模块六 塔架的安装与调试解析

紫琅职业技术学院 新能源工程系 模块六 塔架的安装与调试 任务二 塔架的制造、检测、安装与验收 开发新型能源，主导低碳经济紫琅职业技术学院新能源工程系 任务二：塔架的制造、检测、安装与验收 学习背景 塔架的是风力发电机组中尺寸最大的部件，是 支撑风轮和发电机的基础。研究塔架的结构、类型 及安装，对风力发电机组的选型以及风电场的施工 有着重要的意义。研究塔架的制造工艺，可以为节 省材料、降低成本、提高生产效率及产品质量打下 基础。 2 开发新型能源，主导低碳经济紫琅职业技术学院新能源工程系 任务二：塔架的制造、检测、安装与验收 能力目标 （1）了解塔架的结构及类型； （2）掌握圆筒形塔架的制造工艺； （3）掌握塔架的检测方法； （4）掌握塔架的安装与验收步骤及注意事项； 3 开发新型能源，主导低碳经济紫琅职业技术学院新能源工程系 任务二：塔架的制造、检测、安装与验收 基础知识 1 塔架的结构与类型 按照其结构形式，塔架一般分为桁架型、管状钢 制型和钢筋混凝土型。 1）桁架型塔架 桁架型塔架如图6-1所示。桁架型塔架在早期风 力发电机组中大量使用，其主要优点为制造简单、 成本低、运输方面，缺点为不美观，通向塔顶的上 下梯子不好安排，上下时安全性差。 4 开发新型能源，主导低碳经济紫琅职业技术学院新能源工程系 任务二：塔架的制造、检测、安装与验收 图6-1 桁架型塔架 图6-2 圆筒型塔架 5 开发新型能源，主导低碳经济紫琅职业技术学院新能源工程系 任务二：塔架的制造、检测、安装与验收 2) 管状钢制塔架 管状钢制塔架又可分为拉索式（如图6-3(a)所示 ）、斜倾式（如图6-3所示）、单柱式（如图6-3(b) 所示）等。 管状钢制塔架在当前风力发电机中大量使用，其 优点是美观大方，上下塔架安全可靠。管状钢制塔 架一般是圆锥型的（也就是它的直径向根部方向越 来越大），是为了增加力量，同时节省材料。 拉索式塔架是最经济的塔架，一般在中小型风力 发电机组中使用。它有效地使用材料，对安装地点 的要求也比较灵活，对于较小的系统（10kW）,很 容易用专用的塔架安装工具（如起重杆等）进行现 场安装。拉锁塔架对地基的要求简单、经济。 6 开发新型能源，主导低碳经济紫琅职业技术学院新能源工程系 任务二：塔架的制造、检测、安装与验收 (a ) (b) 图6-3 塔架的形式 7 开发新型能源，主导低碳经济紫琅职业技术学院新能源工程系 任务二：塔架的制造、检测、安装与验收 倾斜式塔架起吊方面，无需起重机，用手动葫芦 （绞车）就能起吊。倾斜式必须有四根拉索。对地 基的要求较低高，尤其是起落方向左右两侧的地基 的高度必须一致。对台风多发地区，倾斜式塔架是 较好的选择。但倾斜式的造价要比拉索式多出30% 左右。 除了上述这几种管状钢制塔架外，还有液压塔架 （如图6-4 ）。 8 开发新型能源，主导低碳经济紫琅职业技术学院新能源工程系 任务二：塔架的制造、检测、安装与验收 图6-4 液压塔架 9 开发新型能源，主导低碳经济紫琅职业技术学院新能源工程系 任务二：塔架的制造、检测、安装与验收 2塔架的制造 圆筒形塔架是目前我国生产的风力发电机组的 主流塔架形式。这里将比较详细的讲解圆筒形塔架 的生产技术。 1 ）制造塔架所使用的材料 钢制圆锥筒形塔架是目前塔架的主要形式，所选 材料除应满足设计使用要求之外，还应适应加工制 造的方便性，且经济性好。 以下就是针对钢制圆锥筒形塔架的使用材料提出 的要求： 10 开发新型能源，主导低碳经济紫琅职业技术学院新能源工程系 任务二：塔架的制造、检测、安装与验收 (1) 选择金属结构件的材料时应依据环境温度而定，可 根据GB/T700-2006选择使用Q235B、Q235C、及 Q235D结构钢，或根据GB/T1591-2008选择使用 Q345B、Q345C及Q345D低合金高强度结构钢。