塔架吊裝吊具損壞案例分析

風(fēng)電項(xiàng)目實(shí)施過程的條件比較惡劣，又涉及較多的起重特種設(shè)備作業(yè)，其中尤以風(fēng)電機(jī)組的安裝作業(yè)為甚。通常安裝作業(yè)的吊具選型設(shè)計(jì)由風(fēng)電機(jī)組設(shè)計(jì)制造方給出，主要根據(jù)擬吊裝塔筒參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，現(xiàn)場其他參建方僅根據(jù)設(shè)備參數(shù)在吊裝方案計(jì)算校核書中對施工機(jī)械的負(fù)荷特性是否滿足安裝要求進(jìn)行審核，但比較容易忽略吊具設(shè)計(jì)與施工工藝合理性，對于實(shí)際施工中可能出現(xiàn)的工藝調(diào)整情況考慮不周，倘若出現(xiàn)風(fēng)偏載荷、吊具布置出現(xiàn)誤差、到貨設(shè)備重量與設(shè)計(jì)偏差較大等情況，造成安全系數(shù)不足，不僅影響風(fēng)電機(jī)組吊裝施工質(zhì)量，更會造成現(xiàn)場風(fēng)電機(jī)組吊裝過程中的安全隱患。目前，關(guān)于風(fēng)電機(jī)組塔架安裝工程實(shí)踐中吊具損壞的研究并不多。本文針對某風(fēng)電場項(xiàng)目塔架安裝施工中出現(xiàn)塔架吊具損壞的情況，通過計(jì)算分析吊具損壞的原因并提出在塔架吊裝前應(yīng)注意的問題。

圖1 塔架所用吊具

圖2 塔筒吊裝時吊機(jī)及鋼絲繩位置關(guān)系圖

表1 塔架吊具DDT63T-00 參數(shù)

某風(fēng)電場塔架吊裝吊具損壞案例

某風(fēng)電場設(shè)計(jì)安裝1500kW-82雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，該機(jī)型輪轂中心高度65m，三段圓錐形塔架。在風(fēng)電機(jī)組塔架安裝施工方案中已根據(jù)擬采用的QUY350t履帶吊的負(fù)荷特性曲線校核了塔架各段的尺寸重量以及吊車的站位滿足要求。當(dāng)?shù)锥嗡玻ㄩL14.1m，重48t）吊裝完成后，中段塔筒（長22.2m，重42t）掛好吊具（圖1為塔架所用吊具，圖2為塔筒吊裝時吊機(jī)及鋼絲繩位置關(guān)系圖），吊具參數(shù)詳見表1。兩臺吊機(jī)抬吊慢慢起鉤使塔筒豎立起來，起重指揮人員在底段塔筒上平臺通過對講機(jī)指揮主吊司機(jī)緩慢動作使塔筒就位。當(dāng)中段塔筒到達(dá)離底段塔筒上法蘭面上部3厘米左右時，底段塔筒上平臺中的施工人員迅速在塔筒三個對角方向?qū)⒁徊糠致菟ù┥希傆?jì)約20顆，此時螺栓只帶上3個螺距左右），有一部分螺栓孔因上下法蘭面沒對準(zhǔn)未能穿上，需通過吊車緩慢擺動調(diào)整塔筒對孔。在塔筒里面起重指揮人員指揮主吊司機(jī)點(diǎn)動起升微調(diào)時，塔筒吊具螺栓突然脫落，塔筒吊具螺栓掉在中段塔筒平臺上發(fā)出巨大的聲響。施工人員馬上穿上剩余螺栓并緊固螺栓力矩，然后指揮吊車松鉤卸吊具。待緊固完底段與中段法蘭連接處螺栓力矩，施工人員爬上中段塔筒平臺拆卸吊具時發(fā)現(xiàn)塔筒吊具上4個吊耳中有3個吊耳上的6顆螺母全部脫落，掉在中段塔筒平臺上，剩余一個塔筒吊耳的螺栓未掉落（圖3為吊具損壞螺栓）。

圖3 吊具損壞螺栓

圖4 吊具工裝安裝示意圖

圖5 受力示意圖（一）

圖6 受力示意圖（二）

吊具損壞原因分析

吊具損壞造成事故后，現(xiàn)場人員當(dāng)即查驗(yàn)了吊具以及螺栓（10.9級 M27×240）供應(yīng)方設(shè)計(jì)采購中關(guān)于質(zhì)量保證書、合格證、探傷、尺寸力學(xué)等檢測報告內(nèi)容和結(jié)論，均合格。該臺機(jī)組為累計(jì)使用該套吊具的第17臺，經(jīng)施工記錄查驗(yàn)，在施工工藝正確和吊具保養(yǎng)良好的情況下也還未達(dá)到報廢標(biāo)準(zhǔn)。遂考慮在就位調(diào)整過程中，中段塔筒與底段塔筒存在傾斜角度（最高距離3厘米），只能穿過部分螺栓緊固定位，施工人員從三個方向穿過螺栓（大概20顆）定位并固定塔筒，防止塔筒擺動。由于不能全部穿上螺栓，塔筒內(nèi)部指揮人員通過對講機(jī)指揮地面吊機(jī)司機(jī)通過點(diǎn)動起鉤操作進(jìn)行調(diào)整。由于塔筒部分螺栓在點(diǎn)動微調(diào)過程中受力，導(dǎo)致吊具螺栓受力超出螺栓承載力極限值，造成塔筒吊具螺母滑牙脫落現(xiàn)象。

