中交一航局总承包工程分公司 天津市 300457
摘要：本文论述了某陆上风场折断的风电机组叶片的整体拆卸方法。根据机位的实际情况，采用了叶片与轮毂整体式拆卸的方案对风电机组进行更换。过程中解决了吊装平台修筑、破损叶片切割、叶轮盘车、叶片变桨、叶轮起吊、溜尾及翻身等难题，成功拆卸并安装，为类似情况提供了参考。
关键字：吊装平台;叶轮;整体式拆卸;叶片切割;盘车;变桨;平衡梁;溜尾;翻身
一 工程概括
某陆上风电场2.0兆瓦型风力发电机组，塔筒高度80米，叶轮直径111米，单叶片重量为11吨，轮毂重量为20吨，机舱重量为85吨。某一台风机单叶片在距离根部约5米处折断，折断后叶轮呈“倒Y型”，折断叶片损坏严重，撕扯成片，风机已停止工作。
经厂家现场检查，另两叶片外形完好，内在强度未受损失；经检测，风机基础及塔筒结构未受损，仍可使用；机舱的偏航系统无故障，但机舱内供电系统已受到不同程度损坏，需通过外接电源才能实现机舱偏航；机舱内齿轮箱未咬死，理论上叶轮可以盘车，但无法正常电动盘车，需通过外力提拉叶片才可操作。
二 方案比选
为尽快恢复运营，减少经济损失，需快速拆除原机舱和原叶轮并更换新机组。施工的难点和关键点在于叶轮的拆卸。拆卸叶轮的方案有整体式和分体式两种，整体式方案：叶片和轮毂不分离，作为一个整体拆卸。分体式：先单独拆除每个叶片，然后再拆除轮毂。
五 施工方法总体概述
首先结合现场周边环境，考虑树木、地埋电缆、河道及380伏电力线等影响因素，填筑吊车吊装平台，并进行地基承载力检测和吊车试吊等试验，确保能满足吊车站位条件。吊车站好位后，需先对损坏的叶片进行空中分片切割，确保整体拆卸不受影响。切割完成后，采用500吨吊车对叶轮进行盘车，然后在机舱内由人工松叶轮连接螺栓。然后利用外接电源对两片完好叶片进行变桨，变到叶轮原来吊装时的状态，即叶轮拆卸下来翻身成水平后，叶片PS面朝下(吊带受力点在PS面)。设计制作平衡梁，用作叶轮整体拆卸的扁担，在变桨完成后利用500吨吊车作主吊，两台300吨吊车作辅吊，辅助叶轮溜尾翻身。整体缓慢下落至已准备好的叶轮工装上。接着拆除损坏机舱，分片拆除破损叶轮并组装新叶轮，最后重新吊装新机舱及新叶轮。
六 重难点分析及解决措施
本工程施工场地狭小、环境影响因素多、施工难度大、安全风险大，必须周密规划、进行充分计算和论证、准备切实可行的措施。
1 吊装平台的修筑及相关计算
由于施工现场场地狭小，影响因素多，大型吊车没有可作业的平台，安全风险极大。为了确保拆卸吊装能安全进行，主要采取以下措施：
(1)平台修筑及承载力计算。根据现场勘查，在堤坝两侧加修吊装平台，修建东侧场地（包含堤坝在内）尺寸为40米*25米，西侧10米*10米*3米，东西平台连接道路25米*5米*1米，中间堤坝为5米宽路面，堤坝南侧为该风机机位，机位一侧有地埋电缆以及河道，河道南侧有380伏电力线，堤坝北侧有树林和高压线，因河道不能回填，出于安全考虑，将大堤北侧高压线移除用于修筑平台。平台必须填充渣料后反复压实，在两条履带下方以及吊车行走区域铺设标准的路基板以增加地面的承载力。500吨履带吊支腿下共铺设12块路基箱，每块路基箱尺寸为6米×2米×0.2米，每块路基箱重约8吨。平台地基承载力计算以重量最重的机舱(85吨)吊装为例，500吨履带吊自身重量为460吨，综合偏载系数取1.5，动载荷系数1.1， 500吨履带吊站位对地压力约为900.9吨。吊装时对地压强约为6.93吨/平方米。
(2)吊车试吊。履带吊组装完成后，起吊20吨配重，趴杆至性能表上指定半径，起升至距离地面2米高度时静止5～10分钟，然后主吊车吊着重物缓慢向左或者向右转杆，分别在90度、180度、270度、360度四个位置静止5～10分钟，主吊车500吨转杆和静止过程中安排专人观察吊装重物一侧地面的下沉情况，未发现地面下沉，地基承载力符合吊装要求。
2 破损叶片切割
损坏叶片在风力作用下劈成四片，部分甚至被吹落，根部5米范围内未损坏。切割时有三个难题。第一：损坏叶片竖直向下，与塔筒平行并近贴塔筒，切割难度较大，另外切割部分若坠落可能破坏承台上的箱式变压器。切割前利用500吨吊车先提拉完好叶片2进行盘车，使待切割部分处于有河一侧，确保破损叶片处于自由下坠的状态，再切割。第二：叶片主骨架由大梁、辅粱组成，主要材料为玻璃钢加特殊材料，严禁在弯折处切割，切断瞬间大梁会产生很大应力，非常危险。第三：如果叶片重量过重，在切断瞬间对吊机吊钩会有瞬间冲力，不利于安全。
