支撑式风电混凝土塔架模具的制造工艺

王守友 杜银星 袭卫兵

摘 要：随着我国风能利用的开发，国内对于风力发电的需求逐步增大。尤其是超高塔架，多采用混凝土塔架。混凝土塔架具有良好的防水性能，防腐性能和较高的性价比，超高混凝土塔架是目前风电行业的发展趋势。而制造混凝土塔筒的关键设备塔筒模具是其核心关键技术。文章从实际生产制造角度分析一种具有内部支撑的风电塔架混凝土模具的关键制造工艺和质量控制要点，为同类产品提供设计和制造参考。

关键词：模具;工艺;拼装

中图分类号：TU74                                文献标识码：A                               文章编号：2096-6903（2022）03-0071-03

0引言

随着节能环保产业的发展，风力发电技术正逐步发展壮大。利用风力发电，可降低风机单位发电成本、提高发电量，尤其是120 m级以上的混凝土超高塔架更获得更大的电力生产能力。作为预制生产混凝土120级超高塔架的管片模具，其制造工艺是关键。塔筒管片模具不同于普通的模具产品，其产品要求精度高，结构形式独特，各节段的关联尺寸要求较严格的形位公差尺寸。限于其特殊的结构形式和严格的尺寸精度，必须制定合理的制作工艺作为技术保障。

1模具总图概述

支撑式风能塔筒模具由件1外模、件2内模、件3顶模、件4底模、件5支撑系统和件6端模组成。件5支撑系统位于中心点上，作用是模具内部支撑，利用调节丝杆支撑内侧模板。外侧模板与内侧模板采用对拉丝杆连接，顶模面板设置预应力孔道及桁架框架[1]。具体结构形式如图1所示。

内模和外模整体呈锥形布置，内外模具有不同的锥角。内外模包络底模支撑在平台基础上，内外模之间采用对拉丝杆，涨拉夹紧底模。顶模布置在内外模上部，用定位销和连接螺栓和内外模上法兰连接固定。顶模和底模面板上具有相对应的预应力孔道。支撑系统由调节拉杆组成，拉杆两端具有左右旋向的调节的细牙螺纹丝杆，以便微量调节，稳定支撑内模整体位置，提高模具整体刚度和尺寸精度。端模布置在内外模围拢的环形内45°交角位置，浇筑混凝土塔筒管片时，通过端模的分块成两瓣C型混凝土管片，以便拼装和运输。

塔筒模具关键控制尺寸是模具上下口工作面直径、模具工作型腔高度偏差、面板角度偏差、面板整体平面度偏差和上下模预应力孔位整体偏差。

2内外模制造工艺要点

内外模都是由圆锥形筒壁构成，内模分10瓣，外模等分8瓣。整体结构有面板和环筋及竖筋组成，内外模面板整体高度为3 m以上，结构制造时重点考虑面板接料方法和整体平面度问题。内外模制造时还要重点控制上口和下口的工作半径，控制整体倾斜角度，制造时必须设计合理的组焊工装。

基于以上几点关键控制点，内外模的合理制造工艺是：①要根据实际需要，采购定尺宽度面板。以减少接料焊接。②如采购板材宽幅有限，钢模面板需要接料时，应将对接焊缝区用铣边机械加工，控制接口直线度≤0.5 mm。③内外模应按模具分块情况，分瓣制作。内外模组对时在专用的锥度工装上组对，外模设计成外和面板锥度一致凸型的工装，内模设计成和内模锥度一致的内凹型工装。④工装使用时先组对面板，确保面板和工装弧形线密贴，在工装上完成面板接料工序。再以面板为基准组对环筋和纵筋。⑤模具整体下胎后，切割余料，并整体焊接面板和全部筋板。焊接时要注意控制焊角尺寸不宜过大，防止过多的局部热输入导致焊接变形。实践证明采用交错对称焊接，焊50 mm间隔200 mm，焊角6 mm，交角必焊的制作焊缝要求可以完全满足使用要求。⑥整体焊接结束后，二次将成型的内外模放置在组对工装上检查面板锥度尺寸，并结合水平尺沿面板母线方向检查面板整体平面度。如有焊接变形可采用局部火焰修整的方法修整变形。内外模整体制造完毕后要做好清晰的标识，以便整体拼装。

