風(fēng)浪聯(lián)合作用下相同導(dǎo)管架基礎(chǔ)的2種不同風(fēng)機(jī)機(jī)組安裝技術(shù)研究

武曉飛

（中交三航局第二工程有限公司，上海 200122）

我國(guó)海上風(fēng)電資源豐富，海岸線的長(zhǎng)度超過(guò)1.8萬(wàn)km，海上可開發(fā)和利用的風(fēng)能儲(chǔ)量為7.5億kW，是陸上風(fēng)能資源量的3倍，開發(fā)前景廣闊。桂山海上風(fēng)電場(chǎng)位于珠江口的伶仃洋海域，是國(guó)內(nèi)首個(gè)大范圍采用導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)且在導(dǎo)管架基礎(chǔ)上采用整體安裝技術(shù)完成兩種風(fēng)機(jī)安裝的海上風(fēng)電項(xiàng)目，海域面積約33km2，裝機(jī)總?cè)萘繛?98MW，單體風(fēng)機(jī)額定功率為3MW。

1 2種風(fēng)機(jī)機(jī)組主要差異項(xiàng)分析

1.1 風(fēng)機(jī)整機(jī)尺寸、重量、重心位置不同

桂山風(fēng)電項(xiàng)目采用2種風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)，即聯(lián)合動(dòng)力UP3000-108風(fēng)機(jī)和明陽(yáng)MySE3.0-112風(fēng)機(jī)。2種風(fēng)機(jī)的整機(jī)尺寸、重量、重心位置均不同，詳情如表1所示。

表1 2種風(fēng)機(jī)尺寸、重量、重心參數(shù)表

1.2 風(fēng)機(jī)底塔筒底法蘭結(jié)構(gòu)不同

聯(lián)合動(dòng)力風(fēng)機(jī)底塔筒底法蘭采用生根環(huán)結(jié)構(gòu)，生根環(huán)為風(fēng)機(jī)底塔筒底法蘭與導(dǎo)管架頂塔筒頂法蘭間的連接過(guò)渡層。塔筒底部外緣直徑為4500mm，生根環(huán)外緣直徑為4856mm。

明陽(yáng)風(fēng)機(jī)底塔筒底法蘭采用T型法蘭結(jié)構(gòu)，由Q345EZ35鋼整體鍛造成形，塔筒外側(cè)法蘭孔用于風(fēng)機(jī)安裝工裝連接。塔筒底部外緣直徑為4237mm，底部T型法蘭外緣直徑為4633mm。

1.3 風(fēng)機(jī)中段與頂段的塔筒法蘭連接面高度不同

風(fēng)機(jī)中段塔筒與頂段塔筒的法蘭連接面高度（即法蘭至塔筒底端的距離）直接影響風(fēng)機(jī)整機(jī)運(yùn)輸過(guò)程中加固高度。明陽(yáng)風(fēng)機(jī)加固高度為39.577m，聯(lián)合動(dòng)力風(fēng)機(jī)加固高度為42.5m，加固高度差異較大，對(duì)風(fēng)機(jī)整體運(yùn)輸涉及的風(fēng)機(jī)基座、井字架以及平衡梁等固定工裝件的結(jié)構(gòu)與布置影響較大。

1.4 導(dǎo)管架頂部塔筒外緣直徑不同

2種風(fēng)機(jī)所對(duì)應(yīng)的導(dǎo)管架頂部塔筒結(jié)構(gòu)不同，主要體現(xiàn)在頂部塔筒外緣直徑上。聯(lián)合動(dòng)力風(fēng)機(jī)頂部塔筒外緣直徑為4500mm，明陽(yáng)風(fēng)機(jī)的為4237mm。而2種風(fēng)機(jī)導(dǎo)管架基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)一樣，導(dǎo)致它們的安裝工藝存在較大差異。

2 兼顧2種風(fēng)機(jī)機(jī)組的海上整機(jī)運(yùn)輸技術(shù)

