風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔架內(nèi)飾件平臺(tái)螺栓脫落的分析

□ 李勇芝

上海電氣風(fēng)電集團(tuán)股份有限公司 上海 200030

1 存在的問題

風(fēng)能是一種可再生能源,清潔,環(huán)境效益好,取之不盡。風(fēng)力發(fā)電機(jī)在陸上和海上都能建設(shè),占地面積小。風(fēng)力發(fā)電在為經(jīng)濟(jì)增長提供穩(wěn)定電力供應(yīng)的同時(shí),可以有效緩解空氣污染、全球變暖等問題。

我國風(fēng)力發(fā)電機(jī)裝機(jī)容量逐年增加,根據(jù)資料顯示,2019年新增風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)裝機(jī)容量26.8 GW,2020年新增風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)裝機(jī)容量71.67 GW。我國風(fēng)力發(fā)電在發(fā)展初期多引進(jìn)消化國外技術(shù),供應(yīng)鏈體系不夠完善,隨著風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)間的增加,部分零部件損耗問題慢慢顯現(xiàn)。

由于生產(chǎn)、運(yùn)輸、吊裝限制,風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔架通常分段設(shè)計(jì),塔架段與段法蘭面之間通過高強(qiáng)度緊固件連接,塔架每段長度達(dá)到30 m左右。風(fēng)力發(fā)電機(jī)一般按不短于20 a壽命設(shè)計(jì),高強(qiáng)度緊固件受力情況比較惡劣,需要定期進(jìn)行維護(hù)。因此在法蘭面以下1 200 mm處設(shè)置內(nèi)飾件平臺(tái),用于人員站立,維護(hù)高強(qiáng)度緊固件。國內(nèi)某風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行時(shí)間遠(yuǎn)未達(dá)到20 a,但是有些風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔架內(nèi)飾件平臺(tái)與塔架之間的螺栓出現(xiàn)松動(dòng)或脫落,嚴(yán)重影響風(fēng)力發(fā)電機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。筆者對(duì)這一情況進(jìn)行分析,找出原因,并提出相應(yīng)的解決措施,為后續(xù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔架內(nèi)飾件平臺(tái)的設(shè)計(jì)、制造積累經(jīng)驗(yàn)。

2 內(nèi)飾件平臺(tái)結(jié)構(gòu)

爬梯和內(nèi)飾件平臺(tái)安裝在風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔架內(nèi)部,爬梯從塔架段底部通到頂部,內(nèi)飾件平臺(tái)安裝在塔架內(nèi)部上部。每段塔架需要布置一套內(nèi)飾件平臺(tái),通過螺栓將內(nèi)飾件平臺(tái)與塔架內(nèi)壁進(jìn)行連接,如圖1所示。

內(nèi)飾件平臺(tái)結(jié)構(gòu)如圖2所示。平臺(tái)板與平臺(tái)支撐梁之間通過螺栓連接,平臺(tái)板與塔架內(nèi)壁的連接結(jié)構(gòu)如圖3所示,平臺(tái)支撐梁與塔架內(nèi)壁的連接結(jié)構(gòu)如圖4所示。

3 原因分析

對(duì)內(nèi)飾件平臺(tái)脫落現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行調(diào)查,現(xiàn)場(chǎng)照片如圖5所示。圖5左側(cè)標(biāo)記處平臺(tái)板與塔架內(nèi)壁焊接螺柱的孔錯(cuò)位,圖5右側(cè)標(biāo)記處平臺(tái)支撐梁與支架之間存在較大間隙。

分析認(rèn)為,螺栓松動(dòng)甚至脫落主要由內(nèi)飾件平臺(tái)安裝不規(guī)范引起。螺栓沒有按照塔架技術(shù)規(guī)范要求對(duì)力矩測(cè)值,導(dǎo)致力矩未達(dá)標(biāo),螺栓出現(xiàn)松動(dòng)。螺栓沒有按照塔架技術(shù)規(guī)范要求涂覆螺紋鎖固膠,出現(xiàn)松動(dòng)。內(nèi)飾件平臺(tái)安裝時(shí)還存在強(qiáng)制裝配的情況。

