引言

為了解決我國日益嚴(yán)峻的能源危機(jī),滿足國內(nèi)日益增長的電力需求,海上風(fēng)電以其得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)一節(jié)能、環(huán)保、高效,在新能源領(lǐng)域順勢(shì)而生、蓬勃發(fā)展。海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組(以下簡稱"風(fēng)機(jī)"）作為海上風(fēng)電的核心部分,其安裝質(zhì)量、安裝進(jìn)度對(duì)海上風(fēng)電按期投產(chǎn)、穩(wěn)定運(yùn)行具有舉足輕重的作用,直接影響海上風(fēng)電的開發(fā)成本。

1風(fēng)機(jī)安裝特點(diǎn)

海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組部件體積大、重量大,其安裝過程具有以下特點(diǎn):(2）海上安裝環(huán)境復(fù)雜,我國江蘇至廣東沿海海域每年5月一9月為臺(tái)風(fēng)高發(fā)季節(jié),且經(jīng)常伴隨突風(fēng)、雷暴等天氣:浙江至廣東沿海海域每年20月至次年3月受東北季風(fēng)氣候的影響,海上浪涌和風(fēng)速明顯增大,海況惡劣,窗口期少。風(fēng)機(jī)由于安裝窗口期受限,對(duì)安裝效率要求較高。(2）風(fēng)機(jī)組成部件多,安裝精度要求較高。尤其是葉輪與機(jī)艙對(duì)接時(shí),有嚴(yán)格的環(huán)境要求及精度要求。葉輪預(yù)組裝時(shí)間較長,高強(qiáng)螺栓力矩拉伸要求嚴(yán)格。(3）風(fēng)機(jī)部件尺寸超長,安裝重心高,安裝過程需要具有足夠的起吊高度、起吊能力,且施工船舶需要有足夠的作業(yè)半徑,安全性要求高。(4）風(fēng)機(jī)部件運(yùn)輸多采用海運(yùn),海運(yùn)過程受海況影響較大,運(yùn)輸工期較難保證,可能造成施工船舶停工待料,影響整體工期,從而出現(xiàn)索賠等合同糾紛。

2風(fēng)機(jī)安裝存在的主要風(fēng)險(xiǎn)

結(jié)合風(fēng)機(jī)安裝特點(diǎn),風(fēng)機(jī)安裝可能存在以下主要風(fēng)險(xiǎn):

(2）安全風(fēng)險(xiǎn):風(fēng)機(jī)安裝屬于大件吊裝作業(yè),其安全風(fēng)險(xiǎn)較大。在風(fēng)機(jī)安裝過程中可能出現(xiàn)吊帶或鋼繩斷裂,吊耳或工器具損壞、碰撞引起風(fēng)機(jī)部件損壞的安全風(fēng)險(xiǎn):吊機(jī)鋼絲繩多股斷裂、吊具破損或斷裂情況導(dǎo)致高空墜物甚至傷人的安全風(fēng)險(xiǎn)等。

(2）質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn):風(fēng)機(jī)安裝要求精度高,其質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)較大。在安裝過程中可能存在塔筒螺栓力矩緊固不符合標(biāo)準(zhǔn)要求,影響風(fēng)機(jī)整機(jī)安裝質(zhì)量,嚴(yán)重時(shí)會(huì)使整臺(tái)風(fēng)機(jī)出現(xiàn)倒塌傾斜事故的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn):海上鹽霧強(qiáng)、腐蝕快,螺栓防腐未做到位,存在較大的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)等。

(3）進(jìn)度風(fēng)險(xiǎn):包括臺(tái)風(fēng)、雷暴等不可抗力的天氣因素制約風(fēng)機(jī)安裝進(jìn)度,延長項(xiàng)目整體安裝工期的風(fēng)險(xiǎn):風(fēng)機(jī)分體運(yùn)輸,部件到貨不及時(shí),工序未能有效銜接,延長安裝工期的風(fēng)險(xiǎn)等。

3風(fēng)機(jī)分體安裝技術(shù)分析

3.1施工準(zhǔn)備充分,確保安裝工作順利開展

3.2.2安裝方案的編制與審批

風(fēng)機(jī)部件體積及重量較大,其中機(jī)艙重達(dá)200多t,葉片長度超70m,其安裝方案屬于危險(xiǎn)性較大的施工方案,應(yīng)由安裝單位技術(shù)負(fù)責(zé)人組織專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行編制,并經(jīng)過專家論證審批后方可實(shí)施。此外,還需要編制施工工序卡,詳細(xì)描述安裝質(zhì)量控制要點(diǎn)、安裝風(fēng)險(xiǎn)分析及應(yīng)對(duì)措施、安裝人員及工器具布置等,在安裝前完成安全、技術(shù)交底,使安裝人員掌握風(fēng)機(jī)安裝工作流程及技術(shù)要點(diǎn)。

