风力发电机塔架内饰件平台螺栓脱落的分析

2022-09-01李勇芝

机械制造 2022年6期

□ 李勇芝

上海电气风电集团股份有限公司上海 200030

1 存在的问题

风能是一种可再生能源,清洁,环境效益好,取之不尽。风力发电机在陆上和海上都能建设,占地面积小。风力发电在为经济增长提供稳定电力供应的同时,可以有效缓解空气污染、全球变暖等问题。

我国风力发电机装机容量逐年增加,根据资料显示,2019年新增风力发电机并网装机容量26.8 GW,2020年新增风力发电机并网装机容量71.67 GW。我国风力发电在发展初期多引进消化国外技术,供应链体系不够完善,随着风力发电机运行时间的增加,部分零部件损耗问题慢慢显现。

由于生产、运输、吊装限制,风力发电机塔架通常分段设计,塔架段与段法兰面之间通过高强度紧固件连接,塔架每段长度达到30 m左右。风力发电机一般按不短于20 a寿命设计,高强度紧固件受力情况比较恶劣,需要定期进行维护。因此在法兰面以下1 200 mm处设置内饰件平台,用于人员站立,维护高强度紧固件。国内某风电场运行时间远未达到20 a,但是有些风力发电机塔架内饰件平台与塔架之间的螺栓出现松动或脱落,严重影响风力发电机的安全稳定运行。笔者对这一情况进行分析,找出原因,并提出相应的解决措施,为后续风力发电机塔架内饰件平台的设计、制造积累经验。

2 内饰件平台结构

爬梯和内饰件平台安装在风力发电机塔架内部,爬梯从塔架段底部通到顶部,内饰件平台安装在塔架内部上部。每段塔架需要布置一套内饰件平台,通过螺栓将内饰件平台与塔架内壁进行连接,如图1所示。

内饰件平台结构如图2所示。平台板与平台支撑梁之间通过螺栓连接,平台板与塔架内壁的连接结构如图3所示,平台支撑梁与塔架内壁的连接结构如图4所示。

3 原因分析

对内饰件平台脱落现场情况进行调查,现场照片如图5所示。图5左侧标记处平台板与塔架内壁焊接螺柱的孔错位,图5右侧标记处平台支撑梁与支架之间存在较大间隙。

分析认为,螺栓松动甚至脱落主要由内饰件平台安装不规范引起。螺栓没有按照塔架技术规范要求对力矩测值,导致力矩未达标,螺栓出现松动。螺栓没有按照塔架技术规范要求涂覆螺纹锁固胶,出现松动。内饰件平台安装时还存在强制装配的情况。

内饰件平台与塔架在塔架供应商处进行安装。塔架主体受力,在20 a生命周期内一直处于摆动状态,螺栓长时间振动和摆动,容易出现松动,进而脱落。塔架技术规范要求螺栓安装需要对力矩测值,并在螺栓表面涂覆螺纹锁固胶。实际安装过程中,螺栓拧紧后无法查看确认是否涂覆螺纹锁固胶,并且螺栓数量太多,无法确保每个螺栓的力矩符合要求。另一方面,在风力发电行业发展早期,安装施工队伍能力参差不齐。以上原因共同造成了内饰件平台螺栓脱落。

4 解决措施

为了保证风力发电机的安全稳定运行,在确认内饰件平台与塔架之间螺栓脱落的原因之后,提出有针对性的解决措施。

平台板支撑如图6所示,利用装焊在塔架主体上的焊接螺柱,通过螺杆支撑组件支撑在焊接螺柱上方。螺杆支撑组件通过螺栓与压板连接,压板通过螺栓与吊杆连接,吊杆托住角钢、平台板,保证平台与角钢不会下落。

平台支撑梁支撑如图7所示,利用装焊在塔架主体上的焊接螺柱,通过螺杆支撑组件支撑在焊接螺柱上方。螺杆支撑组件通过螺栓与压板连接,压板通过螺栓与吊杆连接,吊杆托住型钢、平台支撑梁,保证平台与型钢不会下落。

高空作业安全第一,需要在确保安全的前提下进行施工,由此制订施工方案。

施工人员在踏入内饰件平台前,在内饰件平台下方站在爬梯上用手电筒检查螺栓脱落情况,进行安全排查。对于存在安全隐患的平台板,做临时标记,不得踩踏存在安全隐患的平台板。

施工人员在各施工平台层工作前选择合适的固定点,系上安全绳,确保稳定、安全、牢固后方可施工。

施工人员拧紧内饰件平台上爬梯口两侧的平台支撑梁螺栓。螺栓上涂覆螺纹锁固胶,并安装弹簧垫圈,然后拧紧,确保没有强制装配。螺栓规格为M16,对应力矩为175 N·m。

从爬梯口开始,施工人员按照逆时针方向依次处理脱落的螺栓。对于施工人员站在爬梯上能够安全操作的平台板或平台支撑梁,螺栓涂覆螺纹锁固胶,并加装弹簧垫圈,然后拧紧螺栓。螺栓规格为M12,对应力矩为75 N·m。对于施工人员站在爬梯上不能安全操作的平台板或平台支撑梁,将已安装螺母垫片的平台板或平台支撑梁通过内饰件平台与塔架之间的间隙放置在平台板背面,并托住平台板或平台支撑梁。注意螺母需安装在等高位置,一位施工人员用手固定并托住支撑角钢或平台支撑梁,防止掉落。螺母采用符合标准GB/T 6170—2015《1型六角螺母》的普通螺母。本安装方案称为安装方案一,如图8所示。

如果内饰件平台与塔架之间的间隙比较小,平台板或平台支撑梁无法通过间隙放置,那么可以采用另一种安装方案。

将一根长约5 m,直径为1 mm的钢丝通过间隙下放。钢丝一端带有M4小螺栓,螺栓需要拧入零件的螺纹孔。一名施工人员站在爬梯方位平台下方,用一根长约4 m的拉杆将钢丝拉至爬梯方位,方便施工人员将钢丝与平台板或平台支撑梁安装在一起。在将平台板或平台支撑梁运送至安装位置过程中,拉杆不允许离开钢丝,防止撞击塔架内壁。安装吊杆、螺母垫片、压板,三个螺母需要等高。螺母采用符合标准GB/T 6170—2015的普通螺母。这一安装方案称为安装方案二,如图9所示。

如果在放置螺杆支撑组件、吊杆过程中,螺杆支撑组件、吊杆与平台板或平台支撑梁有干涉,那么可以钻孔或切割平台板、平台支撑梁,以方便安装。安装螺母、螺母垫片并拧紧,确保平台板支撑或平台支撑梁支撑可以完全托住平台板或平台支撑梁。此时螺母采用符合标准GB/T 6184—2000《1型全金属六角锁紧螺母》的锁紧螺母,并标力矩。

施工时,安全监控人员在保证自身安全的前提下,检查施工人员的安全要素,加强对系安全绳的检查。每层内饰件平台组装完成后,先进行自检,再由安全质量专员复检,清理内饰件平台,要求做到工完料净场地清。两人一组,根据安全规程要求至上一层内饰件平台,检查螺栓脱落情况,对风险隐患做好标记,对物品采用吊物绳运输至下层内饰件平台。物品装袋后系紧封口绳,检查牢固性,防止高空坠落。