海上風電項目葉輪整體吊裝施工技術探討

杜海濤

摘要：近年來，隨著國家海上風電能源建設的快速發展，大量船舶投入海上風電領域的開發。文章以華能大連市莊河海上風電項目風機安裝為例，介紹該項目中5艘風電安裝船進行風機葉輪整體吊裝的施工技術，明確各風機作業船組對應的海上定位方式、葉片裝船方位、吊裝方式，提出質量驗收標準和施工安全措施，為海上風電施工提供參考。

關鍵詞：海上風電；葉輪支架；葉片組隊；葉輪吊裝

中圖分類號：TV52? 文獻標識碼：A? ?文章編號：1674-0688（2023）06-0097-05

0 引言

海上風電是我國“一帶一路”倡議及新能源規劃的重點產業，是推動沿海經濟發達地區能源轉型的重要手段。大力發展海上風電不僅可以滿足東部用電需求，也是加快我國實現綠色發電目標的重要途徑。到2023年，全球海上風力發電裝機總容量將達到1 800萬kW左右，而中國是全球主要風力發電國家，風力發電機裝機容量約占全球的4/5。在海上風電工程中，風機葉輪的整體吊裝是施工難點。風機葉輪系統由葉片和輪轂組成，通常一款機型適配多種長度的葉片，葉輪系統重心位置隨著葉片的不同而改變，由于葉輪系統尺寸大，需要2臺起重機配合吊裝［1］，因此葉輪系統吊裝是整個吊裝過程中相對困難的環節。研究不同的葉輪系統吊裝方式，有利于降低吊裝成本，規避吊裝安全風險［2］。本文結合案例項目和吊裝設備的基本情況，探究海上風力發電機組葉輪整體吊裝施工技術，以期為海上風力發電機組安裝提供參考。

1 工程概況

華能大連市莊河海上風電場址Ⅳ1（350 MW）項目位于大連市莊河海域，場址中心離岸距離約35.2 km，水深為26～34 m，規劃面積約55.8 km2，裝機規模為350 MW。本項目實際裝機容量為351.8 MW，安裝24臺“海裝”H171-6.2 MW風力發電機組、26臺“東氣”DEW186-7.5 MW和1臺“海裝”H171-8.0 MW風力發電機組，場址機位布置如圖1所示。

2 風機參數和安裝風電船舶數量及性能

2.1 風機參數

（1）“海裝”H171-6.2 MW風力發電機組參數見表1，6.2 MW風機葉輪的直徑為171 m，輪轂中心高度為105 m，具體參數見表1。

（2） “海裝”H171-8.0 MW風力發電機組參數見表2，8.0 MW風機葉輪的直徑為171 m，輪轂中心高度為105 m，具體參數見表2。

（3） “東氣”DEW186-7.5MW風力發電機組參數見表3，7.5MW風機葉輪直徑為186 m，輪轂中心高度為115 m，具體參數見表3。

2.2 安裝風電船舶統計

本項目風機安裝共計5艘風電安裝船，各船的性能指標見表4。

3 葉片整體吊裝施工措施

本工程的“東氣”DEW186-7.5MW機型，葉片長度達91 m，葉輪直徑為186 m。根據風機廠商要求，葉片需過駁至平臺船后與輪轂進行組裝，組裝完成后的整體設備吊裝難度大，因此本項目提出以下應對措施及施工方案。

（1）與風機廠家溝通，確定風機部件尺寸，獲取風機安裝技術文件，邀請風機廠家到場進行技術指導。

（2）與當地海洋天氣預報機構建立聯系，獲得準確的中長期海洋天氣預報，掌握可作業天氣的時間，確保抓住每一個可作業窗口期。

（3） 確保現場只有一個指揮人員且始終在場，其他人員積極配合并服從指揮調度。

（4） 加強吊車間的配合作業，注意協調統籌，避免磕碰，完善組裝技術與安全措施，提高現場人員調配的效率。

（5） 研討吊裝方案，根據平臺船起吊半徑對葉輪安裝支架進行準確的定位擺放。

（6） 起吊葉輪時，掛在輪轂吊座上的圓形吊帶和掛于下方葉片的扁平吊帶需同時上升，下方的葉片上升速度慢于上方的2支葉片，整個過程始終保持葉片離開地面；同時，引導牽繩操作人員控制葉輪方向，使其不會因風向改變而出現晃動；待葉輪吊至豎直位置時，拆卸輔助吊機的吊帶和葉片護板。

（7） 將葉輪系統起吊至主機高度后，主機中的工作人員指揮吊車緩慢移動，引導牽繩配合吊車，使葉輪靠近主機后將定位銷穿入輪轂螺栓孔。

4 葉片組隊工藝及葉輪吊裝

風機葉輪整體安裝包括葉片與輪轂的組裝、葉輪的吊裝以及與主機對接的過程。本工程葉輪的吊高及吊重要求均小于前道工序的機艙吊裝，故此處不進行各船吊高、吊重復核。

4.1 葉輪支架安裝

本工程共計3種風機類型，其中6.2 MW與7.5 MW風機葉輪受沉樁施工進度及風機加工制作進度的影響，部分風電船需要2種風機交替安裝，因此采用一種適應于本工程2種不同機型葉輪整體安裝的工裝—葉輪通用安裝支架（如圖2所示）。