文章風(fēng)機(jī)機(jī)組整體運(yùn)輸采用一艘運(yùn)輸駁按5MW風(fēng)機(jī)進(jìn)行加寬、加固結(jié)構(gòu)改造，針對(duì)性地研制一套“井字架+固定基座內(nèi)嵌可拆卸過(guò)渡基座”的專用風(fēng)機(jī)坐底式固定設(shè)備（見圖1），用于2種風(fēng)機(jī)海上整機(jī)運(yùn)輸。為了保證風(fēng)機(jī)在整個(gè)運(yùn)輸過(guò)程中的穩(wěn)定性，在運(yùn)輸駁上采取一定的加固措施：（1）風(fēng)機(jī)固定基座尺寸17m×17m，焊接固定在運(yùn)輸駁甲板上，底座上設(shè)立法蘭盤，法蘭盤的尺寸與風(fēng)機(jī)下塔筒底部法蘭吻合，風(fēng)機(jī)下塔筒與底座用M54螺栓緊固連接；（2）風(fēng)機(jī)中段、頂段塔筒通過(guò)兩側(cè)“井字架”及上部平衡梁固定，井字架設(shè)計(jì)高度為40m，平面尺寸為7m×7m，平衡梁的重心高度略高于風(fēng)機(jī)合成重心；（3）平衡梁通過(guò)液壓系統(tǒng)夾緊筒身，并用螺栓將平衡梁與“井字架”緊固。

圖1 風(fēng)機(jī)整機(jī)海上運(yùn)輸“井字塔+固定基座”實(shí)物圖

風(fēng)機(jī)運(yùn)輸固定方式根據(jù)2種風(fēng)機(jī)直徑大小及塔筒高度采用2種形式，聯(lián)合動(dòng)力風(fēng)機(jī)機(jī)組采用“固定基座+平衡梁上層抱箍”組合，明陽(yáng)風(fēng)機(jī)機(jī)組采用“固定基座+過(guò)渡基座+平衡梁下層抱箍”組合。利用風(fēng)機(jī)固定基座層高、過(guò)渡基座層高與平衡梁上下兩層液壓抱緊裝置的高度差來(lái)調(diào)節(jié)，確保抱緊位置在風(fēng)機(jī)中段塔筒與頂段塔筒的法蘭連接面，實(shí)現(xiàn)一套固定設(shè)備適應(yīng)2種風(fēng)機(jī)運(yùn)輸固定需求。

3 兼顧2種風(fēng)機(jī)機(jī)組的海上整機(jī)安裝技術(shù)

3.1 適用于導(dǎo)管架基礎(chǔ)的整機(jī)安裝著力點(diǎn)選擇

文章將風(fēng)機(jī)整機(jī)安裝技術(shù)運(yùn)用于導(dǎo)管架基礎(chǔ)，沒有類似于高樁承臺(tái)的直接承力平臺(tái)，風(fēng)機(jī)下部就位導(dǎo)架著力工裝支撐點(diǎn)的選擇至關(guān)重要，錯(cuò)誤的著力位置容易導(dǎo)致風(fēng)機(jī)底部法蘭因磕碰而變形，無(wú)法保障風(fēng)機(jī)的安裝質(zhì)量。文章結(jié)合導(dǎo)管架基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，將工裝支撐點(diǎn)選在導(dǎo)管架基礎(chǔ)頂部環(huán)形板上，風(fēng)機(jī)整機(jī)安裝的上部荷載通過(guò)環(huán)形板下側(cè)的4個(gè)導(dǎo)管架斜柱傳遞至樁基。

3.2 適用于導(dǎo)管架基礎(chǔ)的風(fēng)機(jī)整機(jī)安裝柔性安裝系統(tǒng)

