大型风机吊装.doc

大型风力发电机组安装摘要多年以来，风力发电机同水力机械一样，作为动力源替代人力、畜力，对生产力的发展发挥过重要作用。近代机电动力的广泛应用以及二十世纪50年代中东油田的发现，使风力机的发展缓慢下来。七0年代初期，由于“石油危机”，出现了能源紧张的问题，人们认识到常规矿物能源供应的不稳定性和有限性，于是寻求清洁的可再生能源遂成为现代世界的一个重要课题。风能作为可再生的、无污染的自然能源又重新引起了人们重视。近两年，特别是可再生能源法的正式实施，为我国风力发电创造了良好的发展环境，根据中国风电发展报告2007预测，国内风电机组将以每年37.4%的速度递增，依据现有政策，中国风电装机容量到2020年底可达到5000万千瓦。目前风力发电机组趋向大型化,目前全国安装风力发电机组平均功率达到1.5MW以上。大型机组的吊装给风机安装带来新的课题。本文就工程实例描述了风力发电机组安装过程。并对风力发电机组做了简述。关键词： 风力发电机组 风力发电机组安装 第一章 风力发电机组概述11 根据连接及传动方式区分，分为齿轮传动和直驱型。齿轮传动机组机械连接与功率传递水平轴风机桨叶通过齿轮箱及其高速轴与万能弹性联轴节相连,将转矩传递到发电机的传动轴,此联轴节应按具有很好的吸收阻尼和震动的特性，表现为吸收适量的径向、轴向和一定角度的偏移，并且联轴器可阻止机械装置的过载。另一种为直驱型风机桨叶不通过齿轮箱直接与电机相连风机电机类型。风机机舱重量减轻，减少力的传递过程，能大大减少机械故障，但是在机舱头部增加了直驱电机，增加了安装工序。12 根据定桨矩失速型风机和变速恒频变桨矩风机的特点,国内目前装机的电机一般分为异步和同步两类: 异步型包括 ： 1）、笼型异步发电机；功率为600/125kW 750kW 800kW 1250180kW定子向电网输送不同功率的50Hz交流电; 2）、绕线式双馈异步发电机；功率为1500kW定子向电网输送50Hz交流电，转子由变频器控制，向电网间接输送 有功或无功功率。 同步型包括： 1）、永磁同步发电机；功率为750kW 1200kW 1500kW 由永磁体产生磁场,定子输出经全功率整流逆变后向电网输送50Hz交流电 2）、电励磁同步发电机;由外接到转子上的直流电流产生磁场,定子输出经全功率整流逆变后向电网输送50Hz交流电根据叶片形式的不同 13 根据传动轴布置方向还分为水平轴和新型垂直轴。 水平轴世界上目前利用最多的形式，叶片驱动轴水平放置，功率最大5MW左右。 二十一世纪初由中国、日本、欧洲几乎同时发明的一种新型风力发电机，有别于最早的垂直轴风力发电机（达里厄型），效率高于水平轴风力发电机，无噪音和转向机构，维护简单。已成为欧美市场中小型风力发电机的首选。世界上目前最大功率是由上海模斯电子设备有限公司（MUCE）生产的50千瓦垂直轴风力发电机，日本最大功率30千瓦，英美国家生产的功率在1千瓦到10千瓦之间。最近，国内外多家公司提出了建造超大型垂直轴风力发电机的计划（10MW），此项计划得到落实后，由于成本远低于目前的风力发电机，必将逐步取代水平轴风力发电机，成为世界新能源的主力军！第二章 风力发电机组组成一套完整的风力发电机组包括塔架基础、接地系统、塔架、机舱、轮毂、叶片、箱式变压器、及电气等部分组成。