风力发电机塔架布置 [风力发电机塔架制造的质量控制]

　　【摘要】风力发电是发展清洁能源的必然选择之一，在开展风力发电工作的过程中就必须做好塔架制造的质量控制工作。本文结合风力发电机塔架制造工艺特点，提出风力发电机塔架制造过程中质量控制的相关要求，以达到质量控制的目标。
　　 【关键词】风力发电机塔架制造质量控制
　　 中图分类号： O213.1 文献标识码：A 文章编号：
　　
　　 风力发电作为一种清洁的可再生资源，具有无污染、占地少、储量大、投资短等特点，在全球范围内迅速发展起来，装机容量每年以近30%的速度递增。塔架是风力发电机组的重要支撑部位，市场潜力很大，效益可观。
　　 一、风电塔架的主要技术要求和特点
　　 风电塔架是风力发电机的关键部件之一。由于它是一个受力比较复杂的部件，加之环境条件较为恶劣，所以，对制造提出了较严格的要求。这些要求主要有下述几个方面。
　　 1、材料
　　 风电塔架用材GB/T1591-1988标准要求，主要材料化学成份与力学性能分别见表1和表2。
　　表1 化学成份
　　
　　
　　表2 力学性能
　　
　　
　　 此外，对于法兰要求整体锻造，其晶粒度、非金属夹杂物、厚度方向抗层状撕裂性能等均有要求；同时，供货状态为正火热处理。
　　 2、塔架制造的焊接要求
　　 塔架纵环焊缝必须是自动焊，并且均要在纵缝端部点焊引弧、收弧板，环缝接头要延长，不允许在一处。同时，制造厂须有经评定合格的焊接工艺来保证焊接质量。
　　 二、制作工艺要点
　　 1、制作工艺流程
　　 施工图会审→施工工艺指导书编制→材料计划编制→材料采购→原材料检验、复检→原材料喷砂→筒节下料、加工→筒节卷制→筒节组装、焊接、探伤检验→筒节修整→筒体环焊缝组装、焊接、探伤检验→筒体与法兰组装、焊接、检验→塔架附件的组装、焊接、检验→塔架整体喷砂、涂漆、检验→成品检验→包装出厂。
　　 2、施工前准备
　　 仔细审核图纸，编制施工工艺指导书。塔架壳体采取双向定尺备料，其定尺尺寸应考虑每带板的实际尺寸、焊接收缩余量、加工余量，每批次钢板复验时，满足取样要求(所用试板的长度、宽度)以及产品焊接试板的取样要求等。
　　 严格按照备料计划以及施工标准、技术规范采购、复验材料。根据施工中的工序要求，提前制备切割、组装、焊接、涂装、吊运胎具。
　　 3、塔架筒体零部件加工
　　 （1）塔架基础环加工
　　 塔架基础环由下法兰、筒体和上法兰3部分组成。其中上法兰为甲供成品件，下法兰、筒体为加工件。下法兰分6块瓦组焊，采用数控切割机切割。法兰板材厚度为60mm，为防止切割的扇面发生变形，切割过程中注意控制切割顺序;筒体为圆柱形，可以采用龙门卡或半自动切割机切割;切割过程严格控制零件的长、宽及对角线的尺寸公差，以确保零部件的质量。
　　 （2）塔架各塔段零部件加工
　　 上、中、下各塔段由上、下法兰和一些筒节组焊而成，上、下法兰均为甲供成品件，小筒节均为圆台体结构形式，为保证组装成型的法兰平面度以及每段塔段的垂直度，所有扇形材料下料必须采用数控切割机进行切割，严格控制上、下口及对角线的公差尺寸。
　　 （3）钢板坡口加工
　　 根据施工生产实际，塔架筒体纵、环焊缝坡口形式如下:当板材厚度δ≤30mm时，开单坡口;当板材厚度δ>30mm时，开不对称双坡口。坡口角度随着板材厚度的增加适当减小。
　　 用刨边机加工基础环纵、环焊缝的坡口;采用切割胎具切割扇形板四周的坡口。
　　 4、筒节卷制
　　 下料时把每个筒节内表面最少分4个等分心线，作为组对与检测基准线，并打钢印标注原材料炉批号，用记号笔标出筒节号，做好零部件标识。
　　 钢板采用数控三辊卷板机进行卷制。由于筒体大部分为圆台结构形式，卷制筒节过程中，应注意圆台体小口坡口的保护。应避免筒体接口处出现凸凹现象，注意滚板前打头加工量的控制，避免过大或过小，筒节曲率半径必须符合设计要求。
　　 筒节在卷制进程中用弦长≥1 500mm的上、下口弧形样板反复进行检查，其弧线与样板之间的间隙≤2mm。圆台外壳钢板注意检查其上、下口的曲率，其偏差亦≤2mm。