當需要進行6.2 MW風機葉輪施工時，直接在基礎底座上使用螺栓與輪轂底座連接；當需要進行7.5 MW風機葉輪施工時，在基礎底座上安裝過渡法蘭段，過渡法蘭段下部使用高強螺栓與底工裝連接，頂部使用螺栓與葉輪底座連接，從而實現2種機型葉輪的整體安裝功能。

4.2 葉輪吊裝方式

葉輪吊裝前應檢查吊具的完好性，吊裝過程中需注意安全，葉輪下嚴禁站人。葉輪起吊方式及吊索具示意如圖3及表5所示。

4.3 “中船海工101”葉片組裝工藝

“中船海工101”風電安裝船帶有2臺繞樁式回轉起重機，分別為1 000 t主吊及350 t輔吊。風機基礎位于安裝船主吊機側，葉片運輸船及定位駁定位于安裝船右舷。葉片裝船方位為外側2支葉片的葉根朝向駕駛樓，中間葉片的葉尖朝向駕駛樓。葉輪支架位于左舷甲板面中間。1#葉片采用兩點抬吊，1 000 t主吊吊裝葉尖處吊點，350 t輔吊起吊葉根處吊點，吊裝旋轉方向及安裝方式如圖4所示。

4.4 “大橋向陽”葉片組裝工藝

“大橋向陽”風電安裝船帶有1臺800 t繞樁式回轉起重機，另配備1臺400 t履帶吊。風機基礎位于安裝船主吊機側，葉片運輸船及定位駁定位于安裝船左舷。葉片裝船方位為外側兩支葉片的葉根朝向駕駛樓，中間葉片的葉尖朝向駕駛樓。葉輪支架位于甲板面中間部位。1#葉片吊裝旋轉方向及組裝方式如圖6所示。

2#葉片采用兩點抬吊，800 t主吊吊裝葉根處吊點，400 t履帶吊起吊葉尖處吊點，吊裝旋轉方向及組裝方式如圖7所示。

3#葉片采用兩點抬吊，400 t履帶吊及800 t主吊配合吊裝，吊裝旋轉方向及組裝方式如圖8所示。

4.5 “國電投001”葉片組裝工藝

“國電投001”風電安裝船帶有1臺800 t繞樁式回轉起重機，另配備1臺320 t履帶吊。風機基礎位于安裝船主吊機側，葉片運輸船及定位駁定位于安裝船右舷。葉片裝船方位為葉片的葉根朝向駕駛樓，葉輪支架位于左舷甲板面。1#葉片采用兩點抬吊，800 t主吊吊裝葉尖處吊點，320 t履帶吊起吊葉根處吊點，吊裝旋轉方向及安裝方式如圖9所示。

2#、3#葉片采用兩點抬吊，800 t主吊吊裝葉根處吊點，320 t履帶吊起吊葉尖處吊點，吊裝旋轉方向及安裝方式如圖10所示。

4.6 “鐵建風電01”葉片組裝工藝

“鐵建風電01”風電安裝船帶有1臺1 300 t繞樁式回轉起重機，另配備1臺320 t履帶吊。風機基礎位于安裝船主吊機側，葉片運輸船及定位駁定位于安裝船右舷。葉片裝船方位為葉根均朝向駕駛樓，葉輪支架位于右舷中間。1#葉片采用兩點抬吊，1 300 t主吊吊裝葉尖處吊點，320 t輔吊起吊葉根處吊點，吊裝旋轉方向及安裝方式如圖11所示。

2#、3#葉片采用兩點抬吊，1 300 t主吊吊裝葉尖處吊點，320 t輔吊起吊葉根處吊點，吊裝旋轉方向及安裝方式如圖12所示。

4.7 “鐵建鑫鵬”葉片組裝工藝

“鐵建鑫鵬”為坐底式風電安裝船，最大作業深度為36 m，船上配備1臺1 600 t履帶吊及1臺500 t履帶吊。風機基礎位于1 600 t履帶吊機側，葉片運輸船位于安裝船右舷，葉片裝船方位為葉根均朝向駕駛樓。運輸船系纜于“鐵建鑫鵬”，取消定位駁。1#葉片采用兩點抬吊，1 600 t主吊吊裝葉尖處吊點，500 t輔吊起吊葉根處吊點，吊裝旋轉方向及安裝方式如圖13所示。

