支撐式風電混凝土塔架模具的制造工藝

王守友 杜銀星 襲衛兵

摘 要：隨著我國風能利用的開發，國內對于風力發電的需求逐步增大。尤其是超高塔架，多采用混凝土塔架。混凝土塔架具有良好的防水性能，防腐性能和較高的性價比，超高混凝土塔架是目前風電行業的發展趨勢。而制造混凝土塔筒的關鍵設備塔筒模具是其核心關鍵技術。文章從實際生產制造角度分析一種具有內部支撐的風電塔架混凝土模具的關鍵制造工藝和質量控制要點，為同類產品提供設計和制造參考。

關鍵詞：模具;工藝;拼裝

中圖分類號：TU74? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2096-6903（2022）03-0071-03

0引言

隨著節能環保產業的發展，風力發電技術正逐步發展壯大。利用風力發電，可降低風機單位發電成本、提高發電量，尤其是120 m級以上的混凝土超高塔架更獲得更大的電力生產能力。作為預制生產混凝土120級超高塔架的管片模具，其制造工藝是關鍵。塔筒管片模具不同于普通的模具產品，其產品要求精度高，結構形式獨特，各節段的關聯尺寸要求較嚴格的形位公差尺寸。限于其特殊的結構形式和嚴格的尺寸精度，必須制定合理的制作工藝作為技術保障。

1模具總圖概述

支撐式風能塔筒模具由件1外模、件2內模、件3頂模、件4底模、件5支撐系統和件6端模組成。件5支撐系統位于中心點上，作用是模具內部支撐，利用調節絲桿支撐內側模板。外側模板與內側模板采用對拉絲桿連接，頂模面板設置預應力孔道及桁架框架[1]。具體結構形式如圖1所示。

內模和外模整體呈錐形布置，內外模具有不同的錐角。內外模包絡底模支撐在平臺基礎上，內外模之間采用對拉絲桿，漲拉夾緊底模。頂模布置在內外模上部，用定位銷和連接螺栓和內外模上法蘭連接固定。頂模和底模面板上具有相對應的預應力孔道。支撐系統由調節拉桿組成，拉桿兩端具有左右旋向的調節的細牙螺紋絲桿，以便微量調節，穩定支撐內模整體位置，提高模具整體剛度和尺寸精度。端模布置在內外模圍攏的環形內45°交角位置，澆筑混凝土塔筒管片時，通過端模的分塊成兩瓣C型混凝土管片，以便拼裝和運輸。

塔筒模具關鍵控制尺寸是模具上下口工作面直徑、模具工作型腔高度偏差、面板角度偏差、面板整體平面度偏差和上下模預應力孔位整體偏差。

2內外模制造工藝要點

內外模都是由圓錐形筒壁構成，內模分10瓣，外模等分8瓣。整體結構有面板和環筋及豎筋組成，內外模面板整體高度為3 m以上，結構制造時重點考慮面板接料方法和整體平面度問題。內外模制造時還要重點控制上口和下口的工作半徑，控制整體傾斜角度，制造時必須設計合理的組焊工裝。

基于以上幾點關鍵控制點，內外模的合理制造工藝是：①要根據實際需要，采購定尺寬度面板。以減少接料焊接。②如采購板材寬幅有限，鋼模面板需要接料時，應將對接焊縫區用銑邊機械加工，控制接口直線度≤0.5 mm。③內外模應按模具分塊情況，分瓣制作。內外模組對時在專用的錐度工裝上組對，外模設計成外和面板錐度一致凸型的工裝，內模設計成和內模錐度一致的內凹型工裝。④工裝使用時先組對面板，確保面板和工裝弧形線密貼，在工裝上完成面板接料工序。再以面板為基準組對環筋和縱筋。⑤模具整體下胎后，切割余料，并整體焊接面板和全部筋板。焊接時要注意控制焊角尺寸不宜過大，防止過多的局部熱輸入導致焊接變形。實踐證明采用交錯對稱焊接，焊50 mm間隔200 mm，焊角6 mm，交角必焊的制作焊縫要求可以完全滿足使用要求。⑥整體焊接結束后，二次將成型的內外模放置在組對工裝上檢查面板錐度尺寸，并結合水平尺沿面板母線方向檢查面板整體平面度。如有焊接變形可采用局部火焰修整的方法修整變形。內外模整體制造完畢后要做好清晰的標識，以便整體拼裝。

