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既有在役风力发电机保护性拆除的施工技术

2024-10-17 164 上传者：管理员

摘要：本文以山东蓬莱徐家集风电场项目为例，利用起重机械对既有在役风力发电机的主电缆、机舱、叶轮、塔筒、箱变等主要部件进行保护性拆除，对风力发电机部件拆卸的施工难点、起重吊点的计算、起重机械的配合、风力发电机部件成品保护、质量保证措施等进行了详细介绍，为国内同类型工程的施工提供了可行的技术实践。

关键词：
保护性拆除
施工技术
既有在役
电场并网
风力发电机
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1、工程概况

山东蓬莱徐家集风电场并网运行后，部分风机因机位风资源不足，达不到设计预测发电量，建设单位决定对风机进行保护性拆除，风机部件移位重新安装。需拆除移位的风机机型为Vestas-V90,2000k W，每台风力发电机包含底段、中段、顶段三节塔筒、叶片、轮毂、机舱、电气控制柜等主要部件，风机部件技术参数见表1，其中机舱重68t，是风机最重部件。

表1单台风电机组部件技术参数（Vestas-90)

2、施工工艺流程

风机拆除采用与风机安装相反的施工工艺，利用起重机械、工机具对风力发电机的塔筒、叶轮、机舱及其附属部件逐一进行拆除，但因风机拆除后需移位重新安装，要求所有风机部件需完好无损。需拆除的风机已在野外运行一段时间，存在不同程度的锈蚀、连接件老化等问题。相较风机安装，风机的拆除施工难度更大，尤其是拆除过程中的施工质量和安全管理。风力发电机保护性拆除施工工艺流程见图1。

图1风力发电机拆除工艺流程图

3、起重极限工况及安全系数分析

3.1起重量计算

3.1.1塔筒吊装计算

采用2台7 0 t汽车吊双机抬吊装车，其计算方式为：（Q主+Q副）K≥Q1+Q2。式中：Q1—最重塔筒段重量；Q2—吊钩、吊具重量。起重机理论工况：（70+70）×0.8=112t；实际起吊工况：60.5+0.8+0.6×2=62.5t。因此，用2台70t汽车吊双机抬吊进行塔筒装车转运，起重工况满足要求。

采用1台650t履带吊与1台80t履带吊配合抬吊拆卸、转运塔筒。按照风机最大起吊高度、最大起重量及主臂回转半径对照650t履带吊、80t履带吊性能表可知，650t履带吊、80t履带吊在该工况的最大起重量为148t、50t。

起重机理论工况：（148+50）×0.8=158.4t；实际起吊工况：60.5+0.8+0.6×2=62.5t。由此可知，用1台650t履带吊与1台80t履带吊配合抬吊拆卸、转运，可进行塔筒的随拆随运。

3.1.2机舱吊装计算

根据风机部件技术参数，机舱重68t，为最重部件，按起重量最不利情况计算，其他部件验算省略。采用1台650t履带吊拆除机舱，风机最大起吊高度、最大起重量及主臂回转半径对照650t履带吊性能表可知，650t履带吊在该工况的最大起重量为148t。计算式：Q≥Q1+Q2，式中：Q1—机舱重量；Q2—吊具、吊钩重量。起重机理论工况：148t；实际起吊工况：68+2+5=75t。因此，采用1台650t履带吊拆除机舱，起重工况满足要求。

3.2起重高度计算

起重高度示意图见图2，计算式为：H≥h1+h2+h3+h4，式中：h1—安装支座表面高度；h2—安装间隙取0.5m;h3—绑扎点至构件吊起后底面的距离；h4—吊钩高度。

图2起重高度示意图

仅验算机舱拆除，实际起吊工况：h1+h2+h3+h4=(0.615+19.21+26.005+29.085)+0.5+(4.16+4.5)+13=97.075m；起重机理论工况：

式中：l—吊车臂杆长度，102m,a—吊车臂杆铰支距地面高度，3.035m,b—吊车工作半径，20m,c—吊车中心距臂杆铰支距离，1.8m。计算可知，采用1台650t履带吊吊装机舱，吊装高度满足要求。

3.3碰杆校核

吊车臂杆与滑轮组夹角：d=arcsinα=arcsin85°=10.278。

机舱顶部至臂杆顶部距离Hd=Hs-h1-h2-h3-h4=20.7；离臂杆距离e=Hd×tgd=20.74×tg10.278=3.76。

机舱碰杆校核。e﹥d/2,d—机舱的宽度。起重机理论工况：离臂杆距离e=3.76m；实际起吊工况：离臂杆距离3.3/2=1.65m。因此，采用1台650t履带吊拆除机舱，机舱不碰起重机臂杆，满足要求。

3.4起重机械数量计算

根据风机技术参数、现场条件及起重机械极限工况计算，风机拆除应配置1台650t履带吊作为主吊，1台80t履带吊和2台70t汽车吊作为辅吊。

4、施工难点及关键技术

4.1风机主电缆保护性拆除技术

风机部件拆除前，首先需拆解风机各部件间的连接电缆，其中难度最大的是拆除塔筒底端电气柜与风机机舱之间的主电缆。主电缆φ185mm，长度约90m，电缆夹板拆除后，电缆呈垂直状态，自重大，处置不当易造成电缆绝缘层或铜芯断裂。因此，采取何种方式既不损伤主电缆，又能快速拆除是一个需要解决的难题。

