□ 李勇芝

上海電氣風電集團股份有限公司 上海 200030

1 存在的問題

風能是一種可再生能源,清潔,環(huán)境效益好,取之不盡。風力發(fā)電機在陸上和海上都能建設,占地面積小。風力發(fā)電在為經(jīng)濟增長提供穩(wěn)定電力供應的同時,可以有效緩解空氣污染、全球變暖等問題。

我國風力發(fā)電機裝機容量逐年增加,根據(jù)資料顯示,2019年新增風力發(fā)電機并網(wǎng)裝機容量26.8 GW,2020年新增風力發(fā)電機并網(wǎng)裝機容量71.67 GW。我國風力發(fā)電在發(fā)展初期多引進消化國外技術(shù),供應鏈體系不夠完善,隨著風力發(fā)電機運行時間的增加,部分零部件損耗問題慢慢顯現(xiàn)。

由于生產(chǎn)、運輸、吊裝限制,風力發(fā)電機塔架通常分段設計,塔架段與段法蘭面之間通過高強度緊固件連接,塔架每段長度達到30 m左右。風力發(fā)電機一般按不短于20 a壽命設計,高強度緊固件受力情況比較惡劣,需要定期進行維護。因此在法蘭面以下1 200 mm處設置內(nèi)飾件平臺,用于人員站立,維護高強度緊固件。國內(nèi)某風電場運行時間遠未達到20 a,但是有些風力發(fā)電機塔架內(nèi)飾件平臺與塔架之間的螺栓出現(xiàn)松動或脫落,嚴重影響風力發(fā)電機的安全穩(wěn)定運行。筆者對這一情況進行分析,找出原因,并提出相應的解決措施,為后續(xù)風力發(fā)電機塔架內(nèi)飾件平臺的設計、制造積累經(jīng)驗。

2 內(nèi)飾件平臺結(jié)構(gòu)

爬梯和內(nèi)飾件平臺安裝在風力發(fā)電機塔架內(nèi)部,爬梯從塔架段底部通到頂部,內(nèi)飾件平臺安裝在塔架內(nèi)部上部。每段塔架需要布置一套內(nèi)飾件平臺,通過螺栓將內(nèi)飾件平臺與塔架內(nèi)壁進行連接,如圖1所示。

內(nèi)飾件平臺結(jié)構(gòu)如圖2所示。平臺板與平臺支撐梁之間通過螺栓連接,平臺板與塔架內(nèi)壁的連接結(jié)構(gòu)如圖3所示,平臺支撐梁與塔架內(nèi)壁的連接結(jié)構(gòu)如圖4所示。

3 原因分析

對內(nèi)飾件平臺脫落現(xiàn)場情況進行調(diào)查,現(xiàn)場照片如圖5所示。圖5左側(cè)標記處平臺板與塔架內(nèi)壁焊接螺柱的孔錯位,圖5右側(cè)標記處平臺支撐梁與支架之間存在較大間隙。

分析認為,螺栓松動甚至脫落主要由內(nèi)飾件平臺安裝不規(guī)范引起。螺栓沒有按照塔架技術(shù)規(guī)范要求對力矩測值,導致力矩未達標,螺栓出現(xiàn)松動。螺栓沒有按照塔架技術(shù)規(guī)范要求涂覆螺紋鎖固膠,出現(xiàn)松動。內(nèi)飾件平臺安裝時還存在強制裝配的情況。

內(nèi)飾件平臺與塔架在塔架供應商處進行安裝。塔架主體受力,在20 a生命周期內(nèi)一直處于擺動狀態(tài),螺栓長時間振動和擺動,容易出現(xiàn)松動,進而脫落。塔架技術(shù)規(guī)范要求螺栓安裝需要對力矩測值,并在螺栓表面涂覆螺紋鎖固膠。實際安裝過程中,螺栓擰緊后無法查看確認是否涂覆螺紋鎖固膠,并且螺栓數(shù)量太多,無法確保每個螺栓的力矩符合要求。另一方面,在風力發(fā)電行業(yè)發(fā)展早期,安裝施工隊伍能力參差不齊。以上原因共同造成了內(nèi)飾件平臺螺栓脫落。

4 解決措施

為了保證風力發(fā)電機的安全穩(wěn)定運行,在確認內(nèi)飾件平臺與塔架之間螺栓脫落的原因之后,提出有針對性的解決措施。

平臺板支撐如圖6所示,利用裝焊在塔架主體上的焊接螺柱,通過螺桿支撐組件支撐在焊接螺柱上方。螺桿支撐組件通過螺栓與壓板連接,壓板通過螺栓與吊桿連接,吊桿托住角鋼、平臺板,保證平臺與角鋼不會下落。

平臺支撐梁支撐如圖7所示,利用裝焊在塔架主體上的焊接螺柱,通過螺桿支撐組件支撐在焊接螺柱上方。螺桿支撐組件通過螺栓與壓板連接,壓板通過螺栓與吊桿連接,吊桿托住型鋼、平臺支撐梁,保證平臺與型鋼不會下落。

高空作業(yè)安全第一,需要在確保安全的前提下進行施工,由此制訂施工方案。

施工人員在踏入內(nèi)飾件平臺前,在內(nèi)飾件平臺下方站在爬梯上用手電筒檢查螺栓脫落情況,進行安全排查。對于存在安全隱患的平臺板,做臨時標記,不得踩踏存在安全隱患的平臺板。

