风机拆卸技术措施

于达,弓化宇,郭子阳

中车株洲电力机车研究所有限公司  湖南株洲 412000

摘要：2020年9月，我国宣布在2035年之前，逐渐实现碳达峰的目标，并且在2060年之前实现碳中和。为了实现这一目的，不仅要实现产业升级，减少因发展带来的污染，同时还要大力发展清洁能源，风能、水能、太阳能等。风力发电是主要依靠自然界的风，推动装置的扇叶旋转，从而产生机械能，通过发电装置，将机械能转化为电能。我国风能资源开发利用较早，但早期主要是以分散、小规模试验和示范形式为主，规模化风力发电场建设始于20世纪90年代。当初设计的时候，风力发电的概念和技术还不成熟，单机容量较小（当前国内风力发电主力机型1.3MW）。并且这些装置通常已经运行了十多年，甚至数十年，设备早已经老旧，性能已经跟不上时代，但是确占据了早期优良的风电资源。因此，算上拆除重建的成本，重新设计规划更有经济性（目前国内新建项目风力发电主力机型6.75MW）。因此，风机的“上大拆小”将是未来的发展方向。本文主要通过介绍风机叶轮、主机、塔筒拆卸工艺、技术措施，提高施工效率、保障安全可靠，为后续类似工程提供借鉴。

关键词：风机；叶轮；机舱；塔架；拆卸；技术措施

一 、前言

随着国内风电行业的高速发展，风力发电机组运行期间的大型检修不可避免，其中不乏需要整体拆卸风机的情况。内蒙古乌兰察布市风电项目因检修需要进行风机维修，工作内容为将风机叶轮、机舱及塔筒、筒内电气拆除，其中最重部件为风机机舱,净重量为104t，最长件为风电机叶片，长度为 78m,叶轮总成净重量为93t，最大风机塔架净重量68t，风机轮毂的中心标高为95m。

二、拆装机具选择

根据现场场地情况，采用650t履带为主车、110t汽车吊和50t汽车吊为副吊，进行风机设备的拆除，现场配备200KV柴油发电机及稳压器用于叶轮偏航变桨。

三 、风机拆除过程技术措施

拆除前准备--叶轮拆卸--机舱拆除--塔架拆除

1、拆除前准备：

机组连接电缆拆除：电缆从马鞍桥中间接头处断开，马鞍桥以上电缆全部暂放于机舱内，马鞍桥以下电缆全部暂放于底段塔筒顶平台，并对电缆头处和整个电缆进行防水、防潮保护措施。

2、叶轮拆卸：

（1）叶轮拆卸前准备工作：

• 组装90°轮毂支撑和轮毂支架。将轮毂支撑放置平台上，铺垫在路基板上方。
• 连接轮毂支撑，本项目采用外吊点的台车，所需的螺栓为100长，紧固力矩：500N.m。
• 机组偏航，将机组偏航至正对主风向。

（2）叶轮拆卸工作：

• 溜尾叶片变桨至-90°，其余两支叶片变桨至90°，锁定叶轮。
• 为向上的两只叶片安装叶尖护套及缆风绳。主吊出杆长度都超过叶片吊点位置大约8~10米，将风绳的一端及吊带两根装进吊笼，地面工作人员挂好安全带跟随吊笼由主吊起吊至水平位置叶片高度，靠近叶根部位，起重指挥人员指挥主吊，同时工作人员跟随吊笼分别把吊带一端固定在向上叶片根部上方靠近机舱部位，再将风绳一端系在吊带上，主吊起吊着吊篮降低至叶根下方，工作人员用事先准备好的铁钩将悬在半空的吊带一端钩回吊车一侧，随着吊车起钩将吊带一端提升至叶根上方机舱位置固定好，同理固定另外一只叶片。主吊再次起钩至机舱顶部，由配备好安全带的人员由机舱内出来将吊带挂在主吊的吊钩上，完成叶根部位吊带的捆绑；为向上两只叶片安装叶片锁定销，为溜尾叶片安装叶尖护带及缆风绳。安装溜尾吊具，              在辅吊起吊的叶片叶尖标记处安装护具、吊具。
• 拆卸叶轮与机舱连接螺栓，主吊提升力应等于叶轮和吊具重量总和。进入叶轮拆卸连接螺栓，工作人员须系安全绳索，固定在合适牢靠位置。拆卸轮毂与转子连接螺栓时，建议全部打松后再按照十字对角方式拆卸，防止在拆卸最后几颗螺栓时出现螺栓卡滞造成螺栓孔损坏。确保滑环及拨叉处于拆卸状态，并妥善存放于机舱内。
• 拆卸叶轮。地面人员拉揽风绳配合吊车水平提升叶轮退出。防止叶轮与机舱脱离后在空中失控出现叶片与塔筒碰撞等事故。主吊、辅吊和地面拉拽叶片揽风绳索人员，一起配合平稳缓慢的将整个叶轮翻身，主吊吊钩缓缓下降，辅吊慢慢吃力，直至叶片呈水平状态。
• 连接叶轮支撑，叶轮摆放至地面准备好的轮毂支架上，并使用螺栓连接。叶片变桨为水平，拆除叶片锁定销。分别对每只叶片进行变桨，使叶片变桨为水平状态。
• 叶轮防护：对每只叶片进行支撑或牵引等保护措施，防止吊车摘钩后突然起风造成叶轮摇晃倾翻等事故发生。