3顶模制造工艺要点

顶模分四瓣组成，由工作面板和环形桁架组成。面板上具有下料口和预应力孔，采用环形采用桁架结构和顶模面板形成整体，便于吊装和使用。四瓣之间采用法兰把合连接。顶模面板内外周圈的连接耳板，通过定位销和螺栓连接内外模顶模制作关键是控制顶模面板的整体变形问题。

首先，顶模面板下料要采用机构切割的工艺一次全部切割成型。采用激光切割的工艺，切割热影响区小，变形小。一般孔中心距精度误差≤0.4 mm，轮廓尺寸误差≤0.5 mm。可以完全满足模具精度要求。其次，整体组焊时，需要在操作平台上按图样要求划好1：1地样线，面板整体平铺在操作平台上，严格和地样线吻合。再将面板点焊固定，并在内外圆周外沿，在平台上焊接工艺硬肩顶板支撑牢固面板，防止变形。最后，组焊连接法兰板，并将法兰板用螺栓连接固定。以面板为基准整体组对顶模上部桁架，并整体焊接。

4底模制造工艺要点

底模和顶模相对，预应力孔呈从上到下的贯穿关系，由四瓣组成，各瓣之间采用法兰连接。底模制造时，和顶模类似，关键制造工艺是面板采用激光精准下料。底模面板厚度方向要预留倾斜面的打磨工艺余量。整体组焊后在面板内外圆沿板厚打磨，以便拼装后和模具面板呈面对面的贴合装配关系。

5支撑系统制造工艺要点

支撑系统由中心立柱和调节拉杆组成。中心立柱位于中心点位置，作用是支撑调节拉桿，便于拉杆调节。各拉杆沿中心立柱呈45°夹角均布在模具内腔中。拉杆由左右旋合的丝杆组成。整体制造时要注意确保整体杆件的同轴度要求。焊接时要将活动丝杆旋入拉杆内后再整体环向焊接。焊接后在拉杆丝杆内注入润滑脂。中心立柱的拉杆铰座制造时，要和立柱自身保持一定的整体转位角度要求，可以制造工艺角度样板，利用样板确保各铰座的方位角度要求。

此外，各拉杆的两端调节丝杠要有足够的调节范围和整体强度，制作时应选用45#材质，采用粗加工-调质-精加工的工艺完成。未确保调质后丝杆具有较好的综合力学性能，粗加工后应留3 mm左右的精加工余量。

6端模制造工艺要点

端模由面板、连接板和镶块组成。整体模具右4组端模，两两并拢使用。制造时，全部板料要采用激光切割方法，下料一次成型。以面板为基准整体组对，焊接时要采用两组端模背对背并拢的方法，两组端模双人两侧同步焊接，以抵消焊接变形。背对背并拢时，要注意用刚性较大的C型夹夹持的方法焊接。或采用面板点焊固定的方式固定。

端模主体结构制造完毕后最后焊接镶块，每个镶块和面板间可采用5-φ20的塞焊孔，塞焊方法连接固定。端模制造后要严格控制装配成型尺寸并做好清晰标识。要控制端模焊接后板面平整度≤1 mm/m，对角线误差≤3 mm的精度要求。

7整体拼装工艺

模具各部件制造完毕后，要进行整体拼装成型工序。整体拼装是模具制造的关键工序。通过厂内拼装，可以修配整体结构尺寸，还能检查单件制作精度，避免施工现场使用时精度超差现象。

综合分析模具整体结构，制定的整体拼装顺工艺为：平台布置→ 拼装中心立柱 → 底模 → 内模 →一次顶模拼装 → 拆除顶模  → 端模 外模 → 二次拼装顶模 → 数据检验，整体刻线标记→包装出厂发运。

（1）拼装场地布置。拼装需要的操作平台要适应模具总体直径尺寸要求，并具有足够的操作空间。尤其是起吊高度空间要充分考虑，应确保桥式起重机的整体起升重量和起升高度在允许的范围之内。整体拼装平台上需要1：1绘制内外模和底模的地样位置线，并注明0°、90°、180°和270°角度位置线。以便模具拼装时位置精准。

（2）拼装中心立柱。中心立柱的0°位置点要与平台地样线0°重合，用线坠投射方法检查中心立柱铅垂度≤1 mm。找正后，临时焊接固定中心立柱。并用斜拉杆辅助支撑补强。中心立柱和内模间的水平支撑杆暂不安装，待拼装内模时，与内模同步安装。

