風(fēng)電機(jī)組錨板異常的案例分析及解決方案

楊淑超 ，宋恭杰 ，許 斌

(1.浙江運(yùn)達(dá)風(fēng)電股份有限公司，杭州 310000；2.浙江省風(fēng)力發(fā)電技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，杭州310000)

0 前言

近年來，隨著風(fēng)電行業(yè)的不斷發(fā)展，為有效利用低風(fēng)速區(qū)域的風(fēng)資源，風(fēng)機(jī)塔筒的高度在日漸加高，塔筒與基礎(chǔ)的連接方式也在不斷改進(jìn)［1，2］。風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)不合理或地基處理不當(dāng)將直接影響風(fēng)機(jī)運(yùn)行安全，因此，風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)的構(gòu)建作為風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)的重要環(huán)節(jié)，是風(fēng)電機(jī)組結(jié)構(gòu)的重要組成部分，它承擔(dān)著將上部結(jié)構(gòu)所承受的全部載荷和作用有效地傳遞到地基，并保持結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性的作用［3］。目前，風(fēng)電機(jī)組塔筒與基礎(chǔ)常見的連接方式主要有法蘭基礎(chǔ)環(huán)連接和預(yù)應(yīng)力錨栓連接兩種型式，錨栓基礎(chǔ)具有施工方便，采購周期短，工藝簡單，預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)更加安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，而法蘭基礎(chǔ)環(huán)結(jié)構(gòu)容易出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響風(fēng)機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行［4，5］。因此，錨栓基礎(chǔ)連接方式已成為大部分投資主體的第一選擇。

本文以國內(nèi)某風(fēng)力發(fā)電機(jī)組項(xiàng)目吊裝過程中發(fā)生的錨板異常為案例，根據(jù)此錨板存在的問題制定了整改方案，確保該項(xiàng)目得以順利進(jìn)行，旨在為今后風(fēng)電基礎(chǔ)裝配或改造過程出現(xiàn)類似問題時(shí)提供參考。

1 案例分析

1.1 案例簡介

某風(fēng)電項(xiàng)目采用錨栓基礎(chǔ)連接方式，在進(jìn)行某臺(tái)機(jī)組第一段塔筒吊裝時(shí)，發(fā)現(xiàn)錨栓與塔筒底法蘭孔無法順利對(duì)接。經(jīng)測(cè)量發(fā)現(xiàn)，此套錨栓籠上錨板整體發(fā)生不均勻變形，上錨板直徑變形差最大達(dá)31 mm，測(cè)量數(shù)據(jù)如圖1 所示，并繪制變形上錨板實(shí)際尺寸如圖2 所示。由圖2 可知，該上錨板的分度圓及外圓出現(xiàn)同等程度的變形。

圖1 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的錨栓分度圓直徑

圖2 變形錨板上法蘭的實(shí)際尺寸

1.2 原因分析

根據(jù)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)錨栓籠設(shè)計(jì)資料，該機(jī)位錨栓基礎(chǔ)的上錨板厚50 mm、下錨板厚55 mm，內(nèi)外圈各放置100 根M48 錨栓，高強(qiáng)灌漿層厚805 mm，底層主體環(huán)狀混泥土澆筑高度3.8 m。該設(shè)計(jì)屬于穩(wěn)定結(jié)構(gòu)形式，整個(gè)錨栓基礎(chǔ)相當(dāng)于一個(gè)彈性體，避免了應(yīng)力集中的發(fā)生。

基于現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，地基和主體基礎(chǔ)(除上錨板外)未發(fā)生任何變形，均屬穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。在測(cè)量此機(jī)位上錨板時(shí)，發(fā)現(xiàn)分度圓、內(nèi)外圓出現(xiàn)同等程度變形(原上錨板設(shè)計(jì)圖紙對(duì)應(yīng)的外側(cè)分度圓直徑為4 640 mm，外圓直徑為4 920 mm，圖2)。產(chǎn)生上述錨板變形的原因可能存在以下兩種：(1)出廠時(shí)上錨板為不合格產(chǎn)品；(2)在運(yùn)輸或裝卸過程中錨板受到磕碰所致。

1.3 方案解決

為保證該機(jī)組的順利吊裝，且不影響原塔筒段的使用，重新生產(chǎn)底法蘭使其與底段塔筒及錨栓基礎(chǔ)相匹配是解決該機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定問題的關(guān)鍵。經(jīng)設(shè)計(jì)人員分析，新底法蘭匹配該變形上錨板時(shí)，新底法蘭的失效模態(tài)、強(qiáng)度、余量等均滿足設(shè)計(jì)要求。

