5MW陆上超大型风力发电机组安装工法

5MW陆上超大型风力发电机组安装工法前言5MW风力发电机组是目前我国已投产运行的陆上超大型发电机组，机组的重量、体积和安装高度等参数都比常规风电机组有大幅度提高，单台机组整体重量达1000t，其中最重单件部件机舱重约300t,安装高度超过100m。风电场多位于山区，地形复杂，风电机组安装平台和进场道路修整难度大，且大面积的修整会造成严重的环境破坏和水土流失。针对上述特点，以三项关键技术为指导，形成《5MW陆上超大型风力发电机组安装工法》，并在鲁能康保屯垦二期风电场工程中成功应用，取得了良好的经济效益和社会效益。5MW陆上型风力发电机组分体式吊装技术经中国电力建设企业协会鉴定达到国际先进水平，5MW陆上型风力发电机组塔筒吊装技术及叶轮吊装锁紧定位技术经山东省经济和信息化委员会鉴定均达到国际先进水平。本工法获批2014年度电力建设行业工法，关键技术获2015年度电力建设科学技术进步奖，获2015年度电力建设QC成果一等奖，论文获评中国电力建设企业协会2013年度优秀吊装论文。“5MW陆上型风力发电机组分体式吊装方法”取得国家发明专利，“风机机舱吊装专用吊具及吊装结构”、“一种风力发电机组叶片锁紧装置”取得实用新型专利。特点2.0.1本工法将机舱分体为机舱主体、发电机、专用维护起吊装置和顶部罩壳四部分，降低了单件最大起吊重量，提高了吊装的安全性。2.0.2本工法减小了风电机组安装平台面积，降低了运输道路要求，最大限度的保护了生态环境。2.0.3本工法利用发电机定位装置和同轴度检测技术提高了机舱分体后组装的精度，保证了安装质量。2.0.4本工法对机舱主体吊具进行重新设计，在吊装过程中使机舱保持水平，保证了机舱主体安装质量和精度。2.0.5本工法塔筒吊装使用滑轮平均分配吊索具载荷，解决了细长类大型设备竖立难的问题。2.0.6本工法采用专用锁紧装置锁紧叶片，确保叶轮吊装过程中叶片不会转动，保证了设备吊装安全。适用范围本工法适用于5MW陆上超大型风力发电机组的安装，也适用于其它同类型风力发电机组安装。工艺原理力矩平衡原理力矩平衡是指作用在物体上几个力的合力矩为零，公式为ZF=0,ZF=0,ZM=0 （4.1）xy分体前机舱整体和分体后发电机、专用维护起吊装置和顶部罩壳的重量和重心位置已知，根据力矩平衡原理计算出机舱主体（机舱整体去除发电机、专用维护起吊装置和顶部罩壳）的重量和重心位置。依据新的重心位置重新设计吊装索具。机舱整体重量为G，机舱重心到回转中心距离为L。机舱主体、发电机、专用维护起吊装置和顶部罩壳重量分别为G1、G2、G3、G4；距离回转中心的距离为L1、L2、L3、L4。根据力矩平衡原理有：GXL=G1XL1+G2XL2+G3XL3+G4XL4 （4.1.1-1）G=G1+G2+G3+G4 （4.1.1-2）计算出分体后机舱主体的重心到回转中心距离为L1。机舱分体后降低了最大单件起吊重量，根据力矩平衡原理，主吊机械作业半径不变，起重力矩变小，这样就能选择较低规格和性能的吊装起重机械。定滑轮原理定滑轮实质是个等臂杠杆，动力臂L1、阻力臂L2都等于滑轮半径R,如图4.2-1所示。根据杠杆平衡条件可得出定滑轮可以改变用力的方向，但是不省力和不省距离。图4.2-1定滑轮如图4.2-2所示，利用定滑轮原理设计塔筒平衡吊装索具系统，钢丝绳穿过滑轮后分别与吊耳相连，两端拉力相等；随着塔筒竖立，滑轮两边钢丝绳长度差值逐渐变小，直到塔筒完全竖立，两边长度相等。图4.2-2塔筒起吊索具三维六自由度定位原理三维六自由度定位原理是指物体在空间具有六个自由度，即沿x、y、2三个直角坐标轴方向的移动自由度和绕这三个坐标轴的转动自由度，如图4.3。因此，要对物体定位，必须限制六个自由度。