施工中通过制作临时牵引段和分层设置保护装置的方式，对风机内主电缆进行保护性拆除。

(1）临时牵引点制作。拆除机舱内电缆头，用开放式电缆网兜包覆电缆，电缆网兜内穿挂吊链，制作成临时牵引固定段，将临时牵引固定段拉环挂到机舱内卷扬机的吊钩上，自上而下拆除电缆夹板，底端电缆头引出至风机外的电缆盘，电缆盘收集电缆，用拖车转运，临时牵引固定（见图3）。

图3临时牵引固定图

(2）分层安装保护装置。在电缆拆除路线安装3组保护装置，分别在顶层平台的电缆孔上方安装一组滚筒，保证电缆顺利入孔，减少电缆与电缆孔的刮擦（见图4）。在风机中部安装若干组中间段滚筒组，减少电缆的自由放置长度，防止与爬梯的碰撞、刮擦（见图5）。在风机底层平台安装转向滚筒组，将电缆由垂直状态引向风机外，便于回收。

图4电缆孔上方滚筒组

图5中间段滚筒组

4.2螺栓替换法叶轮拆除技术

叶轮是整个风机的关键部件，因其迎风面积大，当叶轮与机舱脱离后，受高空气流影响，叶轮会随风漂移、侧翻，极易碰擦塔筒和吊车臂杆，发生碰杆或设备损坏事故，同时也造成部分螺栓受压，增加拆解难度。叶轮落地时，极易失衡造成叶尖刮擦地面，导致叶尖弯折。

采用对正棒替换螺栓的方法，拆除受风荷载无规律摆动的叶轮，提高叶轮拆除的安全性。叶轮螺栓卸除顺序示意图见图6。拆除时使用叶片缆风牵引装置，分别拉住固定在叶片上的风力发电机叶尖导向护袋上的两根缆风绳，增加牵引牢固性，有效保护叶片表面不留划痕。

(1）作业人员进入机舱，拆下轮毂吊装口盖板，将专用吊具吊至轮毂吊装口，安装吊具，主吊缓缓起钩受力。

(2）机舱内作业人员选择轮毂与机舱连接螺栓中相对的两个点，先将液压泵力矩值调节至安装力矩值，反向打压，如无法退出螺栓，可将力矩值以5%幅度递增，直至螺栓开始松动，然后用电动扳手将此两个螺栓取下，将2根对正棒插入螺栓孔位置，以防叶轮在螺栓拆卸后大幅度振动。

图6叶轮螺栓卸除顺序示意图

(3）由法兰盘中间向上下依次对称卸除螺栓，卸除时需观察轮毂法兰面与机舱法兰面的夹角，若上夹角过大则主吊起钩，提高起重量。若下夹角过大则主吊回钩，减小起重量。

(4）当所有螺栓卸除后，仅剩左右两个对称布置的对正棒连接叶轮与机舱。拆除对正棒时，通过主吊的“回钩-起杆-回钩”循环进行，直至实现叶轮与机舱的分离（见图7）。

图7叶轮拆除吊点移动轨迹图

1—原位置；2—起杆后位置；3—回钩后位置。

(5）将叶轮吊离机舱，缓缓下落。在此过程中采用缆风牵引装置平衡叶轮重心，根据起重指挥拉紧或放松缆风绳，避免叶片撞击到机舱或塔筒。

(6）叶轮下降到适当高度后，辅吊将向下的叶片适当抬高，使叶轮由垂直状态逐渐与地面形成夹角并直至平行，此过程中要注意叶片不宜下降过快以防叶尖扫到地面，通过缆风牵引装置控制整个叶轮的平衡。

(7）取下轮毂定位销，用2台吊车配合将叶轮主轴法兰向下安装到变桨操作平台上，用3根M33的紧固螺钉将叶轮固定在操作平台上。

4.3叶轮地面变桨、解体施工技术

叶片长度44.2m，叶轮在地面变桨、解体时，叶片易刮擦地面，造成损坏，因此，对叶片的保护是难点。

采用自行设计的轮式风力发电机叶轮变桨操作平台进行叶轮地面变桨操作，采用移动式叶片支撑保护装置对支撑保护，保持叶片平衡，防止叶片变形。

(1）启动轮式风力发电机叶轮变桨操作平台上的液压油缸推动轮毂变桨装置，使三根叶片变桨，角度与地面平行。

(2）分别摘下三根叶片上的叶尖导向护袋和叶片护具，用吊车对三根叶片进行保护，防止拆除叶片时叶轮倾翻，同时地面人员在三根叶片的中部偏尾段安装移动式叶片支撑保护装置，以防叶片碰撞地面。

(3）作业人员进入轮毂对叶片与轮毂间的螺栓进行解压和拆除，调到安装力矩值，反向打压，如无法退出螺栓，可将力矩值以5%幅度递增，直至螺栓开始松动，然后用电动扳手将螺栓松开退出。