风机基础为整台风力发电机组提供各种受力支撑，将风力所受力均匀合理的传递到大地，是整个风力发电机组的根本。基础一般采用八边型或圆形钢筋混凝土设计，部分采用退台。基础与塔架连接有预埋地脚螺栓或基础环形式。预埋地脚螺栓特点容易施工，但水平或垂直精度保证有困难。预埋基础环为现在大部分风机采用形式，特点是施工需要大吨位吊车配合，但是水平和垂直精度易控制。接地系统一般与基础施工同时进行，根据设备型号不同，接地电阻值为28不等。风机塔架现在全部采用圆筒钢材式，分节安装组合，而塔筒的高度一般是随风力高度分布情况而确定。风机机舱是整个风力发电机组的大脑，除直驱型机组外，其他型号风机机舱内集成了发电机系统、齿轮变速系统、制动系统、偏航系统、冷却系统等。直驱式发电机组机舱里面取消了发电机、齿轮变速系统，将发电机直接外置至与轮毂连接部分。风机轮毂是叶片与机舱或发电机的连接部件，采用椭圆或平顶型。叶片是机组吸收风能的部件，采用特殊材料制作。机组常见的采用两叶和三叶式，有一叶或多叶式。第三章 风力发电机组安装1、安装场地要求 目前国内风电场施工及设备存放场地主要有两种类型，一种是在现场设立临时存放场地，风机设备到货后集中存放在临时仓库，安装时再二次运输到吊装点。另一种是直接将风机设备运输到吊装现场存放不再二次运输。为了节约运输的成本，越来越多的风电场采用风机设备一次到位的方式。但这样也加大了对安装场地的要求，每个安装场地必须可以存放一台套风机的全部设备，并能让大型吊机和辅助吊机有吊装设备的位置。因此在设备到达现场前须要对进行场地策划，让场地符合风机设备安装的要求。 2 设备卸车 风电场设备卸车主要是指塔筒、机舱等大件设备的卸车。机舱是风机最重要的部件，也是最重的设备。根据设备的技术参数以及现场机械的实际情况，可以采用单机卸车或双机卸车。如某电场塔筒最重40t，机舱54t，因而采用双机（一台65t汽车吊和一台50t汽车吊）或单机120t汽车吊卸车。塔筒用专用的吊装工具卸车。机舱则用厂家提供专用工具进行卸车。 3 风机设备吊装 风机设备吊装主要指塔筒、机舱、叶轮等大件设备吊装，其中最重要的环节是吊装机舱、叶轮或发电机（直驱式）。机舱或发电机最重则吊机受力也最大；叶片的受风面积最大，因此对风速要求严格，一般要求风速不大于8m/s。为了考虑叶片吊装的方便和容易操作，机舱或发电机吊装时吊机的位置既要考虑满足机舱的要求也要满足叶轮的吊装要求。我们一般要求主力吊机吊臂正对机舱的法兰（连接轮毂的法兰，见图4），这样对叶轮吊装就位方便得多，不需要移动吊机来调整位置（也不需要进行偏航来调整机舱的位置），而是吊机一次到位。如果侧面吊装机舱则还需要移动吊车的位置或进行偏航才能满足叶轮的吊装，根据风机设备吊装情况分析，选择大型主力吊机一般是机舱就位的标高（机舱顶部的高度）加上20m左右，就是主力吊机吊臂所需要的长度。 叶轮吊装时，要求随时注意风速的变化，上面2个叶片溜绳按技术要求绑扎（见图5）。每条溜绳需要56人，配合指挥人员进行松紧调整。叶轮与机舱对接时，需要24根尺寸适当的定位销进行定位，然后再慢慢松钩对接。 塔筒吊装时，每节连接螺栓力矩达到厂家安装资料上技术要求时才能松下吊机，进行下一步吊装工作。 根据风机塔筒的特点，在安装时除了按吊装安全规程进行作业，还应注意以下几点： 塔筒起吊前，检查设备内所有的电缆，并进行必要加固措施，确保在吊装过程中电缆不被损坏。 