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引言

為了解決我國日益嚴峻的能源危機,滿足國內日益增長的電力需求,海上風電以其得天獨厚的優勢一節能、環保、高效,在新能源領域順勢而生、蓬勃發展。海上風力發電機組(以下簡稱"風機"）作為海上風電的核心部分,其安裝質量、安裝進度對海上風電按期投產、穩定運行具有舉足輕重的作用,直接影響海上風電的開發成本。

1風機安裝特點

海上風力發電機組部件體積大、重量大,其安裝過程具有以下特點:(2）海上安裝環境復雜,我國江蘇至廣東沿海海域每年5月一9月為臺風高發季節,且經常伴隨突風、雷暴等天氣:浙江至廣東沿海海域每年20月至次年3月受東北季風氣候的影響,海上浪涌和風速明顯增大,海況惡劣,窗口期少。風機由于安裝窗口期受限,對安裝效率要求較高。(2）風機組成部件多,安裝精度要求較高。尤其是葉輪與機艙對接時,有嚴格的環境要求及精度要求。葉輪預組裝時間較長,高強螺栓力矩拉伸要求嚴格。(3）風機部件尺寸超長,安裝重心高,安裝過程需要具有足夠的起吊高度、起吊能力,且施工船舶需要有足夠的作業半徑,安全性要求高。(4）風機部件運輸多采用海運,海運過程受海況影響較大,運輸工期較難保證,可能造成施工船舶停工待料,影響整體工期,從而出現索賠等合同糾紛。

2風機安裝存在的主要風險

結合風機安裝特點,風機安裝可能存在以下主要風險:

(2）安全風險:風機安裝屬于大件吊裝作業,其安全風險較大。在風機安裝過程中可能出現吊帶或鋼繩斷裂,吊耳或工器具損壞、碰撞引起風機部件損壞的安全風險:吊機鋼絲繩多股斷裂、吊具破損或斷裂情況導致高空墜物甚至傷人的安全風險等。

(2）質量風險:風機安裝要求精度高,其質量風險較大。在安裝過程中可能存在塔筒螺栓力矩緊固不符合標準要求,影響風機整機安裝質量,嚴重時會使整臺風機出現倒塌傾斜事故的質量風險:海上鹽霧強、腐蝕快,螺栓防腐未做到位,存在較大的質量風險等。

(3）進度風險:包括臺風、雷暴等不可抗力的天氣因素制約風機安裝進度,延長項目整體安裝工期的風險:風機分體運輸,部件到貨不及時,工序未能有效銜接,延長安裝工期的風險等。

3風機分體安裝技術分析

3.1施工準備充分,確保安裝工作順利開展

3.2.2安裝方案的編制與審批

風機部件體積及重量較大,其中機艙重達200多t,葉片長度超70m,其安裝方案屬于危險性較大的施工方案,應由安裝單位技術負責人組織專業技術人員進行編制,并經過專家論證審批后方可實施。此外,還需要編制施工工序卡,詳細描述安裝質量控制要點、安裝風險分析及應對措施、安裝人員及工器具布置等,在安裝前完成安全、技術交底,使安裝人員掌握風機安裝工作流程及技術要點。

3.1.2風機基礎法蘭的安裝交接驗收

風機安裝前應進行風機基礎法蘭的安裝交接驗收工作,該工作應由工程監理、風機基礎施工方、風機安裝方、風機供貨商共同參與完成。交接時,主要對風機基礎環上法蘭表面進行驗收,校驗時應用水準儀按圓周方向均分8個點,所得基礎樁垂直度、法蘭圓度及平面度均需要滿足設計及規范要求。驗收中測量的數據及外觀情況應進行詳細記錄,各參與方在驗收單上簽字完成移交手續。如出現不符合項,應處理合格后再次驗收,直至滿足要求,方可進行風機安裝。

3.1.3風機部件、風機安裝所需工器具的檢查

風機安裝前,應由工程監理、風機供貨商、風機安裝方共同完成風機部件的檢查驗收工作,檢查設備表面質量、到貨清單等內容,避免因運輸不當等造成設備變形、設備損傷、塔筒泡水等,影響安裝質量和安裝工期。

風機安裝前,風機安裝方應組織起重負責人對風機安裝所必需的安裝工裝、吊索具、工器具進行檢查,清點檢查各工器具是否存在損傷和變形等情況:組織安裝負責人檢查潤滑油脂、密封膠等措施材料的有效性,嚴禁使用不合格產品:組織電氣安裝人員對各類電動工具和電源盤進行檢測。各類檢驗檢測完成后張貼合格標識,便于識別和使用。

