10 MW海上風力發電機組風輪吊裝技術研究

張程遠，項建強

(1. 福清海峽發電有限公司，福建 福州 350300； 2. 中國三峽新能源(集團)股份有限公司山東分公司，山東 濟南 250000)

隨著我國海上風電技術的不斷創新和進步，國內海上風機單機容量不斷增大，2020年7月，三峽集團與東方電氣集團聯合研發的當前亞太地區最大、全球第二大的10 MW海上風電機組在福清興化灣海上風電場二期項目安裝并網，刷新了國內海上風機單機容量新紀錄，本文以福清興化灣海上風電場二期項目10 MW海上風電機組安裝為例，詳細概述大兆瓦海上風機風輪吊裝的關鍵技術[1-2]，為后續10 MW+海上風機吊裝積累施工經驗。

1 項目概況

福清興化灣海上風電場二期項目地處福清市江陰半島，總裝機容量280 MW，共規劃安裝45臺風機，涵蓋1臺10 MW海上風機(型號：DF185-10000)。機組額定功率為10 000 kW、三葉片、上風向、直驅型、雙驅動電動變槳、低速同步永磁發電機。10 MW機組葉片90 m長，風輪直徑185 m，輪轂中心高距海平面115 m，機組由輪轂裝配、葉片、發電機裝配、機艙裝配、塔筒裝配等五大部件組成。機組部件具體參數信息見表1。

2 施工船機設備

選用國內先進的第三代自升式風電安裝船“三航風和”號進行10 MW海上風機安裝，“三航風和”號型

表1 DF185-10000風電機組主要部件參數表

長90 m，型寬40.8 m，擁有1 200 t和360 t 2臺液壓繞樁全回轉型式起重機，為國內首創，主吊最大吊高可達甲板面以上130 m。樁腿長度為89.7 m，其最大作業水深可達50 m。選用船長約100 m、寬約22 m的5 000 t大型多功能駁配備大抓力錨(約3 t)和錨機 (不少于30 kW)作為廠商運輸船停靠定位船，提高抗涌浪能力，以及配備其他施工船舶配合施工作業。“三航風和”號參數見表2。

3 風電機組安裝方案

10 MW海上風機采用大部件分體安裝、風機葉片采用風輪整體安裝方案[3-4]。風機部件海運至機位交貨后進行吊裝，海上風機分體安裝主要包括塔筒、機艙、發電機吊裝、葉片與輪轂組裝、風輪起吊與發電機對接、消缺及調試等。葉輪組拼型整體吊裝工藝見圖1。

表2 “三航風和”號基本性能參數

圖1 葉輪組拼型整體吊裝工藝流程圖

4 葉輪組拼型風機吊裝控制要點

風輪吊裝需要提前在安裝船甲板上完成葉片與輪轂的組拼工作，葉片采用雙吊機協同操作進行葉片過駁和組拼，組拼過程需提前在2只兔兒葉片處布設好攬風系統，3支葉片拼裝過程要連續，一旦開始就需要不間斷作業，直到3支葉片全部拼裝完成，禁止1支或2支葉片后中斷作業，確保葉輪保持平衡狀態。葉輪組拼型風機吊裝控制要點見表3。

表3 葉輪組拼型風機吊裝控制要點

5 10 MW海上風機葉輪安裝技術

5.1 船舶進點定位

“三航風和”號通過船上GPS及DP動力定位系統進行精準進點；根據安裝船定位情況，有序安排配套運輸駁、定位駁進點。

5.2 塔筒安裝

底段塔筒在塔筒廠內提前預組裝后豎直運輸至現場，由主起吊機直接起吊；中上段、中下段及頂段塔筒采用2臺吊機協同配合進行起吊安裝。

5.3 機艙安裝

安裝風機廠商提供的專用吊索具，采用回轉平臺上的2個10 t卷揚機作為機械纜風系統，吊裝前先進行試吊尋找重心后拆除運輸工裝，1 200 t主起吊機起吊機艙至塔頂正上方約0.5 m處，指揮吊機緩慢移動機艙位置，利用導正棒引導機艙到塔架法蘭孔正確位置，并緩慢下降直至導正棒穿過法蘭孔，在機艙下降塔筒直至導正棒穿過法蘭孔，在機艙下降塔筒頂法蘭約20 cm處點動下降，直到機艙偏航法蘭孔與塔架頂法蘭孔對齊，主鉤下鉤，直到2個法蘭面完全貼合，穿上螺栓。按廠家提供的標準要求完成螺栓緊固。機艙吊裝見圖2。