图4.3物体的六个自由度发电机定位装置由两套定位块组成，每套定位块又分为相互配合的上块和下块，如图4.3.1所示。通过两套定位块限制发电机的六个自由度，实现定位功能。图4.3.1发电机定位块叶片与变桨轴承通过高强螺栓连接，变桨轴承已通过各部件的安装限制了五个自由度，只剩绕叶片方向的转动。叶片锁紧装置一端卡住高强螺栓头部，一端固定在轮毂内的支座上。该装置限制了变桨轴承第六个自由度，实现了叶片锁紧的目的。5工艺流程及操作要点工艺流程:其它五段塔筒安装 机舱分体机舱主体吊装分体部件吊装叶轮地面组合叶轮吊装

图5.1工艺流程图操作要点地基处理及机械设备布置结合5MW风机各部件重量、起吊高度和外形尺寸，选定风机安装时所使用的主吊机械1000t履带吊、辅吊机械150t履带吊，确定安装场地大小和地耐力要求，要求地耐力20t/m2,机械作业场地平整度W1°,设备摆放场地平整度W3°。底段塔筒安装对垫板法兰水平度及基础接地电阻进行测量，检查清理法兰面、螺栓孔。要求水平度在4mm以内，接地电阻W4。。在垫板法兰螺栓内外侧各涂抹一圈密封胶，在螺栓螺纹部分涂抹润滑脂。底段塔筒吊装1）吊耳安装和索具拴挂在塔筒上下法兰吊点位置分别安装主、辅吊机械专用吊耳并拴挂吊装吊具。2）塔筒竖立两台起重机械同时起钩，塔筒离开地面后，主吊机械继续起钩，辅助起重机械配合。待塔筒竖立后，拆除辅助吊车吊具。整个起吊过程要保持垂直起吊，严禁歪拉斜吊。图5.2.2-1塔筒竖立3）底段塔筒就位安装主吊机械吊装底段塔筒，下部法兰螺栓孔穿过预埋地脚螺栓，落到垫板法兰上（见图5.2.2-2）,测量塔筒垂直度偏差，标准为W1%。已安装高度，测量位置偏差，控制在2mm以内。初紧地脚螺栓螺母，主吊机械脱钩。

图5.2.2-2底段塔筒就位安装基础二次灌浆和底段塔筒螺栓终紧找正安装完底段塔筒后，对基础进行二次灌浆，待强度合格后进行底段塔筒螺栓终紧，螺栓终紧分别按照终紧值的50%、80%、100%分三次进行，每次间隔时间不少于30分钟。其它五段塔筒安装利用主辅吊机械相互配合进行其它五段塔筒的吊装。具体安装工序同底段塔筒安装。控制塔筒垂直度偏差W1%。已安装高度。机舱主体吊具设计根据工艺原理4.1.1计算出分体后机舱主体重心位置，设计吊装索具。设计出的机舱主体吊装索具由吊装带1、吊装带2、吊装带3、吊装带4、吊梁及卸扣组成，具体见表5.2.5和图5.2.5。机舱主体吊装（分体吊装）吊具选用清单表5.2.5吊具规格数量备注卸扣J<-BX175-412吊装带1J&LRH01-150-L50802

吊装带2J&LRH01-150-L4920吊装带2J&LRH01-150-L4920吊装带3 J&LRH01-150-L2180 2吊装带4 J&LRH01-150-L5480 2吊梁图5.2.5机舱主体吊装重心图机舱分体分体前在机舱外部搭设工作棚，做好防风、防雨、防尘措施。机舱分体为：机舱主体、发电机、专用维护起吊装置及顶部罩壳。发电机拆除前，在发电机及支座上安装定位装置，限制发电机6个方向自由度，保证发电机安装精度。拆除过程做好技术记录。

