塔架制造技术要求及工艺

塔架制造技术要求及工艺 金风科技胥勇 2003.12.9 内容 ?风速的计算 ?风区的划分标准 ?塔架的主要结构 ?塔架材料的选用 ?塔架焊接要求 ?法兰变形的预防及控制 ?控制残余变形的措施 ?焊后消除残余应力的方法 ?探伤 ?塔架防腐 ?塔架运输 ?塔架员装 风速计算 ?对于水平轴风力发电机组，塔架起着非常重要的作用。 ?地表粗糙度、大气热稳定性以及风机安装地点地形等因素的影 响，风速随高度的增加而变化 H0一般为10m，H指距零风速平面的高度。n取决于地表粗糙度、大气热稳定性等 因素，是一个大约0.10.4的系数。 ?由于能够获得的风能： ?因此，塔架越高，风力发电机组可能获得的风能就越高。另一方 面，塔架越高，但其成本会随之上升。 n H H E E 3 00 = n H H VV = 0 0 塔架所受的力 ?风速梯度分布产生的力 ?风产生的推力 ?叶片旋转产生的扭矩 ?重力本身对塔架产生的扭矩 因此风区在塔架的设计中很 重要 风区划分标准 ?GL规范 ?IEC标准 ?DiBt windzone 德国标准 GL规范 GL规范 一类风区 二类风区 三类风区 四类风区39.16.002433.627.9 55.34 7.5030.0042.0034.8848.83 8.5034.0047.6039.53 50年极限 风速(m/s) 10.0040.0056.0046.5065.10 平均风速 (m/s) 年最大风 速(m/s) 年极限风 速(m/s) 50年暴风 风速(m/s) IEC标准 IEC标准 一类风区 二类风区 三类风区 四类风区 42.00 6.00 22.5031.5030.00 59.50 7.50 28.1039.4037.5052.50 8.50 31.9044.6042.50 10.00 37.5052.5050.0070.00 50年最大阵 风(m/s) 平均风速 (m/s) 年最大风 速(m/s) 最大阵 风(m/s) 50年最大 风速(m/s) DiBt windzone 德国标准 40m 50m 60m 40m 50m 60m 40m 50m 60m 40m50m 60m 40m 50m 60m 一类风区 4.43 4.59 4.7224.27 25.15 25.89 33.08 33.90 34.59 30.33 31.44 32.37 41.35 42.38 43.23 二类风区 5.53 5.73 5.927.56 28.57 29.41 36.90 37.82 38.58 34.45 35.71 36.76 46.12 47.27 48.23 三类风区 7.74 8.03 8.2631.96 33.12 34.10 42.68 43.74 44.62 39.95 41.40 42.62 53.34 54.67 55.78 四类风区 8.85 9.17 9.4436.75 38.09 39.21 47.71 48.89 49.88 45.94 47.61 49.02 59.63 61.12 62.35 DIBt(德国 平均风速(m/s)最大阵风(m/s)50年最大风速(m/s50年最大阵风(m/年最大风速(m/s) 塔架采用的标准 ?三种标准中IEC标准在设计时更保守一些 ?目前我们所用的塔架都是采用GL规范和DIBTWindzone （WZ）德国标准设计计算。 ?塔架从结构上又可分为三种： 1）筒形钢塔 2）绗架结构塔 3）水泥塔 筒形钢塔 这种结构简单，容易加工， 安装方便。 但存在运输问题 水泥塔 ENCONE1124.5MW 风机，塔高112米，机头总 重530吨，采用水泥塔 不需要防腐，不存在运输 问题，其本身也具有较高 的阻尼，但当风机使用周 寿命完结时，不容易清 运。 珩架结构塔 这种塔便于运输，节省 材料，相比较筒形塔，其 本身有较大的阻尼。 但维护较大，防腐要求 较高。但影响视觉美观， 许多国家禁止使用这种 塔。印度SUZLON公司使用 这种塔。 塔架材料的选择 ?考虑到塔架的结构为焊接结构，因此材料主要 选择焊接性能好的低碳钢板材。 a.低碳结构钢 b.低碳合金钢 ?由于还要考虑塔架的自重优先选择强度高的低 碳结构钢Q345 ?Q345钢分为A.B.C.D.E五个型号,其主要区别于 低温冲击性。板材低温性能的要求主要针对北 方的气候条件而设计的。 塔架材料的选择 ?国家有关材料标准中规定的Q345A.B.C.D.E各型号钢材 在不同温度下的冷冲击值是材料的最小标准值。 ?钢材随着温度的降低冲击韧性也会降低，因此运行于 寒冷地区的风力发电机的结构件，一定要保证材料的 低温冲击性能。 