風力發電機塔筒外壁自動噴涂裝置的研制

段林峰 邱小云

（南京科技職業學院，江蘇 南京 210048）

0 引言

能源緊張是全球化的問題，國外很多年以前就開始開發風能等可再生能源，21世紀以來，隨著對能源安全及環境的考慮，很多國家都出臺了對風能開發應用的支持政策。2006年我國施行《中華人民共和國可再生能源法》，對風電產業發展給予大力扶持。這十余年來，我國風電產業呈現爆發式增長。海上風能資源豐富，國外從上世紀九十年代就開發應用了海上風電，我國大陸擁有18000km的海岸線，具有豐富的海上風能資源，我國海上風電比歐美國家晚起步20年余年，但發展很快，裝機規模連續5年快速增長，已躍居全球第三。我國《風電發展“十三五”規劃》提出，到2020年海上風電裝機容量達到500萬kw，開工建設1000萬kw，由此可見，開發海上風電有著寬廣的前景。

風力發電機多應用于環境惡劣的區域（如海邊、海中、沙漠、高山等），對防護涂裝等級和防腐年限有極高的要求。海上風電由于其所處環境的強腐蝕性，對防腐等級更是要高于內陸風電。

風力發電機塔筒在風力發電機組中起支撐作用。一套風塔因其經濟價值非常高，塔筒重量體積都很大，通常都是百米左右的高度，安裝后不易維修，所以在風塔制造時涂層體系為終身防護體系，要求十分嚴格。一般都采用使用年限達到至少15年以上的防腐涂料配套體系。

1 風力發電機塔筒外表面防腐體系

通常風力發電機塔筒的防腐要求對風電場所處的環境不同而有所不同，海上風力發電機處于海洋環境，遭受海水和海洋大氣的腐蝕，要比內陸環境下腐蝕嚴重的多，因此一般來說，海上風力發電機塔架的防腐要求比內陸環境下的風力發電機防腐要求更高。內陸環境下風力發電機的塔筒外表面通常采用富鋅涂涂料為底漆，環氧涂料為中間漆，聚氨酯涂料為面漆。而海上風力發電機由于所處環境更加惡劣，為保證長效防腐，一般采用全噴鋅或鋅鋁合金作為底層涂層，這樣可以取得比富鋅涂料作為底層的體系更好的防腐效果。

表1為常見的內陸環境下防腐體系，表2為常見的海上風力發電機塔筒的防腐體系。

2 風力發電機塔筒全噴鋅現狀

一臺風力發電機塔筒通常由四到五節塔節組成，每節外表面積一般在200～300m2（含法蘭端面）。目前，多數塔筒制造企業在對塔筒外表面全噴鋅的操作基本都是使用電弧噴涂機人工作業，由于工人噴鋅作業需要穿著笨重的防護服，戴防毒面具，操作不便，勞動強度大。

ISO2063的要求，噴砂后需要在4h內完成噴鋅作業，按照每人每臺設備噴涂效率約為15m2/h。這樣一個塔節需要4～5臺設備同時作業才能在規定時間內完成噴鋅，工人在全防護的狀態下連續工作4小時，很難堅持，而且人工作業對噴涂參數的控制（如噴槍距離工件的距離，噴槍和工件的噴射角度等）有很大的隨意性，加上人工噴涂對噴涂層厚度的均勻性很難掌握，這樣對噴涂的質量有很大的影響。因此如果可以固定噴槍和塔筒之間的距離及角度并讓噴涂機自行運作，這樣不僅可以大大減輕工人的勞動強度，也能極大的提高噴涂質量。塔筒防腐作業時，塔筒是架在滾輪架上，可以以一定的速度勻速轉動，這就給開發自動噴涂機提供了一些便利條件。

針對上述情況，我們研究開發了塔筒自動噴涂裝置。

表1 常見的內陸環境下防腐體系

表2 常見的海上風力發電機塔筒外表面防腐體系

3 風力發電機塔架全噴鋅的自動化

3.1 塔筒自動噴涂裝置由以下部分構成

移動平臺：包括轉動輪、承載平臺、調整支架、角度調整塊，其中調整支架可調節與水平面的角度，并由角度調整塊的鎖定孔鎖定。

電弧噴涂機（包括電弧噴槍，電源，送絲機等），電源安裝在承載平臺上，送絲機安裝在調整支架上，噴槍安裝在直線移動裝置上。

直線移動裝置，可以進行高速往復直線運動，固定在調整支架的端面，噴槍固定在直線移動裝置上，啟動直線移動裝置，可以帶噴槍做勻速直線往復運動。

控制箱，用于噴涂機電源參數調節，送絲機送絲速度，進退絲，直線移動裝置的啟動等均通過控制箱調節。如圖1所示。

圖1 塔筒自動噴涂裝置

3.2 塔筒自動噴涂裝置的工作原理

將噴涂裝置移動到塔筒前，調整調節支架通過角度調整塊，使噴槍與塔筒外表面垂直，并使噴槍與塔筒之間距離保持在150～200mm，固定移動 平臺。

按工藝要求噴涂的厚度，結合塔筒轉動的速度，調節直線機構的往復運動速度及滾輪架運行速度，可以達到在確定的寬度范圍內，一次噴涂到設計厚度。

轉動塔筒，塔筒通過滾輪架做勻速圓周運動，啟動噴槍和直線移動裝置，即可自動進行噴涂，直至塔筒轉動一圈，停止噴涂。把裝置移動至下一個工位。下一個工位起噴點，與前一個工位結束點，重疊50mm。

3.3 塔筒自動噴涂裝置的特點

采用塔筒自動噴涂裝置，由于噴槍角度和距離可以方便的調整，所以對不同規格的塔筒均可以調節到所需的角度和距離，提高的塔筒噴涂裝置的適用性。

采用塔筒自動噴涂裝置噴涂效率可達25～30m2/h，200～300m2的塔筒，用三臺裝置可在四小時內完成噴涂，滿足標準規定的要求。熟練的工人，一個人可同時操作兩三臺設備，不僅工人的勞動強度大大降低，也節省了大量的人工。

采用塔筒自動噴涂裝置，在噴涂過程中始終保持噴槍與塔筒的距離和角度，同時噴槍的移動速度基本均勻，使得噴涂層的質量遠高于人工噴涂。

塔筒自動噴涂裝置還具有操作簡單，移動靈活的特點。

塔筒自動噴涂裝置采用了抗斷弧技術的噴涂機可以使自動噴涂過程中不會因為經常斷弧而導致停機，基本保證噴涂的連續性，這樣才有自動化的 意義。

3.4 塔筒自動噴涂裝置的應用

2016年塔筒自動噴涂裝置開始試用經過兩年的使用，取得很好的使用效果，不僅保證了噴涂質量，還提高了生產效率，節省大量人工，降低了金屬絲材消耗。

2018年重山風力越南有限公司（CS WIND VIETNAM CO., LTD.）及國內知名風塔制造商均開始使用塔筒自動噴涂裝置，用于風力發電機塔筒外壁的全噴鋅作業，取得了很好的使用效果。

圖2 塔筒自動噴涂裝置工作示意圖

4 結語

塔筒自動噴涂裝置結構按單元模塊構成，易維護，操作簡單，工人經過簡單培訓即可熟練操作，不需要專業的噴鋅技術工。現在海洋風電發展迅速，每年都需要大量的海上風電塔筒，海上風電塔筒一般都要求進行全噴鋅處理，以保證一定的使用年限，而該裝置的開發，對于完成塔筒外壁噴鋅，具有重要的意義。