电，下一个蓝海 [J].风能，2017（4）：23

[3]谭逸波，谭昱，李志生，荣国城. 大型预制墩台吊装吊具及抗浮装置设计[J].公路，2016，5（5）：259

[4] 罗国刚.自动脱钩式吊具[J].机械制造，1992，12（12）：22

[5] 孟卫东，李平，司林波.我国风电设备整机制造业的现状及对策分析[J]. 燕山大学学报，2010，6（2）：52