5.4 發電機安裝

將發電機吊至發電機翻身吊具上，2臺吊機緩慢同時提升吊鉤，達到一定高度后，緩慢抬高主吊車的吊鉤使發電機翻身(約85°狀態)，緩慢下降吊鉤，然后通過輔助吊點和拆卸吊點將輔助吊梁拆卸下來；主吊機提升的同時牽引發電機，使發電機與機架的法蘭面方向對正；當發電機端面與機艙端面接近時，穿入所有機架與發電機連接螺栓。發電機吊裝見圖3。

圖2 機艙吊裝實例圖

圖3 發電機吊裝實例圖

5.5 DF185-10000海上機組風輪吊裝

5.5.1 風輪組拼

1)葉片起吊。葉輪組裝場地為“三航風和”號甲板，因葉片長度太長，雙機抬吊2支點無法滿足2吊機在組拼葉輪時吊裝半徑，則采用主吊機單鉤起吊：配備18 m長的橫梁、2根吊帶。吊帶寬度300 mm，每根至少承重25 t。同時，考慮到葉片與輪轂法蘭對接時存在兩接觸面垂直度誤差，通過吊梁安裝30 t電動葫蘆在與輪轂對接時進行微調。

2)風輪組拼。葉片起吊時處于揮舞狀態，則在葉根處安裝2根系纜進行葉片旋轉控制，在吊梁上再安裝2根系纜進行臨近甲板時葉根系纜的轉換，保證在葉片對接輪轂全過程中的平穩穩定。將第一片葉片慢慢吊于輪轂葉根軸承法蘭接口處進行組裝。通過安裝調試電源盒對輪轂軸承進行變槳微調，使葉片根部0度刻度線零點與葉根軸承轉盤上的0標記線對正。調整葉片位置，使所有螺栓順利穿入變槳軸承孔內，帶上螺母，按要求緊固螺栓。葉片安裝后應在該葉片輔助吊點處墊上泡沫板，避免葉片安裝后重心偏離造成側翻。以同樣方式安裝其他2葉片。

5.5.2 風輪吊裝

1)主副吊機就位，按設備廠家要求掛好吊具。

2)人工攬風配置。在2支Y字呈上葉片使用護套安裝2根牽引攬風繩(破斷5 t，長度約400 m)。

3)葉輪起吊翻身。第一步：1 200 t主吊機吊臂抬升角度約70°，放下360 t副鉤掛葉輪主吊耳，360 t輔吊掛葉輪溜尾；第二步：抬吊到約40 m開始輔吊不再上升，主吊繼續升鉤；第三步：主鉤升到約甲板面100 m高度時，葉輪翻身到位，解開輔吊溜尾并將其移去。

4)葉輪對接。葉輪完成翻身，葉片豎直狀態(約5°仰角)時，開始主臂旋轉風輪安裝姿態(約270°回轉)至發電機位置，對接葉輪和發電機，穿上連接螺栓，帶上墊片和螺母，取下定位銷換成安裝用的螺栓，并按要求緊固力矩。為控制風輪在翻身與旋轉姿態時穩定，利用風輪兩兔兒的牽引攬風繩進行姿態穩定及控制風輪與主吊同步動作。纜風繩與風輪角度越大穩定效果越好，因“三航風和”號甲板面積有限，則配備兩艘錨艇進行輔助配合纜風繩牽引。風輪吊裝見圖4。

圖4 風輪吊裝實例圖

6 結 語

本文以亞太地區單機容量最大的10 MW海上風機吊裝為工程實例，詳細介紹其風輪安裝施工工藝、重難點控制及安裝施工技術，為后續10 MW+大容量海上機組吊裝施工提供了技術參考。