3.2打破傳統,創新安裝流程,節約工期

根據風機安裝工效表（表1）及安裝流程圖（圖1）,可知單臺風機安裝需要約4個有效作業窗口期。傳統安裝流程中存在的主要問題是在葉片與輪轂的組拼過程中,葉片與輪轂螺栓連接需要超過10h的力矩拉伸,在此期間施工船吊機處于閑置狀態。針對此種情況,可以打破常規,合理調整供貨計劃和安裝工序,優先進行葉片與輪轂組拼,利用葉片力矩拉伸的時間吊裝塔筒和主機,有效避免吊機閑置,縮短單臺安裝工期至3個有效作業窗口期。

調整后的安裝流程如圖2所示。

3.3塔筒安裝技術控制要點

首節塔筒吊裝前,應進行試吊工作,確保吊裝工況滿足要求:需要對風機基礎法蘭用專用清洗劑清理法蘭表面灰塵和垃圾,再涂抹2圈硅酮密封膠。塔筒吊裝前應用專用清洗劑清理塔筒表面灰塵油污,檢查塔筒內電氣柜安裝螺栓是否松動,檢查內部照明燈、電纜夾等安裝是否牢靠。

塔筒起吊后,吊裝過程宜緩慢平穩,防止塔筒擺動過大造成塔筒內部電氣柜損傷。首節塔筒在即將落到既定位置時,先穿入3根螺栓進行定位再緩慢降落,對齊法蘭面后,擰入剩余螺栓、螺母、墊圈。塔筒連接螺栓緊固力矩應按要求分3次施加,緊固時對稱交叉進行,緊固后以終擰值進行校驗,校驗完成后做好螺栓防松標識。

塔筒吊裝過程中需要實時關注天氣變化,如遇到雷雨情況應采取有效的防雨措施,蓋好防雨帽并做好固定。

3.4主機安裝技術控制要點

主機吊裝前,應清理第4節塔筒法蘭面,清除銹跡毛刺,并在法蘭上表面內外側涂抹專用密封膠。主機應使用專用吊索具吊裝,吊裝前應進行試吊工作,確保吊具特別是吊帶的安全,調整偏航法蘭的角度方便與塔筒法蘭對接。

主機吊裝至1.5m高度左右,安裝人員需要用干凈的無紡布和專用清洗劑清理底部法蘭面的雜質和銹跡,然后將主機與塔筒連接的雙頭螺柱擰入螺栓孔。主機與塔筒對接時應緩慢移動吊機,直至所有螺栓穿入塔筒螺栓孔,螺栓力矩拉伸時將所有雙頭螺柱交叉、對稱先按終緊力矩的50%進行緊固,緊固后松吊鉤,再按終緊力矩先后兩次交叉、對稱緊固并做好防松標識。

3.5葉輪安裝技術控制要點

葉片吊裝采用雙機抬吊或吊梁起吊方式,吊裝過程可以通過纜風繩控制葉片方向及平衡。待葉片接近輪轂時,對好葉片與變獎軸承內圈的位置,繼續將葉片靠近輪轂,直至葉片安裝的螺栓離變獎軸承10mm左右時,操作變獎操作箱使變獎軸承內圈轉動,使變獎軸承內圈零位孔與葉片前緣零位標識對齊。葉片與輪轂零位對好后,啟動吊機緩慢將葉片靠近變獎軸承,使葉片螺栓及定位銷緩慢穿入變獎軸承螺栓孔,直至葉根法蘭變獎軸承安裝面貼合。螺栓力矩拉伸時交叉、對稱進行,先按規定預緊力的50%進行緊固,再按規定預緊力先后兩次交叉、對稱緊固并做好防松標識。

葉輪組裝好后,即可進行葉輪吊裝工作。起吊葉輪,掛在輪轂吊座上的圓形吊帶和掛在下方葉片的扁平吊帶同時上升,而下方的葉片上升速度慢于上方的2片葉片,整個過程需要保持葉片離開船甲板。同時,通過將纜風繩與船舶的地棱相連作為葉輪的纜風裝置,施工人員根據起吊時葉輪的擺動幅度松緊纜風繩控制葉輪擺動幅度,使其不因風向改變而出現晃動。葉輪吊裝至主機高度后,主機上的安裝人員通過對講機與主吊機保持聯系,指揮主吊機緩緩移動,使葉輪緩慢靠近主機,并使定位銷先穿入輪轂螺栓孔,再緩慢小幅度移動葉輪,直至所有雙頭螺柱均穿入輪轂螺栓孔且輪轂與齒輪箱止口完全貼合時,吊機停止移動,此時將兩個風輪定位銷插入齒輪箱與輪轂法蘭的孔內,用螺母鎖緊。

4結語

海上風力發電機組安裝是一項復雜的系統工程,影響海上風電開發成本和安全性。伴隨著大容量風電機組的開發與應用以及深海海上風電的開發與建設,風機安裝船舶逐漸緊俏,而海域環境變化多端,因此在日漸成熟的施工技術基礎上,針對海域特色、船舶特性、風機特點等不斷探索、創新施工技術,加快安裝進度是十分必要的,對于節約成本等堪稱一本萬利,對于我國未來新能源項目批復與開發具有重要意義。