山地条件下大型风电设备的吊装施工方法与流程

本发明属于风电设备吊装领域，具体涉及一种山地条件下大型风电设备的吊装方法。

背景技术：

目前，生态环境已遭到了严重的恶化，而且不可再生资源也面临着严重短缺的问题。在这种情况下，新能源的开发越来越被受到广泛的关注和发展，其中对于风能资源的利用开发已成为我国最具优势的新能源之一。“十二五”期间风电开发模式为规模化和分布式发展相结合，随着我国风电市场快速发展，平原地区风资源开发日趋饱和，而山地风电场也如雨后春笋般被开发出来。伴随着风电技术的不断进步，发电机组的容量和设备也逐渐大型化，叶片、塔筒、发电机的增大，道路、吊装平台的工程量与项目投资存在着较强的敏感性，给山地风电场的机组运输和安装带来了很大困难。

具体的，在边坡场地吊装大型的风力发电机存在如下困难：山地风电场海拔地势高，起伏大；风机位大多在独立山头上，机群分部广，增加吊装机械拆装和行走的难度；吊装平台大多是山体降基或临近山体，吊装场地有限，使风机各部件的堆放、地面组装和吊装更加困难；风机机舱重量大于90t，吊装高度大于80m,吊装过程中对设备和天气的要求较高；叶片较长，风轮的直径达100m，吊装非常困难。

技术实现要素：

针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：

山地吊装场地有限，起伏大，同时，机舱的重量大、吊装高度大，风轮的直径较长，吊装高度大，吊装非常困难，很难对准相应连接部位。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种山地条件下大型风电设备的吊装施工方法，它包括如下步骤：

S1：塔筒基础工程施工及验收；

S2：将风电设备中的塔筒、机舱和风轮以及吊装时所要使用的650t履带式起重机、80t履带式起重机运输到现场后并进行规划布置；其中，650t履带式起重机为主吊机，80t履带式起重机为辅吊机；

S3：采用两台180t汽车吊装配履带式起重机；

S4：采用两台辅吊机将各节塔筒依次吊装到步骤一所验收后的塔筒基础上；

S5：采用履带式起重机将机舱吊装到顶节塔筒上；吊装前，应拆下机舱底部密封板和机舱运输工装中后部支撑上端的连接螺栓和机舱运输工装前部的运输支架钢筒与机架的连接螺栓；

S6：在地面上调试风轮中的轮毂；

S7：将风轮中的叶片通过主吊机和辅吊机配合将叶片抬起后，逐一吊装到风轮上；

S8：采用主吊机和辅吊机协同吊装步骤七中组装好的风轮；风轮的具体吊装步骤如下：I、选择轮毂与轮毂安装支架台面上的零度标记相邻的两个叶片作为主吊支撑点，另一个叶片作为辅吊，并通过变桨控制柜控制变桨轴承转动，使所有叶片的刃部向上，并在主吊叶片对应的轮毂腹板上安装叶片锁，锁紧主吊叶片；II、将吊带套在主吊叶片的根部区域后挂入主吊车的吊钩上，再将另一吊带套在辅吊叶片的叶尖区域后挂入辅吊车的吊钩上，同时，需要在三个叶片的叶尖处分别套入一个叶片牵引套，并在每个叶片牵引套上固定一根牵引绳；III、拆卸轮毂支架与轮毂之间的连接螺栓后，启动主吊机吊升风轮，辅吊机牵引辅吊叶片，并让工人拽住牵引绳，引导风轮的方向，当风轮处于垂直状态时，卸掉辅吊机上的吊带，同时，提升主吊机吊臂高度，使风轮升至主轴法兰盘高度，然后配合绳子拉动风轮到法兰盘正前方位置；IV、根据塔顶工作人员的无线电指示，将风轮靠近主轴法兰盘，然后对准风轮和主轴法兰盘上的零度标记，在对齐零度标记后，将风轮靠近主轴法兰盘，风轮上的安装孔与主轴法兰盘上的安装孔一一对应，最后再将能够穿入的螺栓全部穿入后并拧紧；V、将吊带从吊钩上松开，并移离叶片；VI、松开高速轴制动器，拔出风轮锁紧销，手动缓慢转动风轮，将剩下的螺栓顺利穿入轮毂后并拧紧；VII、再次松开高速轴转动器，缓慢转动风轮，当带有牵引绳的叶片朝下时，将绳子和牵引套从叶片上取下；VIII、将叶片锁退开齿槽并卸下；