图5.2.6发电机定位装置安装机舱主体吊装1挂好机舱主体吊装索具，在机舱头尾各拴1根稳定机舱主体用的缆风绳。起吊机舱主体，拆除运输支架，安装偏航雷电保护爪和定位销。继续起钩，用缆风绳控制机舱主体方向，使机舱主体口朝向起重臂，保证叶轮吊装时能够正对机舱。2起吊机舱主体至顶段塔筒法兰上方，用机舱定位销定位，螺栓孔对正后穿装螺栓，在吊车配合下以十字对角法初紧螺栓。初紧后吊车松钩拆除吊具，拆下定位销，安装定位销处螺栓。图5.2.7机舱主体就位用电动扳手初紧完所有螺栓后，严格按照螺栓紧固力矩要求用液压力矩扳手进行螺栓终紧。为防止大风从顶段塔筒上部持续吹入，引起塔筒的晃动，要求顶段塔筒安装后必须立即进行机舱安装。分体部件的安装1发电机安装发电机吊装前清理发电机和支架接触面。在发电机吊耳上安装好吊具后，吊至机舱内部安装位置，利用定位装置将发电机准确就位（见图5.2.8），安装好连接螺栓、螺母和加长套，用液压板手依次拧紧螺母。图5.2.8发电机安装2联轴器和联轴器罩的安装1）安装联轴器发电机侧膜片组，清洁胀紧装置内孔表面和发电机轴头，将带膜片组的法兰和胀紧装置推入发电机轴头，调整安装尺寸保证制动盘表面和胀紧装置法兰表面距离满足要求。均匀拧紧胀紧装置上的螺栓至终紧力矩。2）清洁中间体和膜片组的安装面，转动齿轮箱侧组件和发电机侧组件，使两边膜片组上安装螺栓对准在同一条线上，装入连接螺栓，装入中间体，手工拧紧安装螺栓和螺母，让力矩限制装置在发电机一侧。将锁紧螺母上所有胀紧螺栓松开，手拧紧锁紧螺母直到膜片之间没有间隙，将锁紧螺母拧松1/4圈。手工交叉拧紧十字形分布的4个胀紧螺栓，交叉拧紧这4个胀紧螺栓后，再分两次均匀拧紧所有胀紧螺栓。最后再用力矩扳手反复拧所有胀紧螺栓2遍。3专用维护起吊装置安装将专用维护起吊装置吊起至机舱上方，调整位置后将其放置到机舱轨道上。4顶部罩壳安装将顶部罩壳吊至机舱上方，使顶部罩壳与和机舱罩贴合，拧紧连接螺栓。在机舱内部沿罩壳对接处填充密封胶。5.2.9叶轮组合1在叶片吊点处和吊带之间垫上前后缘的保护板，拴挂吊带（见图5.2.9-1）。2将叶片吊起，拆除叶根与叶尖支架，缓慢对向轮毂（见图5.2.9-2）,紧固叶片连接螺栓，安装叶片锁紧装置（见图5.2.9-3）o组装完的叶片在距叶片根部35.5m处用支架支好垫牢。按上述步骤组装第二片、第三片叶片。34D0D图5.2.9-1叶片重心及吊点

图5.2.9-2叶轮组合图5.2.9-3叶片锁紧装置5.2.10叶轮吊装1拴挂叶轮吊装索具。2拆除轮毂支架连接螺栓，主副吊车同时起吊，直到轮毂离开地面1.5m，清理对接螺栓孔、法兰面，安装轮毂与机舱主轴连接螺栓。

图5.2.10-1叶轮吊装主吊吊具3在轮毂法兰面安装三根定位销。4将叶轮由水平起吊到竖立状态，拆除辅助吊车索具。将叶轮起吊到安装位置并安装到位。图5.2.10-2叶轮安装就位

5拆除叶轮吊具、叶尖护套和缆风绳，三只叶片均变桨至顺桨位置，拆除叶片锁紧装置。6材料与设备需用材料与设备清单 表6序号名称型号/规格单位数量备注1履带式起重机1000t台1主吊机械2履带式起重机150t台1辅助机械3汽车式起重机50t台14挖掘机1m3台15压路机12tt台16装载机3m3台17柴油发电机20kw台18风机设备吊具套19钢卷尺50m把2经计卜量检定合格10电动扳手按螺栓紧固力矩台2经计卜量检定合格11液压力矩扳手按螺栓紧固力矩台3经计卜量检定合格12水准仪台1经计卜量检定合格13经纬仪台1经计卜量检定合格14万用表个1经计卜量检定合格15摇表个1经计卜量检定合格16游标卡尺200mm把1经计卜量检定合格17平面度检测仪台1经计卜量检定合格18同轴度检测仪台1经计卜量检定合格19椭圆度检测仪台1经计卜量检定合格20塞尺套1经计卜量检定合格21风速仪套1经计量检定合格22安全带标准全身式条1023开口扳手8mm-85mm套124灭火器干粉8kg个525防坠绳m10026对讲机部627安全警戒绳m20028缆风绳①30mmm60029润滑脂kg1030密封胶kg20质量控制7.0.1严格执行《机械设备安装工程施工及验收通用规范》GB50231-2009、《电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范》GB50168-2006、《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》GB50236-2011、《风力发电机组装配和安装规范》GB/T19568-2004、《风力发电机组验收规范》GB/T20319-2006等标准。7.0.2上道工序验收不合格或未进行验收，不得进行下道工序施工。7.0.3在搭设好的工作棚内进行机舱分体，做到防风、防雨、防尘。7.0.4发电机安装定位装置，利用六自由度定位原理控制发电机安装精度。7.0.5油路管道接头利用胶带包好，防止灰尘等杂物进入。7.0.6风机各部件连接高强螺栓穿装齐全，按十字对角法进行紧固。7.0.7在吊装或设备组合时加垫软性制品，防止损坏、碰伤设备表面。7.0.8风机设备附属配件在安装前要保存在设备运输的木箱内，并用帆布遮盖好。7.0.9风机设备安装质量要求执行表7.0.9。风机设备安装质量要求表7.0.9测量项目控制要求检测方法