3頂模制造工藝要點

頂模分四瓣組成，由工作面板和環形桁架組成。面板上具有下料口和預應力孔，采用環形采用桁架結構和頂模面板形成整體，便于吊裝和使用。四瓣之間采用法蘭把合連接。頂模面板內外周圈的連接耳板，通過定位銷和螺栓連接內外模頂模制作關鍵是控制頂模面板的整體變形問題。

首先，頂模面板下料要采用機構切割的工藝一次全部切割成型。采用激光切割的工藝，切割熱影響區小，變形小。一般孔中心距精度誤差≤0.4 mm，輪廓尺寸誤差≤0.5 mm。可以完全滿足模具精度要求。其次，整體組焊時，需要在操作平臺上按圖樣要求劃好1：1地樣線，面板整體平鋪在操作平臺上，嚴格和地樣線吻合。再將面板點焊固定，并在內外圓周外沿，在平臺上焊接工藝硬肩頂板支撐牢固面板，防止變形。最后，組焊連接法蘭板，并將法蘭板用螺栓連接固定。以面板為基準整體組對頂模上部桁架，并整體焊接。

4底模制造工藝要點

底模和頂模相對，預應力孔呈從上到下的貫穿關系，由四瓣組成，各瓣之間采用法蘭連接。底模制造時，和頂模類似，關鍵制造工藝是面板采用激光精準下料。底模面板厚度方向要預留傾斜面的打磨工藝余量。整體組焊后在面板內外圓沿板厚打磨，以便拼裝后和模具面板呈面對面的貼合裝配關系。

5支撐系統制造工藝要點

支撐系統由中心立柱和調節拉桿組成。中心立柱位于中心點位置，作用是支撐調節拉桿，便于拉桿調節。各拉桿沿中心立柱呈45°夾角均布在模具內腔中。拉桿由左右旋合的絲桿組成。整體制造時要注意確保整體桿件的同軸度要求。焊接時要將活動絲桿旋入拉桿內后再整體環向焊接。焊接后在拉桿絲桿內注入潤滑脂。中心立柱的拉桿鉸座制造時，要和立柱自身保持一定的整體轉位角度要求，可以制造工藝角度樣板，利用樣板確保各鉸座的方位角度要求。

此外，各拉桿的兩端調節絲杠要有足夠的調節范圍和整體強度，制作時應選用45#材質，采用粗加工-調質-精加工的工藝完成。未確保調質后絲桿具有較好的綜合力學性能，粗加工后應留3 mm左右的精加工余量。

6端模制造工藝要點

端模由面板、連接板和鑲塊組成。整體模具右4組端模，兩兩并攏使用。制造時，全部板料要采用激光切割方法，下料一次成型。以面板為基準整體組對，焊接時要采用兩組端模背對背并攏的方法，兩組端模雙人兩側同步焊接，以抵消焊接變形。背對背并攏時，要注意用剛性較大的C型夾夾持的方法焊接。或采用面板點焊固定的方式固定。

端模主體結構制造完畢后最后焊接鑲塊，每個鑲塊和面板間可采用5-φ20的塞焊孔，塞焊方法連接固定。端模制造后要嚴格控制裝配成型尺寸并做好清晰標識。要控制端模焊接后板面平整度≤1 mm/m，對角線誤差≤3 mm的精度要求。

7整體拼裝工藝

模具各部件制造完畢后，要進行整體拼裝成型工序。整體拼裝是模具制造的關鍵工序。通過廠內拼裝，可以修配整體結構尺寸，還能檢查單件制作精度，避免施工現場使用時精度超差現象。

綜合分析模具整體結構，制定的整體拼裝順工藝為：平臺布置→ 拼裝中心立柱 → 底模 → 內模 →一次頂模拼裝 → 拆除頂模? → 端模 外模 → 二次拼裝頂模 → 數據檢驗，整體刻線標記→包裝出廠發運。

（1）拼裝場地布置。拼裝需要的操作平臺要適應模具總體直徑尺寸要求，并具有足夠的操作空間。尤其是起吊高度空間要充分考慮，應確保橋式起重機的整體起升重量和起升高度在允許的范圍之內。整體拼裝平臺上需要1：1繪制內外模和底模的地樣位置線，并注明0°、90°、180°和270°角度位置線。以便模具拼裝時位置精準。

（2）拼裝中心立柱。中心立柱的0°位置點要與平臺地樣線0°重合，用線墜投射方法檢查中心立柱鉛垂度≤1 mm。找正后，臨時焊接固定中心立柱。并用斜拉桿輔助支撐補強。中心立柱和內模間的水平支撐桿暫不安裝，待拼裝內模時，與內模同步安裝。