S9：抽查各个连接部位的连接螺栓的拧紧力矩是否合格，配电柜安装及调试。

步骤二中风电设备和主吊机的具体布置如下：各节塔筒和机舱分别放置在塔筒基础的上下方，主吊机位于塔筒基础的一侧，风轮放置在主吊机下方，叶片放置在风轮的右方。目的是便于吊装，可以减少场内二次转运。

上述塔筒和机舱吊装条件：10分钟内，最大平均风速为10～12m/s；风轮和叶片吊装条件：10分钟内，最大平均风速为8～10m/s；如果1小时平均气温低于-20℃，不管任何理由，必须立即终止吊装作业。目的是确保施工安全，防止因气候条件影响出现安全事故。

在吊装塔筒前，应对塔筒基础作进一步验收确认，主要是确保基础环法兰接触表面的平面度不能超过2mm，法兰外径的误差值为0～1mm；倾斜度最大不能超过2mm；同时检查内径,最大不能超过标准值，最小不小于标准值3mm；法兰每个孔的位置误差不能超过1mm；法兰边沿是内倾的；对于其它尺寸，形状和位置公差视图纸上标注的一般误差而定。优点是减少安装过程中调整时间，确保安装精度，提高工效。

塔筒的具体吊装步骤如下：I、底端塔筒吊装，吊装前，在该节塔筒的上下两端的法兰盘处分别安装四个均匀分布的塔筒吊装工装，并在每个塔筒吊装工装上固定一个吊带；II、将塔筒两端的吊带分别挂在相应的辅吊机的吊钩上；III、同时抬起塔筒两端辅吊机的起重臂，将塔筒抬离地面1m后，抬起其中一端辅吊机的起重臂，使得塔筒呈倾斜状，直至将塔筒吊升呈垂直状态，然后取下另一端辅吊机吊钩上的吊带和塔筒吊装工装；IV、移动吊起塔筒的辅吊机，使该节塔筒的底端对准塔筒基础后缓慢放下；V、固定底端塔筒；VI、重复上述步骤，逐次安装剩下的塔筒。一是确保塔筒受力均匀，二是防止塔筒摩擦地面变形。

机舱的具体吊装步骤如下：I、打开机舱上的四个天窗，并在天窗所对应的四个机架平台吊耳上分别安装一个35t卸扣和一个40t吊带；II、用2根引导绳分别固定在机舱前端与尾部，人工拽住直至机舱安装完毕；III、将辅吊机开到合适的吊装位置，安装机舱吊装工具，并使吊车处于刚好受力状态；IV、缓缓吊升机舱，当机舱完全与机舱运输工装分离后，然后缓缓将机舱吊升到比塔筒顶部法兰盘稍高一点的地方，缓缓移到塔筒上方，用导正销引入。优点是保持平稳，减少机舱晃动，提高孔位对准率。

风轮的具体调试步骤如下：I、分别在风轮的轮毂上安装3个17t卸扣和3根15t吊带，其中卸扣呈三角形分布；II、检查厂家所安装的叶片螺栓是否有松动，并随机抽检螺孔之间的中心距是否合格；III、关掉变桨轴柜内蓄电池供电主开关、拔掉叶片驱动电机上的连接接头后，采用手动操作箱接通叶片驱动电机和辅助发电机，并使用手动操作箱控制叶片驱动电机转动，从而将与之相接的变桨轴承转动，使得变桨轴承法兰盘上的零度标记孔处于两个吊装孔之间；IV、完成上述工作后，断开辅助发电机，并拆卸手动操作箱与叶片驱动电机的连接，然后再将连接器插头插入叶片驱动电机上。使风轮保持平衡，调整对孔角度。

步骤七中叶片的具体吊装步骤如下：I、设置叶片吊点位置，并在吊点处绑扎好吊带，在叶片首尾绑扎上揽风绳；II、将其中一个叶片上的吊带挂在辅吊机的吊钩上，启动辅吊机的吊臂，将叶片缓慢地移动到变桨轴承法兰盘处，并对准法兰盘上的零度标记孔；III、通过施工人员操作变桨控制柜使叶片适当变桨，然后再对应叶片端面和变桨轴承法兰盘上的安装孔安装螺栓、叶片螺母和垫圈；IV、在松开起重机前，需在叶片尾端下方架设一个支撑架，然后再松开起重机和绳索；V、参照步骤I-步骤IV吊装其余两片叶片，装配完成后，移除叶片尾端的支撑架。确保叶片保持平衡，防止叶片晃动，提高对准率。