塔筒内作业时必须做好漏电保护措施，检查电源线。 吊装底节和中节塔筒时，把临时安全绳固定在塔筒顶端，确保作业人员上下塔筒的安全，吊装上段塔筒后，把永久的安全绳安装好。 塔筒对接时，由起重指挥站在地面通过对讲机与塔筒平台上人员联系，并指挥吊机动作；当机舱到达塔筒上方和叶轮与机舱对接时，吊装作业指挥权由地面起重指挥移交给塔筒平台上起重指挥，由其通过对讲机指挥吊机动作。 一般的机型要求将上段塔筒与机舱在同一天安装完成。4 电气系统安装电气系统包括塔筒内电气连接和塔筒外电气系统连接。塔筒外电气系统包括风机发电机送出线缆，变压器系统，高压送出线路。一般在风力发电机组安装前，风机发电机除送出线缆外其他设备应该具备投运条件。变压器系统现在大部分采用集成箱式变压器，将高、低压开关、变压器、保护系统集成一体。安装时只需要在预先施工完成的基础上就位箱变即可。高压送出线路有架空线路和直埋电缆两种方式。架空线路造价便宜，因为风电场大多处于大风等恶劣天气地区，架空线路附件较多容易受外界影响，较多发生事故。直埋电缆线路无以上缺点，且施工进度快，但成本造价较高。塔筒内电气系统包括塔筒内各种电缆的接线，塔筒内电缆根据塔筒高度留富裕量剪断，一般随上节塔筒一起吊起，待风力发电机组吊装完成后根据要求进行放线，排线，在根据厂家安装手册要求进行连接，校验后完成电气接线系统。5 附件安装机舱外附件一般在吊装前完成安装，内部附件待吊装完成后进入机舱安装，塔筒内包括电气照明系统、电缆支架、爬梯及安全绳等附件。第四章 风力发电机组吊装方案因为风力发电机组安装工程主要是大件设备吊装，本章着重介绍吊装方案。下面以内蒙古某风电场为例介绍吊装方案。此风电场采用1250kw进口机组，轮毂高度65米，叶轮扫风直径为64米，机舱重量44t，塔筒分三节总重98t，叶轮总重19.8t，场地基本平整只需部分平整即可进行吊装。 1、施工机械及工器具准备:01 主起重机，辅助起重机用于吊装塔架、机舱和叶轮。根据本工程特点，对本工程需要机械吊装的材料设备选择两种吊装方式进行吊装。一种是汽车吊，汽车吊的优点是转移迅速，机动灵活，对路面破坏小，但起吊时，必须将支脚落地，不能负载行驶，且对工作场地要求较高，必须平整、压实，以保证操作平稳安全；一种是履带吊，履带吊的优点是起吊高度大，有效工作范围广，可以带负载轻微位移，但转移不方便，机动灵活型差。根据吊车实际工况和经济效益综合分析，本风电场选用500t汽车吊与100t汽车吊配合施工。具体站位布置图见附图。02 液压移动吊车 用于移动材料/设备，本工程选用25t吊车。03 载重拖车 转移材料/设备，选用5t汽车吊1辆，10t卡车2辆。04 空气压缩机 进行清洁处理用。05 气枪 用于润滑操作。06 钢缆 用于吊起设备，厂家配套提供。07 尼龙绳 用于设备导向，厂家配套提供。08 吊索装置 用于吊起材料/设备，厂家配套提供。09 D 形钩环装置 用于吊起材料/设备，厂家配套提供。10 发电机 作为临时电源使用，因为风电机组吊装属野外施工，无固定电源，因此配备4台5kW汽油发电机，1台15kW柴油发电机。11 转矩扳手 用于紧固螺钉，厂家配套提供。12 转矩倍增器 用于紧固螺钉，厂家配套提供。13 扳手调整装置 用于紧固螺钉，厂家配套提供。