风机吊装用塔式起重机关键问题研究

风机吊装用塔式起重机关键问题研究

张志强

(中国能源建设集团山西电力建设有限公司山西太原030012)

摘要：随着世界风力发电产业的发展，兆瓦级风机陆续下线，这就意味着风机设备的重量越来越重，高度越来越高，吊装的成本和安全风险也越来越大。目前，风机吊装的方法主要是采用履带起重机，但该方法在环境适应性、经济性和效率等方面已显露出明显的不足。为此，设计一种具有附着装置的塔式起重机来完成兆瓦级风机（包括海上风机）的吊装工作，通过与风机塔筒的多点附着来提高吊装作业的稳定性、安全性和效率，这对风机的吊装以及其后续的维修工作都具有重要意义和实际应用价值。

关键词：风机吊装；塔式起重机；关键问题

引言

全球经济的快速发展，使能源成为了促进社会经济发展的关键因素，能源问题也就成为了全世界关注的主要问题。世界从将煤炭、到石油、再到天然气作为能源开发并使用，开始慢慢过渡到可持续发展的可再生能源。风电在可再生能源中具有很大的发展潜力，并且吸引到了世界很多国家的关注。风电产业也以其低排放、低污染的优势，成为能源可持续发展的重要战略选择之一。

1.风机吊装方法介绍

风力发电的原理，是通过风载荷作用在风机风轮上，迫使其旋转，再通过增速机将转速提升，从而驱动发电机发电。风机的组成一般有基础、塔筒、叶片、机舱等部分。在进行风机设备吊装施工时，环境和气候因素、道路情况以及风机塔筒高度和体积等都会影响到施工机械的选择，国内外风机吊装普遍采用履带起重机和全地面起重机。

德国利勃海尔公司开发了一种风机吊装塔式起重机630EC-H70Litronic。其主要特点是吊装风机的中心高度可达110米或更高，其首次亮相是在德国比施贝格的普法尔茨地区，新一代混合动力风场的风机中心高度最高可达140米。这种起重机通过增加一节专门用于附着的风机塔筒，单点附着，起升高度可达到151米。

采用这种起重机吊装的突出优点是占地面积小，这对于丘陵、林区的风电开发至关重要。因为不论采用履带起重机还是大吨位汽车起重机，设备的自组装过程需要在较开阔的场地内进行，这在丘陵、林区是无法实现的。其次，这种起重机是安装在一个可重复使用的基础之上的，风机的后期保养和维修可以借助这个基础，采用较小的塔式起重机来完成吊装作业，节省维修成本。这种起重机的缺点也是明显的，一是所需要的基础建造成本高；二是用于附着的一节塔筒需要根据起重机的要求特殊制造，这势必会影响原有风机的性能，所产生的影响需要风电场业主、风机制造商等多方协调、确认，这势必在很大程度上影响这种起重机的使用。

2.风机吊装用塔式起重机设计

2.1附着塔筒

随着风机的发展，风机容量的不断增大，导致风机设备的重量和高度也不断增大。这使得本就很难实施的风机吊装作业难度更大。风机的塔筒之间的连接、塔筒与机舱的连接、轮毂和叶片的连接都采用高强度螺栓法兰，这就要求吊装设备具有很好的稳定性，这不仅是为了保障风机吊装作业的安全，同时对提高吊装作业的效率也是至关重要的。采用附着式塔式起重机，通过与风机塔筒的多点附着，不仅能显著改善塔吊结构的受力，还有助于提高吊装作业的稳定性、安全性和效率。另外，附着装置将风机塔筒和塔吊塔身连接在一起，构成一个结构系统，可以提高塔吊的抗风能力，进而增大起重机有效的作业时间。

2.2动臂变幅

塔式起重机按臂架结构形式可以分为平臂式和动臂式两种。平臂式塔式起重机的起重臂固定在水平位置上，通过起重臂上的运行小车来实现变幅；动臂式塔式起重机通过改变起重臂的仰角来实现变幅。动臂式塔式起重机在小幅度时可以实现比较大的起升高度，而风机吊装作业恰恰是小幅度、大起升高度，所以采用动臂可以减小塔身的高度。建筑用塔式起重机标准节长度一般只有2.2~3m，而风机吊装工期短，吊装高度大，这种规格的标准节势必会耗费大量的时间和操作用于起重机的顶升，这不仅影响到吊装作业的效率，对作业安全也是极为不利的。因此，增加标准节的长度，并采用后置动臂结构（即起重臂的铰点位置在回转中心后），可以实现用自身的动臂从顶部吊装塔身的标准节，这样就避免了通常的建筑塔吊从侧面安装标准节而使标准节的长度不宜太长的问题，标准节的长度仅取决于动臂的长度，可以制作的很长，减少了顶升次数，提高了整机工作效率，降低起重机的制作成本。

2.3齿轮齿条顶升

影响顶升作业效率的因素，除了标准节的高度外，顶升机构的选择也很重要。目前，自升式塔式起重机一般采用液压缸分步进行顶升作业。虽然液压传动装置具有推力大、重量轻、结构紧凑、工作平稳等特点，但是分步顶升效率低、安全性差。为了提高安全性和顶升效率，充分发挥长标准节的优势，采用齿轮齿条连续顶升机构，保证顶升作业过程连续、高效、安全。

2.4可移动式底盘

对于这上回转式塔式起重机，基础可以选择直接固定在特制的基础上、轨道、支腿或者履带底盘上等。固定基础和轨道均会限制塔式起重机的工作范围，流动性差。风场中的风机分布很广，风机与风机之间的距离也很远，不宜采用。而支腿或者履带底盘具有流动性好，非附着状态的稳定性好等优点，能显著提高起重机转场效率，尤其是履带底盘，当完成一台风机的吊装后，可保留一节标准节和动臂，自行到下一风机安装点，是本起重机比较理想的底盘形式。近些年，由于陆地适合安装风机的场地越来越少，而海上拥有百分之七十的风能资源，同时海上的风力资源又优于陆地，故海上风能资源的产出远高于陆地，加上海上风机的噪音对环境影响也比陆地的小，所以风电产业已逐步从陆地向海上风电发展。

3.结束语

随着我国风电产业发展，国产的5MW、6MW风力发电机已陆续下线。这就意味着风机设备的重量和高度越来越大，其吊装的成本和安全风险也越来越大，这对吊装技术提出新的课题。为此，采用一种具有附着装置的塔式起重机，实现与风机塔筒的多点附着，可显著提高吊装作业的稳定性、安全性和效率，这不仅有利于风机的吊装，同时对风机后续维修中的吊装也具有重要意义。

参考文献

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