风电工程风电吊装技术分析

风电工程风电吊装技术分析

廖勇

中国华电香港有限公司 北京市 10003

摘要：随着新能源发电技术的不断发展，风电工程的建设规模也实现了不断的扩大。而在风电工程的具体施工中，风电吊装技术是一项关键的技术内容。只有做好该技术的合理应用，才可以有效确保整体风电工程质量及其应用效果。基于此，本文便对风电工程中的风电吊装技术应用进行分析。希望通过本次的分析，可以为风电吊装技术的应用和风电工程的发展提供科学参考。

关键词：风电工程；风电吊装；吊装技术

引言：在当今，我国的社会经济与科学技术正在协同发展。而在此条件下，基于风能的新能源发电技术也开始得到了广泛应用。但是因为风电机组的体积比较大，吊装高度也比较高，加之吊装过程中存在很多的重点和难点内容，所以其吊装技术也相对比较复杂。因此，在具体的吊装施工中，施工单位一定要明确其吊装特征，并对目前的各种吊装技术方案进行深入研究，明确每一种方案的优缺点，然后根据实际情况，结合实际需求来合理选择吊装方案。如果现有的吊装技术方案无法满足实际施工需求，还需要对新型的吊装方案进行深入研究，并使其在具体施工中得以科学应用。这样才可以有效确保风电吊装效果，满足实际施工与应用需求。

1. 风电机结构及其吊装特征

1. 风电机结构

通常情况下，在直驱形式的风电机组中，主要的组成结构包括机舱、塔筒、叶轮和发电机等。其中，发电机是主要部件，在吊装中也是最重要的一个部件，它除了具有能量转化功能之外，也属于一个承重部件。在机组中，叶片的主要作用是吸收风能，通常情况下，叶片都需要采用特殊的材料来进行制作，其主要的形式包括两叶和三叶两种，具体工作中，风能可以为其提供动力，以此来达到转动发电效果。塔筒的作用是将整个发电机组举高到顶部，所以其本身也具有较大的高度，是施工中的重点和难点内容。同时，塔筒在整个机组中也属于一个主要的承重部件，它可以承受塔架、机舱以及叶轮的重力，同时也可以承受来自于叶轮振动所产生的荷载，以此来降低叶轮转动等情况对于机组的影响，确保整体机组的稳定性^[1]。

2. 风电机组吊装特征

风电工程是民生工程中的一种，也是环保工程的一种，该工程建设与应用的主要目的是通过清洁能源的合理利用来降低传统火力发电对环境的污染。风电机组的吊装施工性质比较特殊，首先，其吊装高度较大，通常情况下，其吊装和安装作业高度都会超过140m。其次，其施工现场的地理气候环境比较复杂，一般来讲，风电机组需要安装在大风天气比较频繁且风力较大的地区，所以在施工之前一定要对吊装方案进行科学制定，以此来确保施工质量与施工安全。再次，此类项目通常都是规模化的施工，上百台或更多的机组安装情况十分普遍，所以在具体吊装施工中，为确保施工效率和安全性，应选择移动施工。最后，因为风电机组中的设备比较大，一些道路无法满足其大规模的运输需求，所以在安装现场以及运输道路的选择方面也需要综合考虑，这样才可以实现整体吊装施工方案的合理制定。

二、风电机组吊装技术

就当今的风电工程项目建设施工来看，风电吊装施工技术的主要方案有三种，其一是大型履带式起重机和小型汽车起重机结合吊装；其二是大型汽车起重机和小型汽车起重机结合吊装；其三是大型轮胎式起重机和小型汽车起重机结合吊装。这三种方案所适应的吊装条件有所不同，每一种方案也具有独属于自身的优势。但是通过具体的吊装施工发现，在风电吊装过程中，这三种技术方案都具有一定程度的局限性，并不能有效满足当今风电工程发展中的风电吊装施工需求。以下是对这三种风电吊装技术方案所进行的具体分析：

（一）大型履带式起重机和小型汽车起重机结合吊装

因为大型履带形式的起重机起重能力非常强，工作效率非常高，且对施工场地也具有良好的适应性，尤其是其带载行走功能，更是能够让风机中的机舱和叶轮对接安装方面的实际需求得以良好满足。因此在传统的风电机组吊装过程中，作为一项首选设备，该设备在叶轮、塔架以及机舱等的这些大组件吊装中十分适用。再配合小型的汽车起重机进行其他小型设备的吊装，便可达到更好的施工效果。