4.8 葉輪吊裝

組裝完成的葉輪采用單點吊裝，但在葉輪翻身過程中，仍需要一主一輔2個吊點，主吊點位于輪轂上，輔吊點位于與主吊點相對的葉片上。2臺起重設備配合翻身，當風輪吊到一定高度后，逐步釋放葉尖吊車的載荷，使葉尖逐漸朝下，然后逐步將吊帶、保護套與葉片脫離。主吊車吊起風輪，使用牽引繩調節風輪圓周方向及仰角，通過導向柱的引導，使輪轂與發電機順利對接。

4.9 施工時效

海上葉輪整體吊裝施工中，葉片和風輪在風速＜8 m/s 時方可進行吊裝作業，單臺風機葉輪整體吊裝施工有效作業時間約25 h。單臺葉輪具體吊裝時效見表6。

5 質量驗收與安全措施

風機吊裝完成后，需要安裝廠家提供的作業指導書，待消缺自檢工作完成后報檢工程監理、業主及風機廠家，進行四方檢測驗收。

5.1 葉片與輪轂組裝質量驗收標準

（1）輪轂外觀無損傷，內部清潔無雜物，內部零部件完好，緊固件無松動；葉片外觀無破損掉漆現象。

（2）3個葉片的零位與變槳軸承或過度法蘭的零位必須對齊。

（3）葉片接地碳刷齊全，安裝合格；限位開關無缺損，零度指針按要求安裝，集油瓶無缺損。

（4）葉片的雙頭螺栓頭外露長度合格，與輪轂無干涉現象。

（5）輪轂散熱通風系統及連接軟管安裝正確。

（6）變槳軸承潤滑泵及齒圈潤滑泵完好，變槳電機接線處、各電器件無損壞；變槳齒圈按要求涂抹潤滑脂。

（7）輪轂頂蓋安裝到位，按要求涂抹密封膠，無漏水現象。

（8）輪轂與葉輪支架連接螺栓緊固力矩，葉片與輪轂連接采用拉伸器進行拉伸，額定拉力滿足廠家要求。

5.2 葉輪安裝質量驗收標準

（1）機艙罩與導流罩封密封環時按要求涂抹密封膠，安裝后無干涉現象。

（2）葉輪吊裝孔封板固定螺栓全部安裝到位，縫隙處涂抹密封膠，無漏水現象。

（3）再次檢查葉片接地碳刷齊全，安裝合格；限位開關無缺損，零度指針按要求安裝，集油瓶無缺損。

（4）葉片鎖已拆除。

（5）葉輪與機艙之間使用的螺栓、緊固力矩均滿足廠家指導要求，螺栓采用拉伸器進行拉伸，拉伸拉力滿足廠家要求。螺栓按要求刷防腐油漆，力矩標識清晰可見。

（6）避雷針接地線安裝規范，按要求打磨并噴冷鋅噴劑。

5.3 吊裝作業安全措施

（1）吊裝前應提前掌握吊裝期間的潮汛和天氣情況，平均風速大于8 m/s 時不得進行受風面積大的起吊作業；在大雪、大霧、雷雨等惡劣天氣或夜間照明視野不好的情況下，指揮人員看不清工作地點、操作人員看不清信號時，不得進行起重作業。

（2）安裝作業前對吊裝設備進行全面檢查，消除事故隱患。

（3）正確選擇設備吊點，捆綁牢固，并采取防滑措施。在鋼絲繩使用的棱角處應有防護措施，根據設備重量計算，保證鋼絲繩的安全系數符合要求。

（4）操作人員需經專業培訓并取證后方可單獨操作，需熟悉起重機各部分機構的構造及技術性能、設備操作規程及有關法令、安全運行要求、安全防護裝置的性能和指揮信號等內容。

（5）起重工作區域內無關人員不得停留和通過，吊物下方嚴禁任何人員通過和逗留。

（6）起重機在工作中的速度應均勻平穩，不得突然制動或沒有停穩時做反向動作。所有機構的啟動和制動（尤其是回轉）都應該平穩，減少重物晃動；回轉制動須平穩，禁止通過直接變換操作手柄方向的方式達到迅速停車的目的。

（7）吊裝、運輸過程中一切人員需服從指揮，不得隨意改變既定方案，如有改動須經技術負責人同意。

7 結語

本文探討大連莊河海上風電場址Ⅳ1項目中葉輪整體吊裝的施工技術，具體介紹同一場址內不同的5艘風電安裝船的輪轂支架擺放位置、葉片裝船方式、葉片組隊方式、海上船舶定位方式、基礎相對位置和主輔吊裝穿甲板方式，總結風機吊裝完成后的質量驗收標準，并針對安裝作業提出安全措施。經施工驗證，各安裝船定位可靠，葉片裝船布置合理，整個吊裝過程配合得當，可為類似工程提供參考。

8 參考文獻

［1］潘祺，李星群，徐立新.新型風電安裝船在中國海域的作業率研究［J］.中國造船，2021，62（1）：225-233.

［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.