大型風電機組葉片吊裝工藝及專用吊具分析

摘要：的大型化發展使得其葉片吊裝難度增加。本文在闡述大型風電機組葉片吊裝工藝的基礎上，結合5MW以上大型機組葉片吊裝實際，就其專用吊具的應用要點展開分析。期望能實現葉片的規范吊裝，滿足大型風電機組運作需要。

關鍵詞：風電機組;大型化;葉片吊裝;工藝;吊具分析

風電是一種清潔化的可再生能源，其在綠色經濟發展中起到至關重要的作用。風電機組是風電生產的核心設備，步入新時期以來，風電機組出現了大型化的發展趨勢，這使得機組葉片吊裝的難度大大增加，基于此，有必要規范選擇葉片專業吊具，控制葉片吊裝工藝，為大型風電機組的運行和風電生產創造良好條件。

一、風電機組大型化對葉片的影響

推動風電機組的大型化發展是風電生產的內在要求，同時也是風電產業的主要趨勢，其能在減少塔架基礎成本的同時，提升風能利用效率，實現風電生產成本與效益的統一。對于大于5MW的風電機組而言，其多采用大葉片結構;大葉片結構的長度教長，剛度較小，而且葉片的柔性也越來愈大。有研究顯示，葉片重量與葉片長度近似成三次方關系，即當葉片長度增加時，其質量也處于持續增長態勢;這容易產生交變荷載，影響葉片及機組使用壽命，并對風電生產效率具有較大影響。基于此，在使用大葉片結構過程中，現階段的風電機組葉片還具有輕量化發展的特征[1]。

二、基于大型風電機組的葉片吊裝工藝

1、葉片吊裝該工藝

作為風電機組的重要構件，葉片通常安裝在輪轂上，并與其合稱為葉輪，其能通過轉動使得風能轉化為機械能，進而帶動發電機組發電。受自身結構影響，葉片吊裝是風力發電機組安裝作業工藝性最差的部件;一方面，葉片本身容易受風荷載干擾，為確保吊裝、安裝作業規范，需保證葉片吊裝時的風速不超過8m/s。另一方面，葉片結構細長，其重心難以有效確定，影響了吊裝的效率。

2、具體吊裝工藝

2.1預裝三葉片

作為大型風電機組施工中較為常用一種方式，預裝三葉片工藝現需要將輪轂水平置于地面，然后按照順序將3片葉片與輪轂組合在一起，形成葉輪組合件，隨后按照水平起吊葉輪組件、空中翻身、輪轂安裝、葉輪及輪轂控制作業的流程進行施工。該工藝下，在地面組合3片葉片與輪轂，工藝難度整體較小，但是由于葉片本身的尺寸較大，故而重視組裝場地面積控制。同時應注意葉輪組合件起吊翻身及移位轉運控制，避免葉輪組合件受損。此外在后期起到中，如果葉根部位具有良好的強度，則需要在2片葉片的葉根位系上吊索，同時需在第三片葉片部位設置翻身吊索，為后期吊裝創造良好條件。

2.2預裝兩葉片

預裝兩葉片下，葉片與輪轂提前組合的片數不同，其具體吊裝工藝也有較大差異。通常采用預裝兩葉片吊裝時，首先要將機艙置于地面，完成輪轂與機艙的組合裝;其次要按照豎直面為羊角狀的要求，進行在輪轂上安裝兩片葉片，實現葉輪與輪轂的結合;隨后在檢查結合件質量的基礎上，應控制吊裝環境，進行組合件吊裝，并將吊裝的構件安裝在塔架頂部，最后完成第三片葉片的吊裝與空中組裝。

2.3直裝三葉片

直裝工藝不預先進行葉片與輪轂的結合。在直裝工藝下，先進行輪轂與機艙的組裝，組裝完成后將其組合吊運安裝到塔架頂部，隨后按照順序起吊的方式，完成三片葉片的吊裝，實現葉片與輪轂的空中組裝與結合[2]。本工藝下，由于三片葉片均在控制組裝，整體難度較大，應重視專用吊具的規范使用，同時在完成第三片葉片安裝前，需重視風機主軸控制，確保其能提供一定的反向轉矩，消除葉輪不平衡所產生的轉矩。

三、大型風電機組葉片吊裝專用吊具分析

1、吊具結構分析

本研究以5MW以上大型機組葉片吊裝專用吊具為例，此類吊具不僅包含俯仰結構、旋轉結構，而且涉及抱合結構、夾持結構，此外配重及液壓系統也是其重要的組成部分。其中俯仰結構具有較強的調節能力，其能使得吊具繞水平橫軸轉動，并對抱合結構的姿態進行控制，實現葉片的高效、精準加持。旋轉結構在葉片繞水平縱軸角度調節中起到至關重要作用，在旋轉結構作用下，不論是在水平、垂直狀態，還是在120°羊角狀態，葉片均能實現高效安裝。抱合結構起到加持葉片的作用;而加持結構能實現夾持板與葉片的緊密貼合，實現葉片的有效保護。

2、吊具作業參數控制

要提升大型風電機組葉片吊裝作業的規范性，還應重視吊具使用參數的控制，結合這些參數對吊具的開合、夾持、俯仰、旋轉等動作進行精確控制。譬如在LZ75-6.0葉片吊裝中，此類葉片的長度為75m，葉片配重后，其質量為3000kg，此外重心位置維護22.35m。在該葉片吊裝中，對于吊具的使用控制以下參數：其一，在環境參數控制中，要求風力不超過8m/s，即風力需達到4級風以下條件。其二，在吊具機械手控制中，要求價差的誤差不超過±1m。其三，在吊具俯仰結構、旋轉結構控制中，要求其能按照0°～-40°俯仰姿態和±130°旋轉姿態作業;并且要求加持結構的還是用不得對葉片造成損傷。其四，控制吊具驅動系統，采用380V線路實施有線供電，并實施吊裝過程的遠程無線遙控。其五，為保證吊具使用的安全性，應為吊具設置閉鎖結構，積極發揮閉鎖功能，避免吊裝事故發生。

3、重視不同工況下的吊具控制

要提升吊具應用質量，還能過重視不同工況下吊具的使用。如在水平狀況下，大梁處施加壓力提供摩擦力，前緣提供支撐力;而在豎直吊裝工況是，應充分發揮根部夾具作用，避免葉片滑落，并且應盡量減少葉片與夾具的相對滑移;此外在旋轉或傾斜下，應在保證根部夾具機械力的基礎上，控制夾具表面的摩擦力，提升葉片的夾持吊裝效果。

結語

葉片吊裝工藝的應用對于大型風電機組功能發揮具有積極作用。新時期，人們只有充分掌握大型風電機組葉片特征，規范使用吊裝工藝，并精準控制專用夾具的使用，才能有效提升葉片吊裝的效率和質量，為大型風電機組運行創造良好條件，促進風電產業的發展。

參考文獻

[1]李向才，闞子龍.纜風控制系統在海上風電超長、超寬單葉片安裝中的應用[J].中國高新科技，2020（22）：98-99.

[2]周通.大容量海上風電機組葉片吊裝工藝分析——基于福清興化灣海上風電樣機試驗風場[J].水電與新能源，2019，33（3）：73-78.

作者簡介：殷金輝（1991.07.03-），男，漢，甘肅酒泉人，本科，甘肅省特種設備檢驗檢測研究院，中級工程師，研究方向：風電葉片測試技術。