　　 筒节卷制完成后，按要求进行对接点焊，为保证焊接质量，要求在纵焊缝外侧点焊固定，其对口错边量≤2mm。由于筒径大，在下滚床时容易产生变形或胀开，所以筒节下滚床之后要在每节筒节小口处下返500mm左右加十字形支撑，以确保其圆度。
　　 5、装配
　　 筒节纵缝焊接完成，经探伤检验合格后，上滚床溜圆。检测其同轴度、圆度及上下口平行度。溜圆合格后再次进行超声波探伤，检测是否有裂纹等缺陷，合格后组对。
　　 相连接的法兰成对组合，组合后检查孔的位置，确认无误后，用备用螺栓成对均匀把合，再用连接板(在不影响焊接的前提下)里外均匀连接。
　　 组对筒节与法兰，筒节的纵缝放在两法兰孔中间。筒节与法兰要无间隙组对，合格后再组对另一筒节，组对时纵缝与已组装完的筒节相错180°。
　　 用悬臂焊机或埋弧自动焊机进行埋弧自动焊接，先焊接里坡口，外壁气刨清根，漏出焊缝坡口金属后再焊接，达到图纸要求后备用。
　　 分离两法兰，测量平面度，满足要求后组对相邻的下一筒节，纵缝相错180°，组装顺序如图1所示。两法兰与筒节先行组对焊接，合格后分离，根据焊接设备能力分别组装相邻筒节。各筒节组对时采取无间隙组对，保证各平面度(也可单个法兰与筒节组对后进行焊接)、同心度，最后组装整个塔段。
　　
　　
　　图1 筒节装配示意图
　　
　　 筒体整体焊接完成检查合格后，拆除内部所有临时支撑，在下部塔体底部相应位置打上标记，两端法兰上加上米字形支撑，并用螺栓紧固后出厂进行涂装处理。
　　 三、焊接的质量控制与塔架防腐
　　 1、焊接的质量控制
　　 塔架焊接前，须按JB/T4708—2005进行焊接工艺评定。塔筒的纵向和环向焊缝采用埋弧自动焊焊接，先焊内口，外口采用碳弧气刨清根后施焊。筒体与法兰的环向焊缝，内口采用气体保护焊，外口用磨光机打磨，去除焊接内口时留下的药皮、残渣等杂物后，采用埋弧自动焊焊接。严格控制焊接次序和焊接参数(电压、电流、速度等)，并采取相应的防变形措施，减少焊接变形，保证焊接质量。塔架的所有纵向和环向焊缝要进行100%超声波检测，焊缝表面进行100%渗透或磁粉检测。法兰与塔筒焊接可采取预留反变形等措施，保证焊后变形满足相关的要求，且不允许反向变形。
　　 2、塔架防腐
　　 风电场一般建在内陆大风地区和沿海多风地区。内陆地区风沙较大，沿海地区空气湿度大，腐蚀性强，塔架为钢制结构，防腐质量直接影响塔架的使用寿命。
　　 塔架表面除锈等级应达到GB/T8923规定的Sa2. 5级，使用对比试块检测。除锈后，应用干燥的压缩空气将表面吹净，彻底去除灰尘，并尽快涂装。塔架防腐选用防腐漆，一般分为3层:底漆、中间漆、面漆。底漆优先选用富锌环氧漆，因其附着力较强并可对塔架提供阴极保护，防腐效果好。但因底漆与塔架表面直接接触，所以涂层不易太厚，干膜厚度40~70μm为宜。中间漆选用聚酰胺环氧漆，附着力较强，干膜厚度可达到150μm以上。面漆选用聚氨酯漆，附着力较底漆和中间漆差，但外表美观，不易褪色，干燥之后硬度较强，能够抵抗风沙。每层涂装前应对上一层涂层外观进行检查，涂层应均匀一致，无皱皮、起泡、流挂、漏涂等缺陷。涂装时如发现漏涂、流挂、皱皮等缺陷应及时处理。用漆膜测厚仪测定涂层厚度，每2 m2表面应不少于1个测点，在单节塔筒的两端和中间的圆周上每隔1 m测1点， 85%的测点厚度应达到设计要求，达不到厚度的测点，其最小厚度值应不低于设计厚度的85%。
　　 总结
　　 风电塔架的制作由基础环部分、各筒节的组对、焊接、涂装等诸多工序过程组成，每一工序都有着具体的工艺流程和验收标准，只有严格按照各种工艺验收标准进行施工操作，才能得到一个优秀的产品。
　　 参考文献
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　　[2] 刘作辉. 风力发电机组塔架法兰拼焊工艺[J]. 焊接. 2007(09)
　　 [3] 王浩,王炽欣. 风电场风力发电机组塔架基础设计研究[J]. 电网与清洁能源. 2008(09)
　　注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。