2、塔架安装A)塔架与基础环连接1)清洁塔架油漆表面，对漆膜缺损处补漆处理；清理塔架下法兰端面及基础上法兰端面，在基础环上法兰端面上涂密封胶。2)根据风力发电机组安装手册，采用大吨位吊车与小吨位副吊车双机抬吊塔架，预先将主副吊固定于两端法兰上，通过吊具主吊车塔架小直径端，副吊车吊塔架大直径端，双机将塔架离地面后，在空中转90角，副吊车脱钩，同时卸去该端吊具。3)下端塔架工作门按标记方位对正后，徐徐下放塔架，借助两根小撬杠对正螺孔后，在相对180方位先插入两只已经涂过MoS2 油脂的螺栓，手拧紧螺母后，在将其余所有涂好MoS2 油脂的螺栓插入，用手拧紧螺母后放松吊绳，按对角拧紧法分两次拧紧螺栓至规定力矩。在第一次拧紧螺栓后去除主吊车吊钩。4)塔架中、上段按上述双机抬方法依次安装，对接时注意对正塔内外直梯。塔架紧固连接后，用连接板连接各段间直梯，并将上、下段间安全保护钢丝绳按规定方法固定。5)若不立即吊装机舱总成和控制柜时，应将工作门锁住。6)结构上铺设下平台，控制柜直接放置在塔内混凝土基础上的，在吊装下段塔架前，应先使控制柜就位。B)塔架通过地脚螺栓与基础连接1)清理基础表面，去掉地脚螺栓防锈包装，将所有地脚落双上的下调节螺母的上端面调至同一水平面。2)塔架下段清洁后，按前述双机抬吊法使塔架纵轴线铅垂，借助小撬杠使塔架下法兰螺栓孔与所有螺栓对正，下放塔架，使所有地脚螺栓插入下法兰孔中。3)待下法兰下端面与下调节螺母接触后，将地脚螺栓总数1/3数量的上调节螺母拧入，稍放松吊车吊绳，并按对角法紧至约相当70%规定力矩。4)用U型连通管法或经纬仪检验塔架上法兰上平面与水平面的平行度及纵轴线与水平面的垂直度，并用调节螺母调节，使其达到安装手册标准规定的要求后，紧固螺母，并把其余螺母全上紧，去除吊车吊钩。5)依次把中、上段塔架用双机抬吊法安装，并按规定拧紧力矩对角法分两次紧固连接螺栓。6)重复4）操作，复验平行度和垂直度，若未达到要求，采用调节地脚螺母使之达到要求。7)按手册要求，进行二次混凝土浇注，把塔架下段法兰下端面与基础上平面之间的环状空间填满。应注意，要按工艺要求采用加有早凝计的膨胀水泥，且浇注采用手工捣固时应充分。3、风轮组装组装在风力发电机组安装现场进行。组装前安装点应清理干净、相对平坦，垫木、叶片支架及吊带、工具、油料均应备齐到现场，风轮风毂、叶片均已去处外包装、防锈内包装，工作表面擦拭干净。1)用吊带吊运，使轮毂与三只叶片就位，轮毂迎风面与叶片边缘均向上。2)按已确定的叶片安装角对准标记，分别把三只叶片与轮毂连接，确认安装角不超差后，按对角法分两次将连接螺栓上紧至规定力矩。安装角误差一般不得超过半度。3)安装叶片的叶尖4)进行以上操作时，均应按手册在相关零件表面涂密封胶或MoS2 油脂。4、安装机舱1)打开铰链式机舱盖，或卸去水平部分式机舱盖，清理机舱内底版表面油污，搬去所有不相干的暂放物品，固定电力电缆和控制电缆。2)将轮毂前平盖板，机舱内有关护罩、紧固螺栓等固定在机舱内。3)挂好起吊钢丝绳吊具，调整其长度，使机舱夏布的偏航轴承下平面在试吊时处于水平位置，若调不出水平状态，应按安装手册提示，加用足够起重量的手动吊葫芦调平。4)清理塔架上法兰平面和螺孔，去处运输时的法兰支撑，在法兰上平面涂密封胶，连接塔架机舱偏航轴承的紧固螺栓表面涂MoS2 油脂，绑好稳定机舱用的拉绳。