由于該機(jī)位的變形上錨板已固定在地基上，鑒于此，在不拆除錨栓基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)且不改變塔架各結(jié)構(gòu)的前提下，不改變新底法蘭脖子位置及形狀，只改變它的錨栓孔位置，可保證塔架與基礎(chǔ)錨栓正常連接且滿足穩(wěn)定性要求，新生產(chǎn)的底法蘭結(jié)構(gòu)與尺寸如圖3 所示。本方案采用厚度為8 mm 的八塊鋼板拼接成一個(gè)完整的圓環(huán)模具，模具需要用到的工裝如表1所列。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的錨栓位置用數(shù)控鉆在各鋼板上鉆出直徑為55 mm 的孔，將模具與現(xiàn)場(chǎng)錨栓做吻合檢測(cè)，確保每一根錨栓都能在對(duì)應(yīng)的孔內(nèi)，根據(jù)實(shí)際點(diǎn)位修正模具，錯(cuò)邊及粗糙部位用打磨機(jī)打磨平整。把八塊鋼板模具放置在上錨板上方，將內(nèi)徑為50 mm 長度為50 mm 的鋼管套在錨栓上，調(diào)整放正后將鋼管電焊在鋼板模具上。在連接板和鋼板模具上打好定位孔，將鋼板模具整圓后用連接板連接并焊接牢固。在鋼板模具上標(biāo)好序號(hào)，并把現(xiàn)場(chǎng)的錨栓位置按順序標(biāo)注好，使其與鋼板上的序號(hào)一一對(duì)應(yīng)。

表1 模具對(duì)應(yīng)的工裝

圖3 整改后的新底法蘭

整圓后的鋼板模具焊接在新生產(chǎn)的塔筒底法蘭上，使用50 mm 的鉆頭順著鋼管頭打好錨栓孔，再用53 mm 的鉆頭擴(kuò)孔并打磨平整。在新的塔筒底法蘭上標(biāo)注好與現(xiàn)場(chǎng)對(duì)應(yīng)的法蘭孔序號(hào)(圖3)。

為防止新底法蘭無法安裝，該機(jī)組的底法蘭生產(chǎn)完成后先運(yùn)輸至項(xiàng)目機(jī)位點(diǎn)，與錨栓基礎(chǔ)進(jìn)行試配裝。試裝成功后再運(yùn)送至塔筒廠焊接。對(duì)已焊接在底段塔架上的原底法蘭進(jìn)行切割，切割面要求距離底法蘭底面高170 mm(原底法蘭高150 mm，圖4)，切割后的塔身根據(jù)焊接工藝評(píng)定重新開坡口并焊接新底法蘭。因該機(jī)位是定機(jī)位、定角度的專用塔，焊接時(shí)需注意塔門的位置、 法蘭各孔的位置和主風(fēng)向的位置，確保焊接后的法蘭孔位與現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)記好的錨栓位置嚴(yán)格統(tǒng)一。整改后的塔架底端示意圖如圖5(a)所示，底段塔筒與新底法蘭焊接，新底法蘭上的錨栓孔與基礎(chǔ)上錨板的錨栓孔均能對(duì)齊，現(xiàn)場(chǎng)吊裝完成的塔架底端結(jié)構(gòu)如圖5(b)所示，由此可知，該整改方案滿足風(fēng)機(jī)運(yùn)行要求。

圖4 底段塔筒切割面高度

圖5 錨栓基礎(chǔ)與塔筒連接示意圖

2 結(jié)束語

(1)整改方案是在合理利用已生產(chǎn)完的塔筒部件，以及不拆除已固定在地基上的錨板基礎(chǔ)的前提下實(shí)施的，避免了該機(jī)位因基礎(chǔ)錨栓籠上錨板變形而可能引起的經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)確保了該機(jī)位在生命周期內(nèi)能安全穩(wěn)定運(yùn)行。

(2)整改時(shí)需保證新底法蘭的錨栓孔能與現(xiàn)場(chǎng)錨栓一一對(duì)應(yīng)，焊接時(shí)應(yīng)注意底段塔筒塔門與底法蘭的相對(duì)位置，才能保證該機(jī)組的順利安裝。此整改方案可為今后相關(guān)機(jī)組的改造提供參考。