如果施工场地与道路都比较宽敞，该设备便可发挥出充分的应用优势。但是如果道路比较狭窄，环境条件比较恶劣，该设备的应用效果就会受到很大程度的限制，在从一台风机吊装到另一台风机吊装的这个过程中，需要将履带起重机进行不断地拆卸与安装，这样的情况就会导致施工工期的延长和成本的增加。同时，此类起重机设备也并不具备足够的抗风能力，如果作业现场具有较大风力，就需要按规定暂停施工作业，这样就不能保障吊装作业的连贯性，进而对其施工效率和质量造成不利影响。另外，在对整个的风电场进行安装施工的过程中，因为转场比较频繁，所以在没有专用转场设备的情况下，就需要借助于履带来进行转场，这样不仅难以保障工作效率，也会对履带造成损坏，进而加大施工成本

^[2]。

（二）大型汽车起重机和小型汽车起重机结合吊装

在对风电设备进行安装的过程中，为便于叶片吊装，机舱吊装起重机的位置应同时满足机舱和叶片这两者的实际吊装要求。通常情况下，主力起重机中的吊臂应该与机舱法兰对准，这样便可确保叶轮准确吊装就位，避免起重机移动位置或偏航情况发生。因为大型汽车起重机的起重能力非常强，转移速度非常快，且机动灵活，所以在坚实平整的场地环境下，此类起重机便可实现自身应用优势的充分发挥。再与小型汽车起重机相配合，便可达到良好的风电机组吊装施工效果。

但是在具体的起吊过程中，大型汽车起重机的支脚一定要落地，所以该设备并不能负载行驶，进而使其在风电机组吊装中受到了较大束缚，加之此类起重机风载十分敏感，并不适合大风环境下的施工，所以在风电机组的吊装施工中，这种方案的应用概率比较低^[3]。

3. 大型轮胎式起重机和小型汽车起重机结合吊装

相比较大型汽车起重机而言，大型轮胎起重机具有更大的车轮间距，它不仅运行更加稳定，且对于路面也具有更好的适应性，可以让大型汽车起重机应用中的缺陷得到一定程度的克服。同时，因为此类起重机的转移速度非常快且机动灵活，所以在具体应用中，也可以有效弥补大型履带起重机无法灵活转场的缺陷。因此，如果施工场地或者是道路比较宅，通过大型轮胎式起重机的应用，便可有效满足实际的吊装施工需求，再将其与小型的汽车起重机相配合，便可达到更好的施工效果。因此，该方案也成为了当今风电吊装施工中的最佳方案。具体应用中，出于对此类起重机自身特征的考虑，在对1.5MW主流风电机组进行安装的过程中，大多会将超过5000KN的大型轮胎起重机用作主力起重机，将500KN左右的小型汽车起重机用来加以辅助。

虽然大型轮胎起重机的应用可有效解决大型履带起重机以及大型汽车起重机的应用弊端，但是因为此类起重机依然只有在支脚落地的情况下才可以负载，也不能带载行驶，所以在叶轮方位特殊、安装高度较大和施工环境恶劣等的情况下，此类起重机依然具有很大的局限性^[4]。另外，因为此类起重机也属于高大臂架形式的起重机，对风载比较敏感，所以在具体的风电吊装施工中，如果将其作为主力起重机，施工效率和质量也将受到一定程度的不利影响。

三、基于风电主机的新型吊装技术

通过上述分析可知，在风电吊装施工中，现有的吊装技术方案都存在一定程度的缺陷。基于此，为有效确保吊装施工的质量与安全，并实现施工时间与成本的良好控制，就需要对新的吊装技术进行应用。通过相应的应用研究发现，基于风电主机的新型吊装技术具有非常好的应用优势，且在风电吊装中具有良好的适应性。因此，在当今的风电工程施工过程中，这种新型的风电吊装方案也开始得到了越来越广泛的应用。以下就是对这种新型吊装施工方案所进行的分析：

