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试论如何有效的推进新型维修专用吊机的应用

2020-03-13 217 上传者：管理员

摘要：文章基于风力发电机组维修吊装的工况特点，对常规起重机在风电机组维修吊装中存在的局限性进行了分析和研究，并介绍了两种新型专用维修吊机，更是全面的指出了当前专用维修吊机应用中存在的适应性较差，对风电机组造成额外载荷等关键问题，并提出解决方案，以期为风力发电机组的维修提供相关参考意见。

关键词：
专用吊机
维修
质保期
风力发电机组
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我国风力发电产业大规模发展已有十几年，随着时间的推移，风力发电机组的维护已经成为确保风电场正常运行的关键。目前，国内风力发电机组装机已突破1亿kW，2020年，将突破2亿kW。如此巨大的装机容量将使风电机组运维市场成为新能源装备制造业新的增长点。国内风力发电产业高速发展，已有大批风电机组出了质保期，风力发电机组的叶片、齿轮箱、发电机和轴承等关键零部件出现问题的几率越来越高。

1、风力发电机组大部件维修吊装的工况特点

风力发电机组一般安装在高山、戈壁、山口、海边等周围无遮挡物、风能较大的地方，齿轮箱、发电机等部件安装在机组塔筒上狭小的机舱内，距离地面几十米甚至上百米高。常年经受酷暑、严寒和极端温差的影响，机组运行时常伴有振动，因此其故障率较高，齿轮箱故障率更是占到风电机组故障率的15%~20%。每次机组更换大部件均需使用大型起重设备，维修费用较高，同时由于大部分风电场位置偏僻、交通复杂，大型起重设备进场困难，导致维修时间较长，影响了机组的利用率及发电量。

山地丘陵往往没有道路，要开发利用这些地方的风能资源，就必须开辟运输道路，考虑山区各种复杂的因素，受地形的限制，山地风电场的道路坡度通常在14%以上，局部达到20%~30%。由于风电场的道路多为盘山建设的临时道路，后期缺少维护，造成风力发电机组维修时，道路条件会更加恶劣。为满足大型起重设备进场，可能需要重新修补道路，维修成本会大幅增加。

2、风力发电机组大部件维修用常规起重机

以轮毂中心线高度85m的某2MW风力发电机组为例，齿轮箱质量约20t，要满足该齿轮箱的吊装需采用起重能力为600t以上全地面起重机或400t以上履带式起重机。

履带式起重机的起重能力强，但长距离运输需要拆解，且某些部件属于质量或尺寸超限运输。常用的400t履带式起重机一般需要20多辆运输车，进出场费用非常高，并且安装和拆卸均需要3-5天的时间，时间成本也较高。对于单台或数台的风力发电机组维修吊装，履带式起重机并不经济。

全地面起重机能够远距离自行驶，转场运输方便，吊装准备时间短。因此，风力发电机组大部件维保一般选用全地面起重机。但全地面起重机自身结构复杂，制造成本高；租赁台班费用也高；自重大，自行驶对道路的要求较高；主臂受运输尺寸限制，抗风能力较履带式起重机弱。在风电场特殊环境下，全地面起重机的使用需更加谨慎。

3、风力发电机组大部件维修专用吊机

针对风力发电机组大部件维修吊装的工况特点和常规起重机存在的局限性，市场上出现了新型风力发电机组维修专用吊机，新型专用吊机可被安装于吊装点附近，起重臂很短，同样起重能力下，与常规起重机相比，新型专用吊机非常小巧。

3.1 塔筒固定式维修专用吊机

塔筒固定式维修专用吊机如图1所示，主要由抱塔装置1、变幅液压缸2、装置平台3和辅助提升装置(置于机舱内)等主要部件组成。

图1 塔筒固定式维修专用吊机

塔筒固定式维修专用吊机的工作过程：吊机随运输车到达需要维修的风力发电机组下，利用运输车上的随车起重机将专用吊机各部件吊装就位，固定连接件、整机地面组装完成。利用风力发电机组内自带的电动葫芦将辅助装置提升到机舱内进行安装。辅助装置安装完成后，将牵引绳置于辅助装置上的滑轮槽内，牵引绳一端绳头与地面机组提升卷扬机上的钢丝绳连接后，拉动另一端图2抱塔装置打开机组爬升到工作高度后，抱塔装置上的导向轮液压缸先动作，收回导向轮，然后抱塔液压缸动作，抱塔装置环形抱住塔筒(见图4)。然后预紧力液压缸动作，抱塔装置紧紧地抱住塔筒，机械保护装置挂钩挂住销轴。提升卷图4抱塔装置工作牵引绳头完成钢丝绳穿绳。穿绳完成后，钢丝绳绳头固定在地面机组上。爬升前，抱塔液压缸动作将抱塔装置打开(见图2)，导向轮液压缸动作伸出导向轮(见图3)。提升卷扬机转动，导向轮贴着塔筒，机组向上爬升。

