风电塔架及叶片的监理控制研究

崔夕峰，王建梅，王 博

(1.太原重工新能源装备有限公司，太原 030024；2.太原科技大学 重型机械教育部工程研究中心，太原 030024)

风机产业的飞速发展，使得市场空前繁荣，但也带来了一些问题：产能的不断提升和制造技术的突飞猛进，导致风机价格不断走低。行业利润逐步减少，少数企业为了生存，盲目追求成本的降低，而忽视在制造技术、产品质量和售后服务的提升[1]。有的企业偏重产能发展，只重视抢市场；有的企业为了减少工期，提高进度，导致内部管理松懈，质量把关不严；有的企业产品质量控制手段较低，对后续的维护服务不到位，导致产品稳定性等问题层出不穷[2-3]。2018年李村风电场及天塘山风力发电有限公司发生风机倒塔事故，2019年甘肃民勤周家井风电场风机塔筒倒塌、GE倒塔事故。截至到2019年3月31日，全球范围内发生的2457起风电机组事故中，风电叶片故障415起，占全部风电机组事故的16.89%[4]，因此，必须引起对风电塔架及叶片监理控制的重视。

1 风机塔架及叶片结构简介

1.1 风机塔架

风机塔架为风机的主要承载部件，主要对钢板采用卷制、焊接等工艺组成柱体或锥体结构，由塔架及其内饰件组成，一般由三或四节塔筒组成，经法兰螺栓连接而成，是机组的主要承载部件。塔筒外观如图1所示。

1.2 风机叶片

风电叶片是风机的重要部件之一，风电叶片设计质量的好坏与风机的正常运行息息相关。风电叶片一般设计为薄壳结构，材料选用复合材料。主要由根部、外壳和加强筋或梁组成[5]。风力发电机组叶片如图2。

图2 叶片Fig.2 Leaf blade

2 风电塔架的监理

2.1 监理流程图

监理技术在风电塔架监造维护等方面具有重要意义，针对塔架的特点，设计合理的监理技术流程，保证塔筒的建设有条不紊[6]，具体监理流程如图3。

图3 监理流程图Fig.3 Supervision flow chart

2.2 筒体制造工艺流程

目前影响塔筒安全的主要问题包括：地基沉降或松动、塔筒异常倾斜与弯曲、塔筒法兰螺栓疲劳失效[7]，针对以上问题，在设计、装配、材料选取和工艺设计过程中，应尽可能降低装配间隙、提高材料的屈服强度，不断提升产品可靠度[8]。筒体制造工艺技术流程如图4。

图4 筒体制造工艺技术流程图Fig.4 Process flow diagram of fan drum tower manufacturing technology

2.3 关键项目的监理方式

监理部门对重要的施工工序和隐蔽工程质量验收，统一验收尺度和质量标准，确保对各施工标段质量验收的一致性和公正性[9]。监理单位要结合工程实际，编制监理工程实施准则，控制工程质量，同时要求工程承包商严格遵守国家法律法规，遵从验收标准，按照相关流程与技术操作标准进行施工。

2.4 关键项目的监理技术要求

监理在监造过程中要以图纸、技术标准等作为依据，对关键零部件的停点和生产过程做好监理控制。关键项目的监理技术要求对原材料、焊接过程、防腐过程、存储、包装发运进行监理。其中，原材料主要是对法兰、钢板和焊材进行监理；防腐要从抛丸，喷涂环境、温度、湿度，以及喷涂表面质量和漆膜厚度等各个关键点进行监督控制；塔筒应在涂装干燥后再进行室外存储，在涂装材料硬化前不允许发运。

2.5 生产进度的监理控制

通常采用事前控制与过程控制相结合的方式来监理塔筒制造过程，将影响进度的多种因素降到最小[10]。在制造厂家安排生产计划之前，监造人员根据已经开工制造设备的进展及周期，与相关部门进行沟通，争取预定的生产计划按时按量完成。业主根据风电现场工程进度，及时调整与相关部件制造厂家约定的交货日期。监理工程师根据每周现场情况了解生产进度，并分析做出决策。

2.6 分供方的质量监理控制

在分供方合作的前期要从企业的资质、操纵人员资质、生产设备及能力、质量保证等方面进行质量控制，并在监造过程中做好记录。

塔筒制造企业应通过ISO9000系列质量管理体系认证，并取得压力容器制造资质或特种设备生产资质，应具备较多的无损检测人员、焊接工程师、检验工程师和技师，且具有相关资格证书，塔筒生产的全过程应在厂房内进行。

2.7 资料管理的监理控制

在生产之前需要向监理人员提供对接试板、角接试板、焊缝返修的工艺评定文件；电焊工、无损检测人员名单及资格证书。

生产过程中监理人员应收集法兰与筒节装配、筒体装配、相应焊接方法、焊缝及筒体变形修复的工艺规程。

对材料进行复检，筒体、框钢板、焊接材料和基础环材料等进厂后应按照批次完成复验，并给出相应的检验报告。

2.8 供应商的监理评价

考察建立合格供货方名册。按月对合格供货方的供货渠道、质量、能力、周期、到货率、价格、售后服务、存在问题及改进情况进行评比。

2.9 塔架监理实效分析

以具有一定规模的风场为例，某公司对塔架进行监理前后的情况对比见表1.