在 高风沙磨蚀、高盐碱腐蚀的的环境下，也可以考虑 使用不锈钢。 (2) 钢板的尺寸、外形及允许偏差应符合GB/T709-2006 的规定。钢板的平面度不大于10/m。 (3) 采用Q345低合金高强度结构钢时，用边缘超声波探 伤方法评定质量，质量分级应符合GB/T19072-2003 附录A的规定。最低环境温度时冲击吸收功不大于 27J(纵向试样)，在钢厂订货时提出或补做试验。 11 开发新型能源，主导低碳经济紫琅职业技术学院新能源工程系 任务二：塔架的制造、检测、安装与验收 (4) 焊接构件用的焊条、焊丝和焊剂应与被焊接件的材 料相适应。 (5) 所选材料应随附制造厂的合格证和检验单，主要材 料和用于主要零部件的材料应进行理化性能试验。 (6)待用材料性能指标及质量等级应与原使用材料相当 。 2） 塔架生产的工艺流程及装备 塔架生产中包括塔筒、连接法兰、平台、内部爬 梯、外部旋梯、电缆固定支架等部分。塔筒体积大 、笨重，是生产中的重点和难点。 12 开发新型能源，主导低碳经济紫琅职业技术学院新能源工程系 任务二：塔架的制造、检测、安装与验收 (1) 塔筒生产的工艺流程 钢板喷丸火焰或等离子切割钢板坡口加工筒 体卷制内纵缝焊接外纵缝焊接矫圆法兰组 对法兰焊接筒体组对内环缝焊接外环缝焊 接焊缝探伤门框及小件焊接喷砂处理喷锌 处理喷漆处理小件组装检验成品储放。 (2) 塔架生产的工艺装备 小批量生产所用的工艺装备较少。而作为大批量 生产的塔架制造企业，如果没有大量的专用工艺装 备支撑组成流水生产线，是不可能稳定、高质量、 高效率地进行塔架生产的。塔架生产流水生产线的 工艺装备主要有： 13 开发新型能源，主导低碳经济紫琅职业技术学院新能源工程系 任务二：塔架的制造、检测、安装与验收 钢板预处理使用的钢板抛丸清理机、下料切割使 用的数控火焰（等离子）钢板切割机、单节筒体纵 缝焊接使用的内纵缝焊接机和外纵缝焊接机、法兰 组对使用的法兰组对平台、法兰焊接使用的法兰焊 接机、筒体组对使用的组对滚轮架和鳄鱼嘴组对中 心、塔筒环缝焊接使用的立柱式和龙门式焊接操作 机、喷砂处理使用的喷砂专用滚轮架、喷砂处理使 用的喷砂专用滚轮架等设备。 14 开发新型能源，主导低碳经济紫琅职业技术学院新能源工程系 任务二：塔架的制造、检测、安装与验收 3） 典型塔架零部件的加工 (1) 塔筒加工的工艺方法 一个塔架通常由一系列成对的金属板，卷成两个 竖直焊缝连接的半锥台制造，如此制成的每个锥台 由于滚弯设备的能力有限，高度被限制在35m的 范围之内，大型的塔架需分段制造然后拼接。 锥形结构的塔架需要确定的重要参数是塔架的直 径和壁厚。试验数据表明：塔顶合理壁厚的最小值 约为塔顶半径的百分之一，在塔架内部中等高度， 其壁厚通常为塔基值和塔顶值的平均值，这种情况 下塔架消耗的材料最少。塔架的顶部直径由偏航轴 承尺寸决定。塔架底部的最大直径受公路运输限高 制约，最大不能超过4.5m。塔基直径的限制导致材 料消耗量增加。 15 开发新型能源，主导低碳经济紫琅职业技术学院新能源工程系 任务二：塔架的制造、检测、安装与验收 兆瓦级风力发电机组的塔筒壁厚在30左右， 使用的材料属于中厚钢板。当前中厚钢板的最大宽 度为6m时，订货难度大，一般宽度为3m。下料时合 理套裁是降低成本的关键。下料的切割一般使用数 控切割机以保证切割尺寸的准确性和切口质量。 下料后使用刨边机加工出双V形焊接坡口，然后在滚 弯机上弯出半圆锥形。 两个半锥形的对焊应使用自动气体保护焊机，以 保证焊接质量和效率。焊接完成后，需进行二次滚 圆形以保证圆度。在专用设备上加工出上下端面的 焊接坡口，接着进行各锥台段的拼焊，在此需要注 意的是，上下段的纵焊缝应当错开90°，以避免焊缝 集中所造成的应力集中。各锥台段的拼焊应在旋转 变位机或者高精度辊轮架上进行。 