（3）拼装底模。底模位置按地样线位置重合拼装成圆。拼装后用水准仪依次按60°夹角间隔依次检查各关键点的水平标高，要确保整体水平度≤±1 mm的精度要求[2]。

整体拼装后，在底模面板上整体放样精准划出内模位置线。通过用水准仪依次检查1-16#点位标高，确定底模整体平面度要求。

（4）拼装内模。根据底模面板位置线，依次拼装各瓣内模，边拼装边用中心立柱水平拉杆固定内模位置。首先应准确拼装第一块内模，严格控制内模位置公差和相对尺寸要求。

（5）一次顶模拼装。由于模具整体成型后，内外模之间形成的封闭空间，无法再其中检查和操作，故为方便检查，内模拼装后拼装外模前，要一次拼装顶模。顶模位置要根据底模的预应力孔位为基准拼装，该处检查可以采用线坠铅锤投放法。

（6）拼装端模。端模坐立在底模面板上，端面和内模贴合，用螺栓连接固定。端模和对应内模连接处的连接螺栓孔要在拼装后整体投钻出孔。

（7）内模及端模整体拼装合格后再拼装外模。外模拼装时根据底模分度刻线位置拼装，拼装前严格检查外模连接法兰板的平面度和直线度精度要求，拼装间隙≤0.5 mm。

（8）二次拼装顶模。外模拼装后，二次拼装顶模，利用顶模和内模上法兰的定位销轴，确定顶模位置，然后再利用顶模和外模连接的孔投钻外模上法兰上的连接孔，并样焊定位套，用定位销轴定位连接。

（9）全部拼装完毕后，在内外模上法兰上按均布角度整体划线，样制对拉支座，安装对丝杆。

8结语

风能塔筒模具不同于普通钢结构产品，要求精度高，结构制造工艺先进合理。本文通过总结拉杆支撑式风能塔筒模具的制作工艺和拼装方法，得出以下结论：

（1）模具下料工序必须重视，由于模具制造后没有整体机加工序，故必须采用激光切割等热输入量小，成型精度高的下料方法。此外，各种预埋件安装孔及其他工艺孔，应在下料工序一次出孔成型，避免拼装后整体配钻。以提高互换精度和安装精度。

（2）锥形风能塔筒模具的分块尺寸控制必须采用专用工装发方法确保成型质量。工装设计要经济简便，便于操作。通常的锥形塔筒模具的工装多采用单板拼接方案为宜。

（3）锥形风能塔筒模具的质量检验方案必须周密考虑，要设计专用工装检具，综合绘制辅助线和线坠投射等方法检查模具整体质量，并做好检验数据记录工作。

（4）锥形风能塔筒模具的最终工序是整体拼装，拼装目的是修整面板结合间隙和整体尺寸确保。要制定合理的拼装检验工艺，数据检验和整体拼装应交叉进行，避免因操作空间导致无法检验。

参考文献

[1] 肖剑，丛欧，郝华庚，等.风电塔架混凝土新型模板的研究分析[J].建筑结构，2016，46（14）：21-25.

[2] 杜银星，陈忠斌，王金祥.锥形塔筒模具结构制造工艺探讨[J].中国高新技术企业，2017（6）：91-92.

Manufacturing Technology of Supporting Wind Power Concrete Tower Mould

WANG Shouyou，DU Yinxing，XI Weibing

（Qinhuangdao Tianye Tonglian Heavy Industry Technology Co.，Ltd.Hebei Heavy Equipment Engineering

Technology Research Center，Qinhuangdao Hebei  066004）

Abstract： With the development of wind energy utilization in my country， the domestic demand for wind power has gradually increased. Especially for ultra-high towers， concrete towers are mostly used. The concrete tower has good waterproof performance， anti-corrosion performance and high cost performance. The ultra-high concrete tower is the current development trend of the wind power industry. The key equipment tower mold for manufacturing concrete tower tube is its core key technology. This article analyzes the key manufacturing process and quality control points of a concrete mold for a wind power tower with internal support from the perspective of actual production and manufacturing， and provides design and manufacturing references for similar products.

Keywords： mold; process; assembly

收稿日期：2021-12-16

作者簡介：王守友（1981—），男，河北秦皇岛人，本科，工程师，研究方向：隧道专用设备、管片模具等。