与现有技术相比，本发明得到的山地条件下大型风电设备的吊装施工方法具有如下优点：

1、通过对施工场地进行合理布置，能够有效地利用吊装设备，缩短风力发电机中各部件的吊装路径，从而缩短吊装时间。

2、通过采用主吊机和辅吊机结合的方式对塔筒、叶片和风轮进行吊装，不但能够满足吊装力量的需求，还能减少施工人员的参与数量，同时，采用主吊机和辅吊机协同吊装叶片，能够防止叶片在吊装的过程中出现偏斜，解决其不易对准安装位置的难题。

附图说明

图1为实施例中风电设备的吊装施工方法步骤二中的布置图；

图2为实施例中变桨轴承法兰盘的结构示意图；

图3为实施例中叶片与轮毂螺栓安装结构示意图；

图4为实施例中叶片防雨环与导流罩防雨环的安装位置示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

实施例：

本实施例提供的山地条件下大型风电设备的吊装施工方法，它包括如下步骤：

S1：塔筒基础工程施工及验收；

S2：将风电设备中的塔筒、机舱和风轮以及吊装时所要使用的650t履带式起重机、80t履带式起重机运输到现场后并进行规划布置（如图1所示）；其中，650t履带式起重机为主吊机，80t履带式起重机为辅吊机；

S3：采用两台180t汽车吊装配履带式起重机；当塔筒基础混凝土强度满足要求（至少28天）并且性能合格后才可进行履带式起重机的安装；所述履带式起重机（即主吊机）的具体吊装步骤如下：I、施工准备：a、根据山地场地地图，结合主机机位平台所处位置，规划出合适的汽车吊吊装平台；b、根据起重臂的长度和重量，选择两台180t汽车吊；c、将起重机的主机、履带、配重和主臂运输到主机机位平台处进行组装；d、将两台汽车吊分别开到相应的吊装平台上，并将塔臂运输到最下端的吊装平台上；e、根据下端吊装平台到主臂顶节臂之间的垂直距离，分别计算出每个汽车吊吊臂需要伸出的长度，同时，在下端的吊装平台旁组装塔臂，并根据塔臂中各节吊臂的重心位置，确定每个汽车吊在塔臂上的吊点，其中一个汽车吊的吊点位置在主臂与主臂顶节连接处，另一台汽车吊的吊点位置在塔臂与塔臂顶节臂连接处；II、采用两台汽车吊同时吊起塔臂：将两个汽车吊的吊臂分别伸出到合适高度，并将每个汽车吊的吊具捆绑在塔臂的吊点处，同时在塔臂的左右两端均栓上一根揽风绳；然后，启动汽车吊吊臂，使吊臂缓慢起升，将塔臂升至空中；吊升塔臂过程中，需通过现场人员拉紧揽风绳，随时调整塔臂在空中的方向；III、采用两台汽车吊将塔臂与主臂进行空中组队：通过不断地回转两台汽车吊吊臂的位置，将塔臂的端面与主臂顶节臂端面组对，然后通过销子连接主臂拉板；IV、操作汽车吊吊臂，改变其上下位置，使得汽车吊吊绳自然松动，从而取下吊钩。

S4：采用两台辅吊机将各节塔筒依次吊装到步骤一所验收后的塔筒基础上；在吊装塔筒前，应对塔筒基础作进一步验收确认，主要是确保基础环法兰接触表面的平面度不能超过2mm，法兰外径的误差值为0～1mm；倾斜度最大不能超过2mm；同时检查内径最大不能超过标准值，最小不小于标准值3mm；法兰每个孔的位置误差不能超过1mm；法兰边沿是内倾的；对于其它尺寸，形状和位置公差视图纸上标注的一般误差而定。

塔筒的具体吊装步骤如下：I、底端塔筒吊装，吊装前，在该节塔筒的上下两端的法兰盘处分别安装四个均匀分布的塔筒吊装工装（所述塔筒吊装工装的吊装位置分别位于法兰盘的0°、90°、180°和270°位置），并在每个塔筒吊装工装上固定一个吊带；II、将塔筒两端的吊带分别挂在相应的辅吊机的吊钩上；III、同时抬起塔筒两端辅吊机的起重臂，将塔筒抬离地面1m后，抬起其中一端辅吊机的起重臂，使得塔筒呈倾斜状，直至将塔筒吊升呈垂直状态，然后取下另一端辅吊机吊钩上的吊带和塔筒吊装工装；IV、移动吊起塔筒的辅吊机，使该节塔筒的底端对准塔筒基础后缓慢放下；V、固定底端塔筒；VI、重复上述步骤，逐次安装剩下的塔筒。