（3）拼裝底模。底模位置按地樣線位置重合拼裝成圓。拼裝后用水準儀依次按60°夾角間隔依次檢查各關鍵點的水平標高，要確保整體水平度≤±1 mm的精度要求[2]。

整體拼裝后，在底模面板上整體放樣精準劃出內模位置線。通過用水準儀依次檢查1-16#點位標高，確定底模整體平面度要求。

（4）拼裝內模。根據底模面板位置線，依次拼裝各瓣內模，邊拼裝邊用中心立柱水平拉桿固定內模位置。首先應準確拼裝第一塊內模，嚴格控制內模位置公差和相對尺寸要求。

（5）一次頂模拼裝。由于模具整體成型后，內外模之間形成的封閉空間，無法再其中檢查和操作，故為方便檢查，內模拼裝后拼裝外模前，要一次拼裝頂模。頂模位置要根據底模的預應力孔位為基準拼裝，該處檢查可以采用線墜鉛錘投放法。

（6）拼裝端模。端模坐立在底模面板上，端面和內模貼合，用螺栓連接固定。端模和對應內模連接處的連接螺栓孔要在拼裝后整體投鉆出孔。

（7）內模及端模整體拼裝合格后再拼裝外模。外模拼裝時根據底模分度刻線位置拼裝，拼裝前嚴格檢查外模連接法蘭板的平面度和直線度精度要求，拼裝間隙≤0.5 mm。

（8）二次拼裝頂模。外模拼裝后，二次拼裝頂模，利用頂模和內模上法蘭的定位銷軸，確定頂模位置，然后再利用頂模和外模連接的孔投鉆外模上法蘭上的連接孔，并樣焊定位套，用定位銷軸定位連接。

（9）全部拼裝完畢后，在內外模上法蘭上按均布角度整體劃線，樣制對拉支座，安裝對絲桿。

8結語

風能塔筒模具不同于普通鋼結構產品，要求精度高，結構制造工藝先進合理。本文通過總結拉桿支撐式風能塔筒模具的制作工藝和拼裝方法，得出以下結論：

（1）模具下料工序必須重視，由于模具制造后沒有整體機加工序，故必須采用激光切割等熱輸入量小，成型精度高的下料方法。此外，各種預埋件安裝孔及其他工藝孔，應在下料工序一次出孔成型，避免拼裝后整體配鉆。以提高互換精度和安裝精度。

（2）錐形風能塔筒模具的分塊尺寸控制必須采用專用工裝發方法確保成型質量。工裝設計要經濟簡便，便于操作。通常的錐形塔筒模具的工裝多采用單板拼接方案為宜。

（3）錐形風能塔筒模具的質量檢驗方案必須周密考慮，要設計專用工裝檢具，綜合繪制輔助線和線墜投射等方法檢查模具整體質量，并做好檢驗數據記錄工作。

（4）錐形風能塔筒模具的最終工序是整體拼裝，拼裝目的是修整面板結合間隙和整體尺寸確保。要制定合理的拼裝檢驗工藝，數據檢驗和整體拼裝應交叉進行，避免因操作空間導致無法檢驗。

參考文獻

[1] 肖劍，叢歐，郝華庚，等.風電塔架混凝土新型模板的研究分析[J].建筑結構，2016，46（14）：21-25.

[2] 杜銀星，陳忠斌，王金祥.錐形塔筒模具結構制造工藝探討[J].中國高新技術企業，2017（6）：91-92.

Manufacturing Technology of Supporting Wind Power Concrete Tower Mould

WANG Shouyou，DU Yinxing，XI Weibing

（Qinhuangdao Tianye Tonglian Heavy Industry Technology Co.，Ltd.Hebei Heavy Equipment Engineering

Technology Research Center，Qinhuangdao Hebei? 066004）

Abstract： With the development of wind energy utilization in my country， the domestic demand for wind power has gradually increased. Especially for ultra-high towers， concrete towers are mostly used. The concrete tower has good waterproof performance， anti-corrosion performance and high cost performance. The ultra-high concrete tower is the current development trend of the wind power industry. The key equipment tower mold for manufacturing concrete tower tube is its core key technology. This article analyzes the key manufacturing process and quality control points of a concrete mold for a wind power tower with internal support from the perspective of actual production and manufacturing， and provides design and manufacturing references for similar products.

Keywords： mold; process; assembly

收稿日期：2021-12-16

作者簡介：王守友（1981—），男，河北秦皇島人，本科，工程師，研究方向：隧道專用設備、管片模具等。