1. 技术原理

该技术的主要原理是借助于专用设备所具有的自升降机构来带动设备，使其沿着风机塔筒上升到主机下方的设计高度，然后借助于连接装置做好设备、风机主机以及塔筒这三者的固定。将可变幅形式的门架覆盖范围作为依托，借助于起升机构将风机中的大部件装卸。在完成了装卸之后，设备会借助于自升降机构来实现本体的拆卸与降落。

2. 技术方案

在这种新型吊装技术的应用中，其方案是将风机主机作为基础，对主机与塔筒所具有的结构特征加以充分利用，然后借助于专用的新型设备来完成主机吊装。在该吊装方案中，主要的设备组成包括含有吊具的起重机构、门架结构、自升降机构、变幅机构、底架结构、抱紧装置、导向机构、防护装置、引进装置、电气机构、电控机构以及液压系统等。下图是基于风电主机的新型吊装设备整体结构示意图：

图1-基于风电主机的新型吊装设备整体结构示意图

其中，A代表舱内发电机；B代表机舱；C代表塔筒。D代表轮毅叶片；1代表起升机构；2代表门架；3代表连接装置；4代表自升降系统；5代表液压系统；6代表控制系统；7代表定位系统；8代表基础价；9代表变幅系统。

在这些组成部分中，自升降机构仅仅用来进行设备升降；起升机构的主要作用是对发电机等的这些风电机组中的主要零部件进行吊运，并完成其安装和拆卸等的各项垂直作业；变幅机构的主要作用是在吊装过程中对零件具体的安装位置进行水平调整^[5]。

3. 技术优势

通过这种新型吊风电吊装技术方案的应用，让传统形式的吊装方案应用缺点与弊端都得到了有效克服。通过实践与研究发现，这种基于风主机形式的吊装技术方案主要优点包括以下的几个方面：第一，这种方案所应用的是无塔身结构，借助于风机主机所具备的高度，实现设备和机组主机的有效连接。相比较地面上应用的起重机而言，该方案在起升高度方面并不会受到限制。第二，该方案应用的是门架形式的臂架以及油缸形式的变幅机构，可对风电机组吊装维护范围中的全部零件进行吊装和维护。第三，该方案可通过自身装置自行实现设备自身的起升、下降以及拆装。第四，该方案中的设备为模块化设计形式，具有更加简单的结构，拆装和运输都更加方便，且具有更强的转场适应性。第六，如果施工现场周边的环境条件不佳，该方案的实施效果也不会受到过大的不利影响，同时也并不会对环境造成破坏。第六，该方案中所应用的设备价格更加低廉，大约是同等功能大型起重设备价格的十分之一左右，甚至会更低。

4. 风电机组吊装中的质量控制要点分析

在对风电机组进行吊装施工的过程中，为实现其施工质量的良好保障，施工单位一定要做好各项施工要点的控制，包括作业流程与相应说明的严格遵守、塔筒吊装技术要点控制、机舱组件吊装技术要点控制、发电机组和叶轮吊装要点控制等。以下是具体的质量控制要点分析：

1. 严格按照作业流程和相应的说明进行吊装

在风电机组的吊装施工中，要想有效确保其吊装质量，施工单位一定要严格按照其作业流程与相应的说明来进行吊装。通常情况下，由于风电机组类型不同，其吊装设备也会有所不同，比如，双馈异步形式的风电机组就需要对三大部件进行吊装，包括叶轮、机舱以及塔筒；而直驱同步形式的风电机组则需要对四大部件进行吊装，包括叶轮、发电机、机舱和塔筒。在具体的吊装过程中，施工单位不仅需要对叶轮吊装进行可操作性的考虑，同时也需要对UI发电机或机舱吊装中的主吊机械站位加以综合考虑，并使其满足叶轮实际的吊装需求。通常情况下，主吊机械中的起重臂需要和发电机或者是机舱与轮毅之间的连接法兰对准，这样才可以为叶轮吊装提供足够便利，且吊装过程中不需要对主吊机械进行移动，也不需要借助于偏航的方式来进行机舱方向的调整。按照风电机组吊装施工中的主要特征，其作业流程应包括以下的几个方面：第一是做好吊装准备；第二是做好支架安装；第三是做好电抗器以及电控柜设置；第四是做好第I段塔架吊装；第五是做好第II段塔架吊装；第六是做好第III段塔架吊装；第六是做好机舱吊装；第七是做好发电机吊装；第八是做好叶轮吊装。