S5：采用履带式起重机将机舱吊装到顶节塔筒上；在吊装机舱前，需拆下机舱底部密封板和机舱运输工装中后部支撑上端的连接螺栓和机舱运输工装前部的运输支架钢筒与机架的连接螺栓；机舱的具体吊装步骤如下：I、打开机舱上的四个天窗，并在天窗所对应的四个机架平台吊耳上分别安装一个35t卸扣和一个40t吊带；II、用2根引导绳分别固定在机舱前端与尾部，人工拽住直至机舱安装完毕；III、将辅吊机开到合适的吊装位置，安装机舱吊装工具，并使吊机处于刚好受力状态；IV、缓缓吊升机舱，当机舱完全与机舱运输工装分离后，然后缓缓将机舱吊升到比塔筒顶部法兰盘稍高一点的地方，缓缓移到塔筒上方，用导正销引入。

S6：在地面上调试风轮中的轮毂；风轮的具体调试步骤如下：I、分别在叶轮的轮毂上安装3个17t卸扣和3根15t吊带，其中卸扣呈三角形分布；II、检查厂家所安装的叶片螺栓是否有松动，并随机抽检螺孔之间的中心距是否合格；III、关掉变桨轴柜内蓄电池供电主开关、拔掉叶片驱动电机上的连接接头后，采用手动操作箱接通叶片驱动电机和辅助发电机，并使用手动操作箱控制叶片驱动电机转动，从而将与之相接的变桨轴承转动，使得变桨轴承法兰盘上的零度标记孔处于两个吊装孔之间；IV、完成上述工作后，断开辅助发电机，并拆卸手动操作箱与叶片驱动电机的连接，然后再将连接器插头插入叶片驱动电机上。

S7：将风轮中的叶片通过主吊机和辅吊机配合将叶片抬起后，逐一吊装到风轮上；叶片的具体吊装吊装步骤如下：I、设置叶片吊点位置（一条吊带位于叶片根部，另一条位于距叶根2/3处），并在吊点处绑扎好吊带，然后，在吊带与叶片刀刃部相接触位置加保护板保护，在叶片首尾绑扎上揽风绳；II、将其中一个叶片上的吊带挂在辅吊机的吊钩上，启动两台辅吊机的吊臂，将叶片缓慢地移动到变桨轴承法兰盘处，并对准法兰盘上的零度标记孔（如图2所示）；III、通过施工人员操作变桨控制柜使叶片适当变桨，然后再对应叶片端面和变桨轴承法兰盘上的安装孔安装螺栓、叶片螺母和垫圈，在安装完后，需检查叶片防雨环与导流罩上的防雨环有无干涉，且边沿间隙应大于10mm（如图3、图4所示）；IV、在松开起重机前，需在叶片尾端下方架设一个支撑架，然后再松开起重机和绳索；V、参照步骤I-步骤IV吊装其余两片叶片，装配完成后，移除叶片尾端的支撑架。