表1 实效分析

续表1

3 风电叶片的监理

3.1 叶片的监理技术流程

风电叶片事故高发期通常与盛风期重叠，叶片故障导致的停机通常需要较长的维护时间，给风场带来巨大的经济损失[11]。据统计，在风电机组的各种停机事故中叶片停机比率约占33.96%[12]。且风力发电机组中叶片出现问题时较难发现，因此，需对其进行定期的监测处理[13]。具体叶片监理流程如图5.

图5 监理技术流程Fig.5 Supervision technology flow char

3.2 关键项目的监理方式、

关键项目监理十分重要，监造方式分为停工待检(H点)、现场见证(W点)、文件见证(R点)。其中，停工待检、现场见证均应有监造工程师参加，当场查验后才能进行下一步。文件见证由监造工程师查阅叶片制造厂的检验、试验记录。

监造工程师收到质量见证通知后，应及时前往制造厂参加现场见证，若不能准时参与，则由W点转化为 R点；H点若没有监造工程师下发的书面通知同意转为 R点，制造厂不能私自进入下道工序，应与监造工程师一起商定更改见证日期[14]。

3.3 关键项目的监理技术要求

风电整机叶片关键项目监理技术见表2。

表2 关键项目监理技术Tab.2 Key Technology Project Supervision

3.4 生产进度的监理控制

生产进度的监理是在叶片制造过程中始终需要进行协调的一项工作。控制方法和塔筒类似，同样采用事前控制与过程控制相结合。生产计划是制造厂家根据双方约定的交货日期安排生产，保障产品按期完成[15]。在制造厂家安排生产计划之前，监造人员根据已经开工制造设备的进展及周期，与相关部门进行沟通，争取预定的生产计划按时按量完成。业主根据风电现场工程进度，及时调整相关部件制造厂家约定的交货日期。监理工程师根据每周现场情况了解生产进度，并分析。

3.5 分供方的质量监理控制

首先，对分供方资质审查(考察)：(1)考察分供方车间、加工设备、操作人员资质是否能够满足产品质量及技术要求；(2)考察分供方是否能够保证产品质量，是否有完善的质量保证体系；(3)考察分供方的工艺技术流程是否能够保证产品质量；(4)考察分供方的材料供应商生产的材料是否满足相应的标准和技术要求；(5)见证对生产过程的控制，过程检验要求符合订货协议和图纸要求；(6)考察分供方检验设备是否满足检验要求，是否进行日程维护及校准；(7)检查分供方检验人员、特种作业人员是否具备相关资格证书。

其次，叶片的首件验收请示一般来源于《新供方开发质量、工艺配合工作》，验收合格叶片监理必须在完工验收的报告上签字审核，方可发运。

3.6 资料管理的监理控制

作为对叶片供方管理的依据，相应的信息资料收集是必要的，具体应包括：(1)各叶片厂家联系方式；(2)各叶片厂叶片主材资料；(3)叶片供应商及其分厂产品状况信息统计；(4)产品质量保证协议；(5)叶片订货技术协议；(6)接口图纸汇总；(7)各叶片厂家的年度质量控制计划；(8)各叶片厂家的型式试验资料。

3.7 供应商的监理评价

对于供应商的监理评价方面：(1)减少评价方式和评价指标，提升效率，及时更换更合适的供应商；(2)在减少的评价指标的基础上，做到评估处理上的多方面、多层次，在实施过程中进行监理处理。

3.8 叶片监理实效分析

以具有一定规模的风场为例，某公司对风机叶片进行监理前后情况进行对比见表3.

表3 叶片监理实效分析Tab.3 Effectiveness analysis of blade supervision

4 结论

塔架监造后，前期出现的一些质量问题得到改善。及时沟通与交流，使制造单位的排产计划更加具体、贴近实际，生产周期大幅缩短；产品质量得到明显的改善和提升，降低了质量问题带来的附加成本，总体成本下降约2.3%.此外，通过塔架监造，监理人员对设计方面存在的缺陷提出了改进意见，及时在生产过程中进行优化和完善，有效提升了产品的合格率。

风机叶片经过监理后，叶片产品质量得到提升，减少了风机故障率；产品进度上安排更加合理有效，以往出现的到货不及时影响现场吊装和发运的情况得到了很好的改善，保证了风电整机的统筹安装；此外，通过监理统筹，减少了额外费用的支出，极大地降低了风机制造安装成本。