2. 做好塔筒吊装技术要点控制

在通过塔吊进行风电机组的吊装过程中，应通过双机台吊的方法来进行塔筒吊装，也就是通过两台吊车相配合的方式来吊装塔筒，用主吊机吊装塔筒直径较小的一端，用副吊机吊装塔筒直径较大的一端，在塔筒被吊离地面之后，需要在塔筒底部进行辅助吊车的设置，以此来实现其底端与地面之间距离的合理调整，防止塔筒底部因接触到地面而发生变相。然后将塔筒在空中旋转90°，使其保持垂直。最后再通过合理的平移和起吊来做好塔筒对接就位。在完成了塔筒吊装作业之后，一定要及时将高强度螺栓穿上，再借助于专用的电动扳手将塔筒和基础间的高强度螺栓做紧固处理。通过这样的方式，才可以有效确保塔筒稳定性，实现塔筒吊装施工质量的良好保障。

3. 做好机舱组件吊装技术要点控制

在机舱组件的吊装施工中，施工单位需结合风电机组的具体机型来进行机舱吊点的合理布置，并将与之配套的专用吊具挂好。在此过程中，为方便施工人员在地面上对机舱具体的起升方位进行控制，防止机舱在起升中因旋转而磕碰到塔筒或主吊机械，导向风绳的长度不可超过机舱高度的两倍。另外，吊装中需要将残留在螺孔中的泥沙、尘土、残渣和铸铁等的杂物清理干净，这样才可以有效确保机舱组件的吊装质量，满足风电机组吊装施工中的实际施工质量要求。

4. 做好发电机组和叶轮吊装要点控制

在风电机组的吊装施工中，发电机组吊装是一项施工重点，所以施工单位一定要对其吊装要点加以良好控制。具体吊装中，首先需要借助于主吊机械来进行专用的发电机吊具组装，在做好吊具整合后，将其吊在发电机上方，并做好高强度螺栓和其他施工器具的准备。然后将两根导向风绳分别设置在发电机两边吊耳上，并清理好法兰面。接下来需要对手拉葫芦进行合理调整，让轴和水平线之间成3°角上扬。在完成了上述准备工作之后，便可开展吊装作业，在将发电机吊装到指定位置之后，再将其对接固定到机舱上。在主吊机械摘钩的过程中，作业人员一定要将安全带系好并使其固定，然后才可以进行摘钩操作。在叶轮机吊装过程中，最关键的一步是严格按照叶片上的中心标识来进行吊点位置的准确确定，这样才可以有效确保叶轮机吊装施工质量。

结束语：

综上所述，随着风电工程建设项目的不断增加，传统形式的风电吊装技术也开始越来越难以满足其实际施工需求。如果继续应用传统的技术方案进行吊装，不仅难以确保施工质量与安全，同时也会对施工周期以及施工成本造成不利影响。因此，基于风机主机的风电吊装技术开始投入了应用和研究。随着该技术方案的应用，不仅让传统吊装技术方案的环境依赖性高、施工周期长、安全等级低和施工成本高等的诸多问题得以有效解决，同时也让风电吊装施工变得更加简单便捷。这对于风电工程施工效果的保障和风电行业的良好发展都将有着非常深远的影响意义。

参考文献：

[1]李红峰,沈星星,葛中原,方晶,陈金龙,胡海红.8 MW海上风电机组的施工和安装技术介绍[J].太阳能,2021(07):80-88.

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[3]李俊铖,刘少华.维斯塔斯超高柔性塔筒风电吊装施工[J].中国电力企业管理,2021(09):84-85.

[4]王波.国产首台8 MW海上风电机组在福清兴化湾风场成功完成吊装[J].能源研究与信息,2020,02):116.

[5]韩丽丽,李瑞.风电机组起重机用大柔度桁架伸缩臂[J].工程机械,2019(11):15-18.

作者简介：廖勇 性别：男 出生年月：1978年9月 籍贯：湖北省黄冈市 民族：汉 现有职称：工程师 现有方向：电力项目开发