16 开发新型能源，主导低碳经济紫琅职业技术学院新能源工程系 任务二：塔架的制造、检测、安装与验收 焊接过程中应采用分段焊接的方式减小焊接应力 ，有条件的地方应使用去应力设备消除焊接应力。 塔架的底部开有门洞，门洞的大小以方便维修 人员及塔底的并网变压器及控制柜的出入为准。由 于塔筒被切割下去一部分，塔筒的结构强度被削弱 。为此塔门的一周必须焊接上一圈补强支撑。补强 焊接一般使用厚钢板焊接，焊接工艺与下面介绍的 法兰加工方法相同。 17 开发新型能源，主导低碳经济紫琅职业技术学院新能源工程系 任务二：塔架的制造、检测、安装与验收 (2) 法兰的加工方法 法兰是塔架的结构中最关键的部件，直径一般在 35m，厚度一般为60170mm之间，采用低合金 钢Q345或Q345E。目前法兰制作主要有两种方法： 一种是整体铸造，这种方法成本高，周期长，不利 于批量生产；另一种是用钢板切割拼焊，将整体法 兰分为46块，采用合理的拼焊工艺及焊后热处理 ，解决整体法兰的制作难题。 法兰按圆周分为四等分或六等分，每两片之间对 接焊缝，拼缝开双V型坡口，多层多道焊。焊后热处 理要求：焊后600保温6h，然后以37/h的速度炉 冷降温到300出炉空冷。 18 开发新型能源，主导低碳经济紫琅职业技术学院新能源工程系 任务二：塔架的制造、检测、安装与验收 焊接工艺应采用双丝自动气体保护焊技术，此技 术拥有较高的熔敷效率（30kg/h），焊接3mm的板 材时，焊接速度最高可达6m/min；焊接35mm以上 的厚板时，平均速度可达1m/min。这种高效的焊接 速度使热输入非常小，平均热输入小于单丝气体保 护焊的热输入。 4） 焊接工艺 （1）焊前准备工作的要求 v下料应按有关的工艺要求进行，坡口形式、尺寸、公 差及表面质量应符合有关标准或技术条件的规定。 v材料或焊接坡口的加工必须使用热切割或机加工的方 法，对于钢板切割边缘的不平滑处和渣屑，应使用机 加工或打磨的方法去除，其他方法不得使用。 19 开发新型能源，主导低碳经济紫琅职业技术学院新能源工程系 任务二：塔架的制造、检测、安装与验收 v不允许在接头表面出现不合要求的裂纹。 v接头表面和连接表面应经过清理，应做到不潮湿，无 锈皮、油污、油漆以及其他杂质。 焊接前准备工作的具体步骤和要求如下： v备料; v排料; v号料; v下料; v刨边及坡口; v接料。 20 开发新型能源，主导低碳经济紫琅职业技术学院新能源工程系 任务二：塔架的制造、检测、安装与验收 3.塔架的检测 1 ）塔架的样件试组装 塔架的样件试组装是塔架设计、制造过程中一个 必不可少的环节，其目的是验证塔架设计的正确性 ，塔架加工工艺的正确性及质量保证体系运转的可 靠性，将发现问题，解决在批量生产前，为用户提 供满意的塔架产品。 (1) 塔架的样件试组装的要求 v在进行表面处理前，应对不同类型的第一台塔架的各 段，基础段和内部布置进行试组装； v连接所有法兰接头，拧紧螺栓直到结合面紧贴，但仅 限于在额定拧紧力力矩之下。试组装时拧紧至额定力 矩的高强度螺栓，在正式安装塔架时不准再使用。 v试组装时，所有扶梯、平台等也应试装，并按塔架运 输分段进行试装。 21 开发新型能源，主导低碳经济紫琅职业技术学院新能源工程系 任务二：塔架的制造、检测、安装与验收 v钢结构在表面处理前，纠正所有不符合要求之处。 v编写出试组装报告。 (2) 塔架的试组装过程 v符合塔架吊装要求的起重机到位； v清理干净基础连接法兰； v清理干净底层塔筒底面法兰，在底面法兰上安装两个 定位螺栓，其相对位置应大于三分之一圆周。对定位 螺栓的要求是螺栓根部尺寸与法兰孔尺寸为过渡配合 ，螺栓前部尺寸有一段30°的倒角。定位螺栓配有一个 很薄的螺母。 22 开发新型能源，主导低碳经济紫琅职业技术学院新能源工程系 任务二：塔架的制造、检测、安装与验收 v按照塔架