為分析吊具設(shè)計(jì)合理性與安裝工藝適應(yīng)性，對吊具安裝狀態(tài)進(jìn)行分析（受力按質(zhì)量單位計(jì)）：

中段塔筒重42t，附件（電纜、吊具等）約6t，在正常均勻受力情況下每個吊點(diǎn)垂直方向受力12t。

根據(jù)公式（1）、（2）可以得出：

鋼絲繩所受拉力T＝12.5t，螺栓所受拉力F＝42.8t，單顆螺栓受力為Nt＝21.4t。

對螺栓緊固件的連接設(shè)計(jì)校核，GB 50017—2003鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中有比較詳細(xì)的規(guī)定：

（1）當(dāng)設(shè)計(jì)正常情況下，安裝無需吊車配合調(diào)整，工裝與塔筒間無間隙時受力計(jì)算如下：

橫向彎矩Mx：

螺栓應(yīng)力P：

式中， γx為截面塑性發(fā)展系數(shù)，取γx＝1.2；A為公稱應(yīng)力截面積，459mm2；F為螺栓受力荷載；P設(shè)計(jì)為抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，10.9級高強(qiáng)螺栓的公稱抗拉強(qiáng)度為1000N/mm2；公稱屈服強(qiáng)度是900N/mm2。

通過計(jì)算，在四個吊點(diǎn)均勻受力、充分考慮吊具工裝主要受力情況下，高強(qiáng)螺栓受力安全系數(shù)較?。L(fēng)電機(jī)組設(shè)備商的吊具技術(shù)規(guī)范規(guī)定安全系數(shù)n應(yīng)不小于2），存在安全風(fēng)險。在吊重誤差增加、吊具偏載情況下，吊具螺栓將受力超標(biāo)甚至達(dá)到屈服極限。

（2）若安裝施工調(diào)整時螺桿有變形（本案例在安裝調(diào)整遇到的情況），則工裝與塔筒間存在間隙，屬于摩擦型連接，同時存在摩擦面的剪力和螺桿方向上的外拉力，應(yīng)滿足：

式中，Nt為螺栓所受拉力；Nv為螺栓所受剪力；Nbt為螺栓所受拉力設(shè)計(jì)值；Nbv為螺栓所受剪力設(shè)計(jì)值；所受損吊具為10.9級M27螺栓，按照GB50017－2003鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范，其承載力設(shè)計(jì)值為：

式中，n為傳力摩擦面數(shù)目；μ為摩擦面的抗滑移系數(shù)（按表2采用）；P為一個高強(qiáng)螺栓的預(yù)拉力，應(yīng)按表2采用。

通過上述計(jì)算，如在吊裝長時間作業(yè)情況下，安裝施工調(diào)整時，螺栓拉伸變形導(dǎo)致吊具工裝與塔筒法蘭面產(chǎn)生間隙，此種情況下螺栓受力難以滿足鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的要求。

綜上所述，該吊具在設(shè)計(jì)合理性上存在缺陷，可能出現(xiàn)的工況安全系數(shù)不充分，同時也未考慮現(xiàn)場或出現(xiàn)吊車輔助安裝調(diào)整時引起的額外載荷，造成塔架安裝吊具在安裝調(diào)整時出現(xiàn)損壞。

總結(jié)

風(fēng)電機(jī)組安裝是風(fēng)電場建設(shè)的核心主體工程之一，在安裝過程中因各種因素引起的安全風(fēng)險較高。本文針對某風(fēng)電項(xiàng)目塔架吊裝過程中造成的吊具損壞問題，提出了施工吊具管理中應(yīng)加強(qiáng)的方向，根據(jù)目前風(fēng)電項(xiàng)目安裝現(xiàn)場主要使用的吊座吊具形式，論證了存在吊裝過程調(diào)整時的核算方法，對現(xiàn)階段仍使用類似吊具的大兆瓦級機(jī)組吊裝時提高風(fēng)電機(jī)組安裝過程中人員安全、施工質(zhì)量及工期進(jìn)度均有較好的幫助，具體有以下措施：

表2 摩擦面的抗滑移系數(shù)μ（GB 50017-2003鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范）

表3 一個高強(qiáng)螺栓的預(yù)拉力P(kN)（GB 50017-2003鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范）

（1）在風(fēng)電機(jī)組吊裝施工策劃與校核中，參建各方應(yīng)重視吊具本身設(shè)計(jì)與滿足施工時調(diào)整的合理性，進(jìn)行必要的復(fù)核。該項(xiàng)工作甚至更應(yīng)該在設(shè)備采購時與風(fēng)電機(jī)組塔架吊具設(shè)計(jì)方進(jìn)行設(shè)計(jì)聯(lián)絡(luò)，及時消除不利因素，降低吊具工裝潛在風(fēng)險，比如縮短吊點(diǎn)與螺栓孔間距以及增加螺栓數(shù)量，并做出廠的檢測，明確使用要求，避免后期可能造成的安全隱患和不必要損失。

（2）在吊裝施工時，塔筒安裝應(yīng)盡量調(diào)平安裝，盡量避免起鉤作業(yè)，以免增加吊具負(fù)荷。需要進(jìn)行起鉤作業(yè)時，應(yīng)將部分螺栓拆除以減少增加額外載荷的可能性。同時，在安裝時采用塔筒螺栓孔加工專用定位銷定位，避免塔筒就位時起鉤作業(yè)。起重指揮信號還應(yīng)清晰明確，與吊機(jī)司機(jī)溝通，量化吊機(jī)在塔筒安裝時調(diào)整作業(yè)的起、松鉤動作。

（3）吊具工裝安裝前全面檢查固定螺栓情況，螺帽間隙大、銹蝕嚴(yán)重的螺栓禁止使用。吊具工裝使用完后立即回收，并做好保護(hù)。定期檢查、保養(yǎng)固定螺栓。