施工人員在各施工平臺層工作前選擇合適的固定點,系上安全繩,確保穩(wěn)定、安全、牢固后方可施工。

施工人員擰緊內(nèi)飾件平臺上爬梯口兩側(cè)的平臺支撐梁螺栓。螺栓上涂覆螺紋鎖固膠,并安裝彈簧墊圈,然后擰緊,確保沒有強制裝配。螺栓規(guī)格為M16,對應力矩為175 N·m。

從爬梯口開始,施工人員按照逆時針方向依次處理脫落的螺栓。對于施工人員站在爬梯上能夠安全操作的平臺板或平臺支撐梁,螺栓涂覆螺紋鎖固膠,并加裝彈簧墊圈,然后擰緊螺栓。螺栓規(guī)格為M12,對應力矩為75 N·m。對于施工人員站在爬梯上不能安全操作的平臺板或平臺支撐梁,將已安裝螺母墊片的平臺板或平臺支撐梁通過內(nèi)飾件平臺與塔架之間的間隙放置在平臺板背面,并托住平臺板或平臺支撐梁。注意螺母需安裝在等高位置,一位施工人員用手固定并托住支撐角鋼或平臺支撐梁,防止掉落。螺母采用符合標準GB/T 6170—2015《1型六角螺母》的普通螺母。本安裝方案稱為安裝方案一,如圖8所示。

如果內(nèi)飾件平臺與塔架之間的間隙比較小,平臺板或平臺支撐梁無法通過間隙放置,那么可以采用另一種安裝方案。

將一根長約5 m,直徑為1 mm的鋼絲通過間隙下放。鋼絲一端帶有M4小螺栓,螺栓需要擰入零件的螺紋孔。一名施工人員站在爬梯方位平臺下方,用一根長約4 m的拉桿將鋼絲拉至爬梯方位,方便施工人員將鋼絲與平臺板或平臺支撐梁安裝在一起。在將平臺板或平臺支撐梁運送至安裝位置過程中,拉桿不允許離開鋼絲,防止撞擊塔架內(nèi)壁。安裝吊桿、螺母墊片、壓板,三個螺母需要等高。螺母采用符合標準GB/T 6170—2015的普通螺母。這一安裝方案稱為安裝方案二,如圖9所示。

如果在放置螺桿支撐組件、吊桿過程中,螺桿支撐組件、吊桿與平臺板或平臺支撐梁有干涉,那么可以鉆孔或切割平臺板、平臺支撐梁,以方便安裝。安裝螺母、螺母墊片并擰緊,確保平臺板支撐或平臺支撐梁支撐可以完全托住平臺板或平臺支撐梁。此時螺母采用符合標準GB/T 6184—2000《1型全金屬六角鎖緊螺母》的鎖緊螺母,并標力矩。

施工時,安全監(jiān)控人員在保證自身安全的前提下,檢查施工人員的安全要素,加強對系安全繩的檢查。每層內(nèi)飾件平臺組裝完成后,先進行自檢,再由安全質(zhì)量專員復檢,清理內(nèi)飾件平臺,要求做到工完料凈場地清。兩人一組,根據(jù)安全規(guī)程要求至上一層內(nèi)飾件平臺,檢查螺栓脫落情況,對風險隱患做好標記,對物品采用吊物繩運輸至下層內(nèi)飾件平臺。物品裝袋后系緊封口繩,檢查牢固性,防止高空墜落。

5 內(nèi)飾件平臺支撐結(jié)構(gòu)

風力發(fā)電有廣闊的發(fā)展前景,隨著陸上、海上風電平價上網(wǎng)時代的到來,在滿足功能和安全的前提下,還需要進一步通過優(yōu)化風力發(fā)電機塔架結(jié)構(gòu),提高現(xiàn)場安裝效率,降低后期運維成本。以下介紹兩種內(nèi)飾件平臺支撐結(jié)構(gòu),能夠有效提高安裝效率,降低后期運維成本。

如圖10所示,內(nèi)飾件平臺不同組件以模塊形式進行安裝,縮短現(xiàn)場的安裝周期。內(nèi)飾件平臺通過吊臂在上部與支撐結(jié)構(gòu)上的法蘭連接,維護高強度緊固件時站在內(nèi)飾件平臺上進行檢查。

如圖11所示,折彎支耳、支撐鋼板通過焊接方式與塔架內(nèi)壁連接,折彎支耳安裝在內(nèi)飾件平臺下方,通過螺栓與平臺連接,支撐鋼板通過螺栓與平臺支撐梁連接。

另外,通過增大單段塔架長度,減少塔架段數(shù),可以減少塔架段之間法蘭的數(shù)量,進而可以減少內(nèi)飾件平臺的數(shù)量,減小后期運維工作量,降低后期運維成本。由于受道路、車輛的限制,這一優(yōu)化更適用于海上風力發(fā)電機塔架。

在設計風力發(fā)電機塔架內(nèi)飾件平臺時,應綜合考慮各方面影響因素。在施工過程中,應嚴格按照圖紙和相關(guān)技術(shù)規(guī)范執(zhí)行。

6 結(jié)束語

風力發(fā)電機組壽命一般不短于20 a,針對國內(nèi)某風電場運行時間遠未達到20 a,風力發(fā)電機塔架內(nèi)飾件平臺與塔架之間螺栓出現(xiàn)松動或脫落的問題,進行了分析,找出原因,并提出相應的解決措施,為后續(xù)風力發(fā)電機塔架內(nèi)飾件平臺的設計、制造積累經(jīng)驗。