5)起吊机舱至处于上法兰上方，使二者位置大致对正，间隙约在10mm时，调整并确认机舱纵轴线与当时风向垂直。6)利用两只小撬杠定位先装上几只固定螺栓，并拧入螺栓，徐徐下放机舱至间隙为零，但吊绳仍处于受力状态，用手拧紧所有螺栓后放松吊绳。7)按对角法分两次拧紧螺栓至规定力矩，去除吊绳。8)安装偏航刹车，连接液压油管。5、安装风轮1)用三副吊带分别绑轮毂三个叶根处，同时分别把三根拉绳在叶片和叶尖转轴上绑好。2)主吊车吊两个叶根皮带，副吊车吊第三个叶根吊带，水平吊起，在主吊车钩徐徐上升过程中，副吊车钩徐徐下放，使风轮从起吊时状态逐渐倾斜，当风轮轮毂高度超过风轮半径尺寸约两米时，风轮只由主吊车吊住，完成空中90转身，松去副吊车吊绳，通过人拉三根拉绳，使风轮轴线处于水平位置，继续吊升风轮使之与机舱主轴连接法兰对接。3)松开机舱内盘式刹车，转动齿轮箱轴，使主轴与风轮轮毂法兰螺孔相对。4)安装人员系好安全带由机舱开口处从外部进入风轮轮毂中心，完成固定螺栓的紧固工作，当已紧固的螺栓数超过总数一半（安装手册另有规定时按规定数）且其在圆周较均匀分布时，在轮毂内的安装人员撤回机舱，刹紧盘式刹车，松开并去除主吊绳。5)松开盘式刹车，借助齿轮箱输出轴旋转风轮至适当位置后，重新刹紧盘式刹车，安装人员再次进入轮毂，完成其余螺栓连接作业，并按规定力矩上紧。6)安装主轴端分油器，并连接液压管路。7)安装轮毂平盖板，安装人员撤回。8)吊装水平部分式机舱盖第五章 风力发电机组安装过程管理1 现场施工管理 由于风电场存在安装时间较短，长期风力大等特点，因此进行风电工程项目施工也有流动性大、工期短、长时间在大风环境下作业、不同风电场条件差异大、施工条件恶劣等特点。由于工期短，因此办公和住宿点一般采用临时搭建简易房或租用当地的民房来解决，这给现场施工管理带来一定的困难。因此主要管理人员应提前进入施工现场，收集现场施工资料和周围环境、自然环境资料，然后根据施工特点提前采取相应有效的措施，充分利用当地的资源，以确保施工正常有序进行。2 机械及材料管理 由于风力发电机组安装需要机械较多，材料也是五花八门，因此安装过程一定加强机械及材料管理工作，避免发生误工现象。1、材料的采购和管理1)、采购计划采购计划应按施工部门提出的施工总进度计划、施工计划、施工图纸和技术要求制定，并报送监理审批。按采购计划制定书面的采购定货单，选择供应商，预定交货地点和日期。2)、材料交货验收按招标文件和技术说明及有关的技术标准对采购材料应进行检查验收，并作好记录，检查验收记录除一般的采购合同文件外必须包括：每批材料的发货单、计量单、装箱单、材料合格证书、化验单、图纸或其它有关证件、工地试验室抽样检验的试验鉴定报告以及产品的现场检查。并把质量结果及时报监理复查。3)、材料的管理检验合格的材料应分类、分批堆放，并设立标志和账卡，坚持按用途归口管理、发放，不得混杂。另外，经监理批准后，方可进行材料的代用。不合格的材料不准进入施工现场仓库，并尽快进行处理。领用时，对领用人、领用品、领用数量、领用日期进行登记，严格控制数量。原材料应按招标文件和技术说明及有关的技术标准进行各项试验鉴定，超出工地试验室能力范围和应由工地之外进行试验的项目，或监理提出的特殊试验要求，由监理自行选定和委托其它单位进行试验。2、设备的采购和管理1)、设备的采购进行工程