3.1.2風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)法蘭的安裝交接驗(yàn)收

風(fēng)機(jī)安裝前應(yīng)進(jìn)行風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)法蘭的安裝交接驗(yàn)收工作,該工作應(yīng)由工程監(jiān)理、風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)施工方、風(fēng)機(jī)安裝方、風(fēng)機(jī)供貨商共同參與完成。交接時(shí),主要對(duì)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)環(huán)上法蘭表面進(jìn)行驗(yàn)收,校驗(yàn)時(shí)應(yīng)用水準(zhǔn)儀按圓周方向均分8個(gè)點(diǎn),所得基礎(chǔ)樁垂直度、法蘭圓度及平面度均需要滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。驗(yàn)收中測(cè)量的數(shù)據(jù)及外觀情況應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)記錄,各參與方在驗(yàn)收單上簽字完成移交手續(xù)。如出現(xiàn)不符合項(xiàng),應(yīng)處理合格后再次驗(yàn)收,直至滿足要求,方可進(jìn)行風(fēng)機(jī)安裝。

3.1.3風(fēng)機(jī)部件、風(fēng)機(jī)安裝所需工器具的檢查

風(fēng)機(jī)安裝前,應(yīng)由工程監(jiān)理、風(fēng)機(jī)供貨商、風(fēng)機(jī)安裝方共同完成風(fēng)機(jī)部件的檢查驗(yàn)收工作,檢查設(shè)備表面質(zhì)量、到貨清單等內(nèi)容,避免因運(yùn)輸不當(dāng)?shù)仍斐稍O(shè)備變形、設(shè)備損傷、塔筒泡水等,影響安裝質(zhì)量和安裝工期。

風(fēng)機(jī)安裝前,風(fēng)機(jī)安裝方應(yīng)組織起重負(fù)責(zé)人對(duì)風(fēng)機(jī)安裝所必需的安裝工裝、吊索具、工器具進(jìn)行檢查,清點(diǎn)檢查各工器具是否存在損傷和變形等情況:組織安裝負(fù)責(zé)人檢查潤滑油脂、密封膠等措施材料的有效性,嚴(yán)禁使用不合格產(chǎn)品:組織電氣安裝人員對(duì)各類電動(dòng)工具和電源盤進(jìn)行檢測(cè)。各類檢驗(yàn)檢測(cè)完成后張貼合格標(biāo)識(shí),便于識(shí)別和使用。

3.2打破傳統(tǒng),創(chuàng)新安裝流程,節(jié)約工期

根據(jù)風(fēng)機(jī)安裝工效表（表1）及安裝流程圖（圖1）,可知單臺(tái)風(fēng)機(jī)安裝需要約4個(gè)有效作業(yè)窗口期。傳統(tǒng)安裝流程中存在的主要問題是在葉片與輪轂的組拼過程中,葉片與輪轂螺栓連接需要超過10h的力矩拉伸,在此期間施工船吊機(jī)處于閑置狀態(tài)。針對(duì)此種情況,可以打破常規(guī),合理調(diào)整供貨計(jì)劃和安裝工序,優(yōu)先進(jìn)行葉片與輪轂組拼,利用葉片力矩拉伸的時(shí)間吊裝塔筒和主機(jī),有效避免吊機(jī)閑置,縮短單臺(tái)安裝工期至3個(gè)有效作業(yè)窗口期。

調(diào)整后的安裝流程如圖2所示。

3.3塔筒安裝技術(shù)控制要點(diǎn)

首節(jié)塔筒吊裝前,應(yīng)進(jìn)行試吊工作,確保吊裝工況滿足要求:需要對(duì)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)法蘭用專用清洗劑清理法蘭表面灰塵和垃圾,再涂抹2圈硅酮密封膠。塔筒吊裝前應(yīng)用專用清洗劑清理塔筒表面灰塵油污,檢查塔筒內(nèi)電氣柜安裝螺栓是否松動(dòng),檢查內(nèi)部照明燈、電纜夾等安裝是否牢靠。

塔筒起吊后,吊裝過程宜緩慢平穩(wěn),防止塔筒擺動(dòng)過大造成塔筒內(nèi)部電氣柜損傷。首節(jié)塔筒在即將落到既定位置時(shí),先穿入3根螺栓進(jìn)行定位再緩慢降落,對(duì)齊法蘭面后,擰入剩余螺栓、螺母、墊圈。塔筒連接螺栓緊固力矩應(yīng)按要求分3次施加,緊固時(shí)對(duì)稱交叉進(jìn)行,緊固后以終擰值進(jìn)行校驗(yàn),校驗(yàn)完成后做好螺栓防松標(biāo)識(shí)。

塔筒吊裝過程中需要實(shí)時(shí)關(guān)注天氣變化,如遇到雷雨情況應(yīng)采取有效的防雨措施,蓋好防雨帽并做好固定。

3.4主機(jī)安裝技術(shù)控制要點(diǎn)