內(nèi)飾件平臺(tái)與塔架在塔架供應(yīng)商處進(jìn)行安裝。塔架主體受力,在20 a生命周期內(nèi)一直處于擺動(dòng)狀態(tài),螺栓長時(shí)間振動(dòng)和擺動(dòng),容易出現(xiàn)松動(dòng),進(jìn)而脫落。塔架技術(shù)規(guī)范要求螺栓安裝需要對(duì)力矩測(cè)值,并在螺栓表面涂覆螺紋鎖固膠。實(shí)際安裝過程中,螺栓擰緊后無法查看確認(rèn)是否涂覆螺紋鎖固膠,并且螺栓數(shù)量太多,無法確保每個(gè)螺栓的力矩符合要求。另一方面,在風(fēng)力發(fā)電行業(yè)發(fā)展早期,安裝施工隊(duì)伍能力參差不齊。以上原因共同造成了內(nèi)飾件平臺(tái)螺栓脫落。

4 解決措施

為了保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行,在確認(rèn)內(nèi)飾件平臺(tái)與塔架之間螺栓脫落的原因之后,提出有針對(duì)性的解決措施。

平臺(tái)板支撐如圖6所示,利用裝焊在塔架主體上的焊接螺柱,通過螺桿支撐組件支撐在焊接螺柱上方。螺桿支撐組件通過螺栓與壓板連接,壓板通過螺栓與吊桿連接,吊桿托住角鋼、平臺(tái)板,保證平臺(tái)與角鋼不會(huì)下落。

平臺(tái)支撐梁支撐如圖7所示,利用裝焊在塔架主體上的焊接螺柱,通過螺桿支撐組件支撐在焊接螺柱上方。螺桿支撐組件通過螺栓與壓板連接,壓板通過螺栓與吊桿連接,吊桿托住型鋼、平臺(tái)支撐梁,保證平臺(tái)與型鋼不會(huì)下落。

高空作業(yè)安全第一,需要在確保安全的前提下進(jìn)行施工,由此制訂施工方案。

施工人員在踏入內(nèi)飾件平臺(tái)前,在內(nèi)飾件平臺(tái)下方站在爬梯上用手電筒檢查螺栓脫落情況,進(jìn)行安全排查。對(duì)于存在安全隱患的平臺(tái)板,做臨時(shí)標(biāo)記,不得踩踏存在安全隱患的平臺(tái)板。

施工人員在各施工平臺(tái)層工作前選擇合適的固定點(diǎn),系上安全繩,確保穩(wěn)定、安全、牢固后方可施工。

施工人員擰緊內(nèi)飾件平臺(tái)上爬梯口兩側(cè)的平臺(tái)支撐梁螺栓。螺栓上涂覆螺紋鎖固膠,并安裝彈簧墊圈,然后擰緊,確保沒有強(qiáng)制裝配。螺栓規(guī)格為M16,對(duì)應(yīng)力矩為175 N·m。

從爬梯口開始,施工人員按照逆時(shí)針方向依次處理脫落的螺栓。對(duì)于施工人員站在爬梯上能夠安全操作的平臺(tái)板或平臺(tái)支撐梁,螺栓涂覆螺紋鎖固膠,并加裝彈簧墊圈,然后擰緊螺栓。螺栓規(guī)格為M12,對(duì)應(yīng)力矩為75 N·m。對(duì)于施工人員站在爬梯上不能安全操作的平臺(tái)板或平臺(tái)支撐梁,將已安裝螺母墊片的平臺(tái)板或平臺(tái)支撐梁通過內(nèi)飾件平臺(tái)與塔架之間的間隙放置在平臺(tái)板背面,并托住平臺(tái)板或平臺(tái)支撐梁。注意螺母需安裝在等高位置,一位施工人員用手固定并托住支撐角鋼或平臺(tái)支撐梁,防止掉落。螺母采用符合標(biāo)準(zhǔn)GB/T 6170—2015《1型六角螺母》的普通螺母。本安裝方案稱為安裝方案一,如圖8所示。

如果內(nèi)飾件平臺(tái)與塔架之間的間隙比較小,平臺(tái)板或平臺(tái)支撐梁無法通過間隙放置,那么可以采用另一種安裝方案。

將一根長約5 m,直徑為1 mm的鋼絲通過間隙下放。鋼絲一端帶有M4小螺栓,螺栓需要擰入零件的螺紋孔。一名施工人員站在爬梯方位平臺(tái)下方,用一根長約4 m的拉桿將鋼絲拉至爬梯方位,方便施工人員將鋼絲與平臺(tái)板或平臺(tái)支撐梁安裝在一起。在將平臺(tái)板或平臺(tái)支撐梁運(yùn)送至安裝位置過程中,拉桿不允許離開鋼絲,防止撞擊塔架內(nèi)壁。安裝吊桿、螺母墊片、壓板,三個(gè)螺母需要等高。螺母采用符合標(biāo)準(zhǔn)GB/T 6170—2015的普通螺母。這一安裝方案稱為安裝方案二,如圖9所示。