（1）下部就位導(dǎo)架研制。在風(fēng)機(jī)整體安裝之前，應(yīng)在導(dǎo)管架頂部安裝軟著陸下部就位導(dǎo)架。下部就位導(dǎo)架由3大部分組成：①箱型結(jié)構(gòu)環(huán)梁。箱型環(huán)梁根據(jù)聯(lián)合動(dòng)力大風(fēng)機(jī)和明陽(yáng)小風(fēng)機(jī)的塔筒直徑不同，分別設(shè)置大環(huán)梁和大環(huán)梁內(nèi)置小環(huán)梁，兼顧2種風(fēng)機(jī)的下部就位施工。②臂架槽。環(huán)梁下設(shè)8個(gè)就位臂架懸掛槽，與臂架于槽口處鉸接。③臂架。環(huán)梁安裝固定后，安裝4個(gè)下部就位臂架，下部就位臂架長(zhǎng)5396mm、寬5096mm、高約7380mm，單個(gè)下部就位臂架重約25t。臂架頂面設(shè)置粗導(dǎo)向、頂升、精定位系統(tǒng)，保證風(fēng)機(jī)的精定位安裝得以實(shí)現(xiàn)（見圖2）。聯(lián)合動(dòng)力風(fēng)機(jī)下部就位導(dǎo)架布置大環(huán)梁，大環(huán)梁寬650mm、高800mm，內(nèi)徑為4540mm，與導(dǎo)管架頂塔筒外壁間留22mm，大環(huán)梁安裝后用橡膠墊片填充；明陽(yáng)風(fēng)機(jī)下部就位導(dǎo)架，保持大環(huán)梁主體結(jié)構(gòu)不變，于大環(huán)梁內(nèi)側(cè)設(shè)置4段寬150mm的箱型小環(huán)梁，縮徑后環(huán)梁與導(dǎo)管架頂塔筒外壁間留13.5mm，大小環(huán)梁安裝后用橡膠墊片填充。

圖2 風(fēng)機(jī)安裝柔性系統(tǒng)下部就位導(dǎo)架實(shí)體圖

（2）平衡梁研制。平衡梁采用桁架結(jié)構(gòu)，由左右兩部分通過(guò)螺栓連接而成。根據(jù)2種風(fēng)機(jī)整機(jī)吊裝過(guò)程中的高度重心位置不同，分別于平衡梁上、下梁系上布置風(fēng)機(jī)塔筒抱緊裝置，以適應(yīng)2種風(fēng)機(jī)機(jī)組整機(jī)運(yùn)輸高度方向上穩(wěn)定需要，每組抱緊裝置由4個(gè)抱箍器構(gòu)成。聯(lián)合動(dòng)力風(fēng)機(jī)在上層梁系布置抱緊裝置安裝基座，抱箍器通過(guò)M36高強(qiáng)螺栓安裝于基座；明陽(yáng)風(fēng)機(jī)在下層梁系布置抱緊裝置安裝基座，抱箍器通過(guò)M36高強(qiáng)螺栓安裝于基座。

4 總結(jié)

（1）在基于以往高樁承臺(tái)基礎(chǔ)風(fēng)機(jī)整機(jī)安裝工裝體系應(yīng)用基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)兼顧2種風(fēng)機(jī)機(jī)組整機(jī)海上運(yùn)輸固定設(shè)備研究，研制了一套“井字架+固定基座內(nèi)嵌可拆卸過(guò)渡基座”的專用風(fēng)機(jī)坐底式固定設(shè)備，用于解決兼顧2種風(fēng)機(jī)海上整機(jī)運(yùn)輸難題。

（2）基于風(fēng)機(jī)整機(jī)安裝柔性安裝系統(tǒng)在導(dǎo)管架基礎(chǔ)下的適應(yīng)性研究，研制了大環(huán)梁內(nèi)置小環(huán)梁的下部就位導(dǎo)梁，兼顧2種風(fēng)機(jī)機(jī)組的海上整機(jī)安裝。使用該安裝系統(tǒng)克服起重船海上安裝風(fēng)機(jī)時(shí)因在風(fēng)浪作用下船體搖擺引起風(fēng)機(jī)著陸時(shí)與連接塔筒法蘭發(fā)生相互碰撞的難題，滿足對(duì)風(fēng)機(jī)特殊部位所承受的沖擊加速度≤0.25g的限制要求。該安裝工藝以液壓同步頂升、精確定位系統(tǒng)，解決風(fēng)機(jī)軟著陸后法蘭連接螺栓孔的精確對(duì)中，對(duì)中精度小于2mm。