主機(jī)吊裝前,應(yīng)清理第4節(jié)塔筒法蘭面,清除銹跡毛刺,并在法蘭上表面內(nèi)外側(cè)涂抹專用密封膠。主機(jī)應(yīng)使用專用吊索具吊裝,吊裝前應(yīng)進(jìn)行試吊工作,確保吊具特別是吊帶的安全,調(diào)整偏航法蘭的角度方便與塔筒法蘭對(duì)接。

主機(jī)吊裝至1.5m高度左右,安裝人員需要用干凈的無紡布和專用清洗劑清理底部法蘭面的雜質(zhì)和銹跡,然后將主機(jī)與塔筒連接的雙頭螺柱擰入螺栓孔。主機(jī)與塔筒對(duì)接時(shí)應(yīng)緩慢移動(dòng)吊機(jī),直至所有螺栓穿入塔筒螺栓孔,螺栓力矩拉伸時(shí)將所有雙頭螺柱交叉、對(duì)稱先按終緊力矩的50%進(jìn)行緊固,緊固后松吊鉤,再按終緊力矩先后兩次交叉、對(duì)稱緊固并做好防松標(biāo)識(shí)。

3.5葉輪安裝技術(shù)控制要點(diǎn)

葉片吊裝采用雙機(jī)抬吊或吊梁起吊方式,吊裝過程可以通過纜風(fēng)繩控制葉片方向及平衡。待葉片接近輪轂時(shí),對(duì)好葉片與變獎(jiǎng)軸承內(nèi)圈的位置,繼續(xù)將葉片靠近輪轂,直至葉片安裝的螺栓離變獎(jiǎng)軸承10mm左右時(shí),操作變獎(jiǎng)操作箱使變獎(jiǎng)軸承內(nèi)圈轉(zhuǎn)動(dòng),使變獎(jiǎng)軸承內(nèi)圈零位孔與葉片前緣零位標(biāo)識(shí)對(duì)齊。葉片與輪轂零位對(duì)好后,啟動(dòng)吊機(jī)緩慢將葉片靠近變獎(jiǎng)軸承,使葉片螺栓及定位銷緩慢穿入變獎(jiǎng)軸承螺栓孔,直至葉根法蘭變獎(jiǎng)軸承安裝面貼合。螺栓力矩拉伸時(shí)交叉、對(duì)稱進(jìn)行,先按規(guī)定預(yù)緊力的50%進(jìn)行緊固,再按規(guī)定預(yù)緊力先后兩次交叉、對(duì)稱緊固并做好防松標(biāo)識(shí)。

葉輪組裝好后,即可進(jìn)行葉輪吊裝工作。起吊葉輪,掛在輪轂吊座上的圓形吊帶和掛在下方葉片的扁平吊帶同時(shí)上升,而下方的葉片上升速度慢于上方的2片葉片,整個(gè)過程需要保持葉片離開船甲板。同時(shí),通過將纜風(fēng)繩與船舶的地棱相連作為葉輪的纜風(fēng)裝置,施工人員根據(jù)起吊時(shí)葉輪的擺動(dòng)幅度松緊纜風(fēng)繩控制葉輪擺動(dòng)幅度,使其不因風(fēng)向改變而出現(xiàn)晃動(dòng)。葉輪吊裝至主機(jī)高度后,主機(jī)上的安裝人員通過對(duì)講機(jī)與主吊機(jī)保持聯(lián)系,指揮主吊機(jī)緩緩移動(dòng),使葉輪緩慢靠近主機(jī),并使定位銷先穿入輪轂螺栓孔,再緩慢小幅度移動(dòng)葉輪,直至所有雙頭螺柱均穿入輪轂螺栓孔且輪轂與齒輪箱止口完全貼合時(shí),吊機(jī)停止移動(dòng),此時(shí)將兩個(gè)風(fēng)輪定位銷插入齒輪箱與輪轂法蘭的孔內(nèi),用螺母鎖緊。

4結(jié)語

海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安裝是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程,影響海上風(fēng)電開發(fā)成本和安全性。伴隨著大容量風(fēng)電機(jī)組的開發(fā)與應(yīng)用以及深海海上風(fēng)電的開發(fā)與建設(shè),風(fēng)機(jī)安裝船舶逐漸緊俏,而海域環(huán)境變化多端,因此在日漸成熟的施工技術(shù)基礎(chǔ)上,針對(duì)海域特色、船舶特性、風(fēng)機(jī)特點(diǎn)等不斷探索、創(chuàng)新施工技術(shù),加快安裝進(jìn)度是十分必要的,對(duì)于節(jié)約成本等堪稱一本萬利,對(duì)于我國未來新能源項(xiàng)目批復(fù)與開發(fā)具有重要意義。