S8：采用主吊机和辅吊机协同吊装步骤七中组装好的风轮；风轮的具体吊装步骤如下：I、选择轮毂与轮毂安装支架台面上的零度标记相邻的两个叶片作为主吊支撑点，另一个叶片作为辅吊，并通过变桨控制柜控制变桨轴承转动，使所有叶片的刃部向上，并在主吊叶片对应的轮毂腹板上安装叶片锁，锁紧主吊叶片；II、将吊带套在主吊叶片的根部区域后挂入主吊机的吊钩上，再将另一吊带套在辅吊叶片的叶尖区域后挂入辅吊机的吊钩上，同时，需要在三个叶片的叶尖处分别套入一个叶片牵引套，并在每个叶片牵引套上固定一根牵引绳；III、拆卸轮毂支架与轮毂之间的连接螺栓后，启动主吊机吊升风轮，辅吊机牵引辅吊叶片，并让工人拽住牵引绳，引导风轮的方向，当风轮处于垂直状态时，卸掉辅吊机上的吊带，同时，提升主吊机吊臂高度，使风轮升至主轴法兰盘高度，然后配合绳子拉动风轮到法兰盘正前方位置；IV、根据塔顶工作人员的无线电指示，将风轮靠近主轴法兰盘，然后对准风轮和主轴法兰盘上的零度标记，在对齐零度标记后，将风轮靠近主轴法兰盘，轮毂上的安装孔与主轴法兰盘上的安装孔一一对应，最后再将能够穿入的螺栓全部穿入后并拧紧；V、将吊带从吊钩上松开，并移离叶片；VI、松开高速轴制动器，拔出风轮锁紧销，手动缓慢转动风轮，将剩下的螺栓顺利穿入轮毂后并拧紧，要求全部螺栓可自由通过拧紧，并用电动扳手尽可能交叉给螺栓预紧1000N.m，再用液压扳手分两次（高速轴制动，锁紧风轮锁紧销，第一次50％，第二次100％）打至额定力矩，注意在施加了扭矩的螺栓上做记号；VII、再次松开高速轴转动器，缓慢转动风轮，当带有牵引绳的叶片朝下时，将绳子和牵引套从叶片上取下；VIII、将叶片锁退开齿槽并卸下。

S9：抽查各个连接部位的连接螺栓的拧紧力矩是否合格，配电柜安装及调试。检查时，检查叶片与轮毂连接螺栓拧紧力矩，检查数量20～30％；检查轮毂与主轴连接螺栓拧紧力矩，检查数量20～30％；检查机舱与塔筒连接螺栓拧紧力矩，检查数量20～30％；检查每节塔筒连接螺栓拧紧力矩，检查数量20～30％；其他连接螺栓拧紧力矩，检查数量10～15％。

在上述安装过程中，在对塔筒进行安装完成后，需在底节塔筒处安装接地防雷线缆并在各节塔筒内安装保护钢丝绳。在爬梯上安装固定钢丝绳，钢丝绳的套环和锁具卸扣分别与塔筒顶端和底端的钢丝绳吊耳连接，通过调节锁具卸扣即可调节钢丝绳的张紧程度，钢丝绳吊耳应焊接在梯子的中间。

在机舱吊装时，当主吊机的吊装高度和场地空间足够时采用正吊——履带吊的吊臂与主轴在同一平面内；当主吊机的吊装高度和场地空间稍有偏小时采用侧吊——履带吊在机舱的侧面，吊臂与主轴空间垂直或有夹角。

在叶片吊装过程中，在风速很大的情况下（10分钟平均值Vmax > 10 m/s），应变桨减少风对叶片的阻力，以保护好风轮不被风吹转。在对叶片端面和变桨轴承法兰盘上的螺栓、叶片螺母和垫圈进行安装时，要求用手拧紧，然后用电动扳手和专用套筒给全部螺母交叉预紧至800～1000N.m，再用双头螺栓拧紧工装给全部M36螺母交叉打至额定力矩，作力矩过程必须通过变桨控制柜变桨旋转来实现，作力矩也可在叶片组装完成后进行。同时在整个安装过程中必须用一个汽车吊辅助吊起叶片，保证叶片端面完全贴在变桨轴承的法兰面上。在将每一个叶片固定后，需在叶片尾端的支撑架上设置一块轻质泡沫块垫在叶尖合适位置进行调整，目的为防止变桨系统因受力不平衡而倾覆。本实施例中的吊带为双眼平吊带，宽度大于120mm，规格10t/15m。

在风轮的吊装过程中，拧紧螺栓时，在低温条件下（日均温度小于-5摄氏度时），施加的扭矩不应该超过螺栓额定扭矩值的80%，待日均温度不低于-5摄氏度时再补施力矩。

本实施例中的安装措施主要有如下几点：（1）、施工现场按公司标化现场布置，对重大危险源进行辨识，设置警示标志。夜间作业应有足够照明，风力六级以上应停止一切室外吊装作业 。（2）、设备零部件吊装时，按编号分段吊装，选用适合的起吊钢丝绳、吊带，绑扎时须牢固可靠，防止脱落伤人。（3）、吊装时由持证上岗的信号工指挥，严格执行“十不吊”制度。（4）、进入施工现场正确使用三宝，施工现场配备良好、足够的灭火器材。（5）、高处作业时，搭设有临时的防护架体，架体应牢固、封闭，防止高处坠落。高空作业人员必须系好安全带，安全带挂点牢固、可靠。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，尽管申请人参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。