3、机舱拆除

（1）机舱拆卸前准备工作：

• 安装揽风绳，在机舱前后安装3根φ20×300m揽风绳。
• 安装机舱吊具。理顺吊带，确保各部件受力平稳，螺栓紧固力矩紧固。

（2）机舱拆卸工作：

• 机舱拆卸：主吊缓慢提升，当提升力约45t并保持提升力。拆卸机舱与塔筒之间的连接螺栓。拆卸掉的螺栓要涂红色标示。起吊机舱至机舱台车位置。将机舱放置在支架上，使用螺栓连接机舱与支架。
• 拆卸机舱吊具：缓慢拆卸吊具，防止吊梁磕碰机舱。将拆除的吊具统一存放并做好防护。

4、 塔架的拆除

（1）塔架拆卸前准备工作：

• 主吊车提升吊具到相应的安装位置。
• 安装塔筒上法兰吊具。根据现场塔架法兰分度圆尺寸，调节上吊座梁体长度尺寸。
• 吊具螺栓涂抹固体润滑膏。

（2）塔架拆卸工作：

• 主吊缓慢提升，当提升力约等于塔筒重量（实际提升力按实际塔筒重量调整）时停止提升并保持提升力。
• 拆卸两段塔筒间连接螺栓，拆卸掉的螺栓要涂红色标示。
•  安装下法兰吊具，将塔筒降落至离地面约1m处停止，安装辅吊翻身吊具。主吊辅吊配合将塔筒翻身至水平状态。
• 主吊、辅吊缓慢落钩，塔筒置于机位存放处。

四、叶轮拆卸，吊装作业负载计算

叶轮拆卸是风机拆卸安全风险最大、难度最大的关键，因此在吊装前需进行叶轮翻转、吊装作业负载计算。

（1）起吊高度及安全距离

按照徐工650t-11000tm履带吊超起工况为：工作半径19m，主臂108m+12m副臂，主副臂夹角15°，车身压重65t，转台平衡重200t，额定起重量143t。

在起吊过程中，为防止风电机组各部件在吊装过程中发生撞臂现象，吊装部件到吊臂的安全距离应大于0.5m；吊臂截面形状为矩形，长3.75m，宽3.10m（估算）；考虑到吊装部件到吊臂的安全距离应大于0.5m，叶轮吊装示意图见下：

叶轮吊装过程中，轮毂尺寸为Φ4.65m，高4.01；由于轮毂不是规则体，以体积最大化计算时，轮毂近似看做圆柱体，直径为4.65m，高度4.01，横放；当叶轮到达轮毂中心高度时，吊臂截面尺寸为：长3.75m，宽3.10m；轮毂距离吊臂最小距离为：6.16-（3.10÷2）=4.61m＞0.5m，满足要求。

（2）叶轮翻转、吊装荷载计算：

双机抬吊计算公式：Q1=k1*k2*Q*L2/(L1+L2)、Q2=k1*k2*Q*L1/(L1+L2)

Qj——起重机的计算载荷；

Q——分配到一台起重机上的吊装载荷（吊物、吊钩、索具、专用工具等合计总载荷Q总，再根据力与力矩的关系进行各吊车载荷分配计算。通常理想状态下规则吊物的双机抬吊时的每台吊车载荷的计算可以简化为Q=Q总/2，其他状况每台吊车载荷为Q1=k1*k2*Q*L2/(L1+L2)、Q2=k1*k2*Q*L1/(L1+L2)）；

k1——动载荷系数，取值1.1；k2——不均衡载荷系数，取值在1.2；

L1——主吊距轮毂中心距离为2m；L2——辅吊距轮毂中心距离为34；

650t-11000tm履带吊工况为：工作半径19m，主臂108m+12m副臂，主副臂夹角15°，车身压重65t，转台平衡重200t，额定起重量143t。

110t汽车吊：最小工作半径4.5m，出杆23.2m，额定起重量为80t；

Q叶轮=94.2t；Q吊带+Q钢丝绳=3t（根据安装手册查得，叶轮使用吊带吊装；钢丝绳为0.003t/m）；

Q主吊吊钩=9t；Q辅吊吊钩+钢丝绳=1t；计算：

翻转作业双机抬吊；

Q总1=Q叶轮+Q吊带+Q钢丝绳+Q主吊吊钩=106.2t；

Q总2=Q叶轮+Q吊带+Q钢丝绳+Q辅吊吊钩=98.2t；

对于110t汽车吊：

Qj=Q2=k1*k2*Q总2*L1/(L1+L2)=1.1×1.2×98.2×2/（2+34）=7.20t；

Qj﹤110t汽车吊的额定起重量80t，满足要求；

对于650t履带吊：

Qj=Q1=k1*k2*Q总1*L1/(L1+L2)=1.1×1.2×106.2×34/（2+34）=132.4t；

Qj﹤650t履带吊的额定起重量143t，满足要求；

叶轮单机起吊：

Qj=k1*Q=1.1×（90+9+3）=102；

Qj﹤650t履带吊的额定起重量143t，满足要求；

综合上述计算说明，本机型吊装作业理论上可行。

五 、结语

风机的拆装检修工作属于危险性较大的工作，需要组织专家论证，并且严格执行主机厂家的操作要求。天气情况是风机拆卸的关键因素，需要提前根据风况条件进行施工组织和安排。本文主要通过介绍风机叶轮、主机、塔筒拆卸工艺、技术措施，提高施工效率、保障安全可靠，为后续类似工程提供借鉴。