(4）利用T型专用吊具，将叶片逐一吊至风力发电机叶片运输用前缘运输保护装置和叶片尾翼吊挂运输保护装置上，用两台吊车配合将叶片、轮毂装车。

4.4机舱拆除施工技术

机舱是风机最重部件，确定拆卸时起重机械的占位、吊装中心点和吊点位置至关重要，否则会因重心不平衡，机舱摆动过大，造成设备损坏及人员伤害。

(1）检查机舱内部件是否完好，固定好零散物品，将机舱后门打开并固定，在机舱前后分别拴上缆风绳，并与缆风牵引装置连接。

(2）打开机舱天窗，将机舱专用吊具调至机舱顶，用专用吊具对机舱各吊点进行绑扎，并调整前后吊点使机舱前后形成一定的倾斜度，主吊缓缓起钩受力，然后开始拆除螺栓。

(3）同叶轮拆除一样，高空安装人员用力矩扳手松解两个相对的螺栓，力矩扳手调至安装力矩值，反向打压，如无法退出螺栓，可将力矩值以5%幅度递增，直至螺栓开始松动，取下螺栓，插入3根对正棒。

(4）将所有的螺栓拆除后，在地面起重指挥的指挥下将机舱调离塔筒，两边缆风绳控制好方向，缓缓落下，与放置在地面的机舱支架固定。

4.5平衡控制螺栓消载拆除塔筒技术

风力发电机塔筒分顶段、中段和底段三部分，风力发电机安装时，机舱与塔筒、塔筒与塔筒之间的法兰面均需涂高强接缝密封胶，然后采用高强螺栓紧固。当进行风机部件拆卸时，起吊力矩应考虑高强密封胶剥离引起的额外荷载而增大起吊力矩，但若瞬间起吊力距过大易造成风机部件摆动失控、设备损坏和人员伤害。

采用设置平衡控制螺栓的方法，消除上、下塔筒法兰分离时，因高强密封胶引起的额外荷载而造成的瞬间失衡（见图8）。

图8平衡控制螺栓连接示意图

(1）将主吊具调至上段塔筒上方，高空作业人员将主吊具固定好后下降到中段塔筒的上部作业平台开始螺栓解压作业。

(2）首先将三颗呈120°角的法兰连接螺栓卸出，将普通垫片替换成弹簧垫圈，并用电动扳手紧固，对称卸除其余法兰螺栓，并将螺栓装入吊篮中。

(3）主吊缓缓起钩，直至两塔筒间密封胶分离，对未完全分离的部分用刀切除，此时弹簧螺栓被充分压缩，主吊回钩，使塔筒落回原位，弹簧垫圈恢复原状，依次拆除三颗平衡控制螺栓，并将螺栓装入吊篮转移到地面或装车。

(4）主吊将上段筒吊起，当塔筒下部距地面在人可触及的高度时主吊停机，保持塔筒起吊高度。用辅吊将辅吊具吊至塔筒下端面，由地面安装人员将辅吊具固定在上段筒下部法兰的连接板上（见图9)[1]。

(5）辅吊配合主吊将塔筒底部缓缓提起，使整个塔筒与地面形成一定角度，两台吊车同时下落，保持塔筒以水平状态落在风力发电机塔筒保护鞍座上，固定塔筒与保护鞍座连接螺栓。

图9塔筒效果图

(6）中段塔筒的拆除方法与顶段塔筒相同。底段塔筒的拆除需待地面作业人员拆去塔筒外钢楼梯后进行，拆除方式与中段塔筒相同。

4.6箱变拆除

用汽车吊将箱变吊起装上平板车，进行封车后运走。在吊装过程中注意平起稳落，避免箱变碰撞。

5、质量保证措施

(1）拆除的配电柜要用雨布盖好并绑扎牢固，封堵接线孔，防止进水和受潮，必要时要在电气柜内放置干燥剂，拆卸的电缆要盘好并盖好雨布防潮，转运时妥善保管。

(2）拆卸的塔筒固定在风力发电机塔筒保护鞍座上，每节塔筒使用两个鞍座，分别位于塔筒前、后端，塔筒在现场临时存放或转运时，都能起到良好的防护与稳固作用。

(3）风力发电机叶片壳体薄且超长，具有脆性和易损性，在拆除、存储或运输叶片时要避免单点荷载，必须采取两点支撑的方式，即对叶片前缘部位和叶片后缘部位进行固定支撑，防止叶片长距离运输出现松动、失稳、摩擦和易损问题。

6、结语

既有在役风力发电机保护性拆除施工技术克服了传统施工工艺的缺点，对叶轮、机舱等风机部件进行保护性拆除，并申请了专利，在国内同行业属首创，采用该技术在业主确定的工期内圆满完成了风力发电机的拆除。

参考文献:

[1]徐惠,徐杰,李鑫.大型风力发电机拆除移位施工技术[J].施工技术,2012(S2):247-249.

文章来源:孙宏勇.既有在役风力发电机保护性拆除施工技术[J].安装,2024,(10):8-12.

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