图2 抱塔装置打开

图3 导向轮工作

机组爬升到工作高度后，抱塔装置上的导向轮液压缸先动作，收回导向轮，然后抱塔液压缸动作，抱塔装置环形抱住塔筒(见图4)。然后预紧力液压缸动作，抱塔装置紧紧地抱住塔筒，机械保护装置挂钩挂住销轴。提升卷图4抱塔装置工作牵引绳头完成钢丝绳穿绳。穿绳完成后，钢丝绳绳头固定在地面机组上。爬升前，抱塔液压缸动作将抱塔装置打开(见图2)，导向轮液压缸动作伸出导向轮(见图3)。提升卷扬机转动，导向轮贴着塔筒，机组向上爬升。图3导向轮工作扬机稍微反转，使提升钢丝绳不再受力。至此，完成吊载前抱塔工作。抱塔工作完成后，通过变幅液压缸伸缩，实现门架变幅(见图5)。

图4 抱塔装置工作

图5 门架变幅

到达指定变幅角度后，门架停止变幅，提升升卷扬机动作，实现机舱内大部件的吊装起升，通过门架的变幅动作，将重物移至机舱外侧，提升卷扬机下放，将重物落至地面，实现吊装过程。

3.2 机舱安装式维修专用吊机

机舱安装式维修专用吊机如图6所示，主要由辅助小吊机、底盘固定装置、滑轮导向装置、变幅液压缸、回转装置、起升装置、主副臂等主要部件组成。

图6 机舱安装式维修专用吊机

机舱安装式维修专用吊机的工作过程：吊机由运输车运至待维修风力发电机组下，利用风力发电机组机舱内的电动葫芦将辅助小吊机吊至机舱内安装就位(见图7)；然后由辅助小吊机进行维修吊机的底盘固定装置及滑轮导向装置的吊装(见图8)；为避免提升过程中维修吊图7辅助小吊机安装2。r批I一7(b)主视图机与塔筒机舱的碰撞，将运输车开至距塔筒60m处(见图9)，进行地面提升卷扬到机舱上部滑轮导向装置之间的穿绳工作，然后启动地面提升卷扬，将维修吊机吊装至机舱处固定位置进行安装就位(见图10、图11、图12)。

图7 辅助小吊机安装

图8 底盘固定装置安装

图9 运输车与塔筒距离

图10 维修吊机开始起升

图11 维修吊机的起升

图12 维修吊机就位

维修吊机通过回转机构和液压缸变幅机构动作，将吊钩调整至维修部件上方，启动提升机构进行部件的吊4风力发电机组维修专用吊机的应用分析装(见图13、图14)。

图13 维修吊机吊装

图14 维修吊机回转

4、风力发电机组维修专用吊机的应用分析

随着风力发电机组塔筒高度的持续增加，机组大部件维修吊装所需的全地面起重机将越来越大，维修成本也越来越高。为寻求更加经济的解决方案，各种维修专用吊机应运而生，这些专用维修吊机依附于已有风力发电机组安装，不受塔筒高度限制，整机小巧质量轻，运输方便，经济性好，但目前在实际风力发电机组维修吊装中并未得到大范围推广。

塔筒固定式维修专用吊机由导向轮沿塔筒攀爬，并最终固定于塔筒顶端。在攀爬过程中可能对塔筒表面油漆造成破坏，给塔筒的防腐带来新的问题。此外，在吊装过程中，反作用力施加于塔筒顶端，给塔筒增加了额外载荷。针对该专用吊机存在的问题，需对攀爬导向轮材料进行改进，减少对塔简表面的损伤。专用吊机生产企业要加强与风力发电机组主机厂的深入合作，由主机厂校核塔筒顶端连接部位的受力状况，必要时采取一定的加强措施，以促进该新型吊机的安全应用。

机舱安装式维修专用吊机安装过程不与塔筒接触，避免了对塔筒表面的破坏。吊机安装于机舱内机座处，受力简单明确。但不同类型风力发电机组机座构造不同，整机安装过程较复杂，制造和使用成本较塔筒固定式吊机高。该专用吊机生产企业需要根据各主机厂机舱内机座的构造及位置设计相应的连接件，并将吊机使用载荷反馈给主机厂进行机座局部和整体核算，以确保维修专用吊机的使用安全性。

5、结束语

基于以上分析可知，无论是塔简固定式还是机舱安装式维修专用吊机均需要有与风力发电机组可靠的连接，通过连接将吊装载荷传递到风力发电机组结构，这就使机组结构增加了额外的载荷，对于该载荷的承受能力，需要风力发电机组主机厂核算确定。因此，只有专用吊机厂和风力发电机组主机厂密切配合、不断改进，才能有效推进新型维修专用吊机的应用，最终达到大幅降低风电机组维修吊装成本的目的。

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