如果在放置螺桿支撐組件、吊桿過程中,螺桿支撐組件、吊桿與平臺(tái)板或平臺(tái)支撐梁有干涉,那么可以鉆孔或切割平臺(tái)板、平臺(tái)支撐梁,以方便安裝。安裝螺母、螺母墊片并擰緊,確保平臺(tái)板支撐或平臺(tái)支撐梁支撐可以完全托住平臺(tái)板或平臺(tái)支撐梁。此時(shí)螺母采用符合標(biāo)準(zhǔn)GB/T 6184—2000《1型全金屬六角鎖緊螺母》的鎖緊螺母,并標(biāo)力矩。

施工時(shí),安全監(jiān)控人員在保證自身安全的前提下,檢查施工人員的安全要素,加強(qiáng)對(duì)系安全繩的檢查。每層內(nèi)飾件平臺(tái)組裝完成后,先進(jìn)行自檢,再由安全質(zhì)量專員復(fù)檢,清理內(nèi)飾件平臺(tái),要求做到工完料凈場(chǎng)地清。兩人一組,根據(jù)安全規(guī)程要求至上一層內(nèi)飾件平臺(tái),檢查螺栓脫落情況,對(duì)風(fēng)險(xiǎn)隱患做好標(biāo)記,對(duì)物品采用吊物繩運(yùn)輸至下層內(nèi)飾件平臺(tái)。物品裝袋后系緊封口繩,檢查牢固性,防止高空墜落。

5 內(nèi)飾件平臺(tái)支撐結(jié)構(gòu)

風(fēng)力發(fā)電有廣闊的發(fā)展前景,隨著陸上、海上風(fēng)電平價(jià)上網(wǎng)時(shí)代的到來,在滿足功能和安全的前提下,還需要進(jìn)一步通過優(yōu)化風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔架結(jié)構(gòu),提高現(xiàn)場(chǎng)安裝效率,降低后期運(yùn)維成本。以下介紹兩種內(nèi)飾件平臺(tái)支撐結(jié)構(gòu),能夠有效提高安裝效率,降低后期運(yùn)維成本。

如圖10所示,內(nèi)飾件平臺(tái)不同組件以模塊形式進(jìn)行安裝,縮短現(xiàn)場(chǎng)的安裝周期。內(nèi)飾件平臺(tái)通過吊臂在上部與支撐結(jié)構(gòu)上的法蘭連接,維護(hù)高強(qiáng)度緊固件時(shí)站在內(nèi)飾件平臺(tái)上進(jìn)行檢查。

如圖11所示,折彎支耳、支撐鋼板通過焊接方式與塔架內(nèi)壁連接,折彎支耳安裝在內(nèi)飾件平臺(tái)下方,通過螺栓與平臺(tái)連接,支撐鋼板通過螺栓與平臺(tái)支撐梁連接。

另外,通過增大單段塔架長度,減少塔架段數(shù),可以減少塔架段之間法蘭的數(shù)量,進(jìn)而可以減少內(nèi)飾件平臺(tái)的數(shù)量,減小后期運(yùn)維工作量,降低后期運(yùn)維成本。由于受道路、車輛的限制,這一優(yōu)化更適用于海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔架。

在設(shè)計(jì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔架內(nèi)飾件平臺(tái)時(shí),應(yīng)綜合考慮各方面影響因素。在施工過程中,應(yīng)嚴(yán)格按照?qǐng)D紙和相關(guān)技術(shù)規(guī)范執(zhí)行。

6 結(jié)束語

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組壽命一般不短于20 a,針對(duì)國內(nèi)某風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行時(shí)間遠(yuǎn)未達(dá)到20 a,風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔架內(nèi)飾件平臺(tái)與塔架之間螺栓出現(xiàn)松動(dòng)或脫落的問題,進(jìn)行了分析,找出原因,并提出相應(yīng)的解決措施,為后續(xù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔架內(nèi)飾件平臺(tái)的設(shè)計(jì)、制造積累經(jīng)驗(yàn)。