基础环水平度W4mm水准仪基础接地电阻W4Q摇表塔筒垂直度^1%0已安装高度经纬仪螺栓孔直径误差W2mm游标卡尺螺栓孔椭圆度W1mm椭圆度检测仪法兰平面度误差W0.5mm平面度检测仪联轴器同轴度误差W0.1mm同轴度检测仪安全措施8.0.1施工中严格遵守《电力建设安全工作规程第一部分：火力发电》DL5009.1-2014(原DL5009.1-2002)、《起重机械安全监察规定》质检总局令第92号、《风力发电场安全规程》DL/T796-2012等规定。8.0.2利用风速仪进行风速测量，掌握现场实际风速；及时收听天气预报，掌握未来24h内的天气变化情况。8.0.3施工时严格执行表8.0.3中的要求。安全控制要求表8.0.3控制项目要求检测方法主吊机械铺设垫板水平度W1°水准仪安装平台地耐力大小三20t/m2回填土压实度报告塔筒及机舱安装风速要求W10m/s风速仪叶轮组合及吊装风速要求W8m/s风速仪风机设备接地电阻W4Q摇表单机起吊负荷率W90%力矩显示器双机抬吊负荷率W80%力矩显示器8.0.4吊装前对吊装机械做详细检查，安全装置正常使用率应达到100%。8.0.5塔筒安装前必须固定好临时防坠绳和防坠器；多人同时攀爬塔筒时，每人间隔应大于每节塔筒高度；攀爬塔筒时人员携带物品必须放置牢靠。8.0.6顶段塔筒安装后须立即进行机舱主体吊装。8.0.7在机舱头部和尾部各拴1根缆风绳，在主吊机械吊起的两叶片尖部通过保护套各拴1根缆风绳，每根缆风绳安排4至5人进行溜放，控制设备方向。8.0.8每次设备吊装前应进行高空落物源的清理。8.0.9叶轮盘车时必须确定轮毂内无任何人员和物品，任何人员禁止靠近叶轮。环保措施9.0.1施工中严格遵守《中华人民共和国环境保护法》、《中华人民共和国水污染防治法》、《中华人民共和国水土保持法》、《建设项目环境保护管理条例》等规定。9.0.2根据环境管理目标，进行逐条分解，制定具体保护措施。9.0.3施工完成后立即对风机安装平台、设备运输道路进行植被恢复。9.0.4对设备进场道路及风机安装平台进行优化设计，减少植被破坏。9.0.5设备包装物和施工废料分类收集处理。9.0.6添加或更换润滑油时，要对工作区域的风机设备表面包上纱布，防止润滑油洒落出来污染设备，另外须将废油用专用桶盛放回收。9.0.7杜绝燃油、机油等油料渗漏，减少有害气体排放。效益分析经济效益以鲁能康保屯垦二期5MW风机安装为例，从以下两方面进行经济效益分析：节省场地处理及植被恢复费用采用机舱分体吊装技术，降低了设备运输对道路的要求，降低了对安装平台大小和地耐力的要求，具有良好的经济效益（见表10.1.1）。道路、平台修整及植被恢复节省费用 表10.1.1项目原要求现要求节省工程量费用单价节省费用（元）道路修整（长3km）坡度7°，宽度10m坡度9°，宽度9m3250m320元/m365000平台修整60mx50m55m