塔架焊接中的焊接要求 ?筒体与法兰焊接许用变形：（焊接后产生角变形） 塔架法兰变形预防及控制 ?为了控制焊接变形在一定范围,塔架在制造过程中 在下料时,就一定要控制好尺寸公差、形状和位置 公差，例如圆度、平面度，平行度等。在焊接结构 生产中，残余变形不仅影响结构的尺寸精度和外观 而且可能降低其承载能力。矫正变形费工、费时、 提高成本，因此采取相应措施以控制和调整变形是 十分重要的。 控制焊接残余变形的措施 ?设计措施 1）选用合理的焊缝尺寸和形状 在保证结构有足构承载能力的前提下，应采用尽量小的焊 缝尺寸。对仅起连系作用的和受力不大按强度计算尺寸 甚小的角焊缝应按板厚选取工艺上可能的最小尺寸。 2）尽可能减少焊缝的数量 在技术图纸中，我们规定单个筒节高度允许根据板材规 格进行调整，但不应小于1m。这个规定就是基于从设计 角度考虑尽可能减少焊缝数量预防焊接残余变形过大。 控制焊接残余变形的措施 ?工艺措施 1）刚性固定法 刚性固定法对法兰与筒体焊接时产生的角变形和 波浪变形比较有效。这种刚性固定法在塔架生产 厂家也在普遍使用，就是在法兰与筒体焊接时用 刚性固定胎具通过销子、螺栓把法兰刚性固定然 后再对法兰和筒体施焊，焊接完后如能对法兰和 筒体的焊缝采用局部高温回火部分消除应力则对 法兰焊后变形有更好的预防效果。 控制焊接残余变形的措施 ?工艺措施 2）选用合理的焊接方法和规范 选用能量比较集中的焊接方法，如用CO2保护 焊、等离子弧焊代替气焊和手工电弧焊进行薄板 焊接可减少变形量。在塔架生产制造技术文件中 对筒体与法兰焊接推荐使用CO2气体保护。为了 有效控制残余变形，生产厂家可采用更加合理的 焊接方式。 焊后消除残余应力的方法 ?焊后消除残余应力的方法共有以下几种 1）整体高温回火 2）局部高温回火 本法只对焊缝及其附近的局部区域进行加热，其消除应力的 效果不如整体热处理，但操作方便易实施比效适合用于塔架法兰 与筒体焊接后消除残余应力。局部热处理可采用红外线、间接电 阻或工频感应加热。 3）机械拉伸法。 4）温差拉伸法 5）振动法 探伤 ?焊接结构件的失效形式80%以上是由焊缝的 缺陷造成的,因此对焊缝的探伤尤为重要。 ?探伤方法的选用 a.超声波探伤(适用于焊透的焊缝) b.射线探伤(适用于焊透的焊缝) c.磁粉探伤(适用于非焊透的焊) 塔架防腐 ?防腐的重要性 塔架是整个机组的支撑和载体,而又完全暴露在外 界,恶劣的自然条件和气候对塔架的防腐提出了严 俊的考验,尢其是沿海湿热、含盐份的气候条件及 西北地区干燥、沙尘暴并且温差较大的气候条 件。 塔架防腐 ?塔架的防腐方式 塔架防腐采用喷砂除锈,再分三层喷漆防腐,其寿 命不低于15年,20年内腐蚀深度不超过0.5mm。 塔架涂料配套组合分为底漆、面漆、中间漆。 在配套组合中不同的漆其功用不同。 ?底漆：底漆普遍使用环氧富锌底漆，该漆对工 艺要求不是象无机富锌底漆那么高，易于操作 和控制，又能满足牺牲阴机的保护法。 塔架防腐 ?中间漆：采用聚酰胺环氧漆，该层漆强度高，抗 冲击、抗磨损。 ?面漆：采用聚氨脂面漆，该层漆可防紫外线。 ?针对沿海和西北地区的不同气候条件在涂料配套 组合中其主要差别在于中间漆的不同。 塔架运输 ?塔架在运输过程中，因 振动致使法兰与筒体焊 接产生的内应力部分松 弛，导致法兰变形。因 此为了防止塔架法兰在 运输过程中变形，法兰 平面必须采用十字支撑 或米字支撑配合销固定 联接。 塔架运输 ?随着风力发电机组功率不断 提高,锥形筒塔架的高度和直 径不断增加;塔架整段运输越 来越困难,汽车运输和火车运 输将不可能;塔架的制造工艺 将可能变为工厂卷筒,单节筒 节运往安装现场对接施焊的 工艺方法。 塔架现场做防腐 ?但是相应的防腐也会发生变化，大至有如下两种方案。 (1).按防腐文件直接在现场做防腐。 (2).分步做防腐 a.预处理在工厂做 防腐在现场做，但尤其应注意交接过程中的清洁度控制。 b.第二种方案有一定的局限性，只有塔架生产厂离安装现 场近方有可能实施。 塔架吊装 ?1）组织 根据多年积累的经验:非常有必要 成立一个专门的项目管理机构,负 责与安装承包方的组织协调工作, 将前期准备工作、运输和安装以 及对有关监理、指导、培训、安 全等方面的责任予以明确。合理 安排人员及工作任务布署，提高 工作效率，力争以最少的人力、 物力完成整个安装任务。 塔架吊装 2）现场条件 道路:通往安装现场的道路要 清理平整,路面须适合卡 车、拖车和吊车的移动 和停放。松软的土地上 应铺设厚木板/钢板等， 防止车辆下陷。 塔架吊装 3）吊装计划 在吊装前,工程管理机构应 根据塔架的重量