因此，切割分片分段进行，共四段，每片分为两段。切割均按先下后上的顺序进行。每次切割时，先在切割线往下1米处切出两个榫口，两侧各一个，利用吊带挂住榫口，吊车稍带吃力，切断时，由吊车缓慢落向地面。
经现场统计，风力作用下自动脱落的重约2吨，切割部分重约4.5吨，未损坏部分重约4.5吨，其中切割部分单片最重为1吨，有效保证了吊车在起吊过程中的作业安全。
3 叶轮松螺栓
因叶轮无法电动盘车，轮毂与主轴连接螺栓(54颗)不能一次性拆除，只能拆除上面1/3，还有2/3位于下方，下面空间较小，工人和工具都无法操作。利用500吨吊车先兜住完好叶片1的重心位置作为辅助力量缓慢地向上提拉叶片，使其转动60度，然后机舱内工人先将叶轮锁死，防止叶轮晃动，再将主轴下方露出的螺栓拆除，接着工人松掉叶轮锁紧销，500吨吊车兜着叶片缓慢松钩，直至叶片恢复到斜向下位置。500吨吊车松掉吊带兜住完好叶片2缓慢提升，锁好叶轮锁紧销，再将主轴下方剩余螺栓拆除，最后500吨吊车缓慢松钩使叶轮恢复到“倒Y型”位置，保留上方的螺栓，待叶轮起吊时再拆除。
4 叶片变桨
叶片盘车结束后，叶片的受力面与水平面垂直。若起吊翻身平躺时，叶片面平行于地面，叶片面在300吨辅助吊车吊带作用下受力薄弱，可能导致叶片拉裂或折断。因此，需要受力面垂直于地面，需通过叶片变浆来实现这种状态。损坏的机舱内未通电，一旦通电变桨，可能造成瞬间震动，发生危险，同时变浆有可能造成叶片相关数据丢失。因此，叶片变桨只能通过人工变桨来实现，发电机组厂家制作了专业变桨工装。由于叶轮下落翻身时，两完好叶片的吊点受力过大会导致叶片折断，所以变桨角度需在现有的状态下变桨90度。
5 叶轮整体拆卸
变桨完成后准备整体拆卸叶轮，主要有以下重难点：
(1)主吊吊点的设置。主吊车通过平衡梁起吊，平衡梁通过吊带与叶轮连接，为保持平衡，吊点必须设置在重心点上，且吊带的捆绑必须对称，确保拆卸下方全过程平稳。由于叶轮可手动盘车，叶轮可呈“正Y型”和“倒Y型”两种状态，由于“正Y型”起吊时，尤其是与机舱分离瞬间以及翻身时会产生晃动，甚至产生翻转，发生意外。当采用“倒Y型”，可设计一平衡梁，该梁可充分利用损坏叶片根部捆绑，减小晃动，可平稳下落。故选择“倒Y型”挂钩，下落翻身。
(2)平衡梁的设计。设计平衡梁，与吊带组成起吊的工装系统。平衡梁主要制作材料是40a双槽钢、钢板等材料，采用全焊接方式。平衡梁采用工字钢和槽钢焊接。两端上下分别设置四个吊耳，上方两个吊耳用卸扣连接钢丝绳作为500吨履带吊吊装风轮的吊点，下方两个吊耳分别用卸扣连接扁平吊带捆绑索紧斜向下的两个叶片靠近轮毂导流罩2米内位置。设计时按《钢结构设计规范》（GB50017-2003）进行相关受力计算。考虑到该梁是独立自由杆件，没有固定支点和约束，在吊装过程中不会产生由外荷载引起的内力。因此，计算时只考虑由于吊装过程中，平衡梁引起的内力。
起吊时，在工装与叶根接触面包裹橡胶皮增加摩擦力。500吨履带吊起吊使得平衡梁上下都受力，再检查钢丝绳和吊带是否受力均匀，确认无误后，机舱内施工人员拆除剩余主轴连接轮毂螺栓。
(3)缓冲装置。由于风轮与风机主轴有5度仰角，当500吨履带吊趴杆起钩与两台300吨汽车吊溜尾涨杆起钩配合将主轴与轮毂连接的最后一颗螺栓拆卸掉时，使得风轮与主轴脱离，脱离瞬间，叶轮从机舱突然移出，会产生较大的晃动，甚至碰撞，因此需设置一个缓冲装置，确保安全移出。主要采取两个方法来缓冲。一是，在已损坏的机舱上切4个孔，分别装上4根导链连接叶轮，作为缓冲装置，最后一个螺栓拆除后，叶轮缓缓水平移出，起到缓冲作用。二是，在两个完好叶片上设置两条固定的缆风绳，地面施工人员要根据实际情况把好两条缆风绳，从而减小风轮与主轴脱离瞬间的晃动。
(4)溜尾和翻身时辅助吊车吊点的确定。整体拆卸时，500吨主吊车吊装风轮与两台300吨汽吊配合缓慢将风轮由立面溜尾成平面后缓慢落在专用支架上，整个过程，两个完好叶片溜尾和翻身的受力点无法确定，特别是外形完好的叶片本身的强度是否收到损失，直接关系到原受力点是否能满足受力要求。经过厂家检测，两个外形完好的叶片内在强度未受损失，可根据厂家提供的原叶片的相关参数计算受力点，由此计算得出：单叶片全长54.8米，溜尾吊点设置在距根部31.88米处。吊装时叶轮平衡后，经吊车实测，两叶片吊力分别为6吨和7吨，主吊受力34吨。
整体式拆卸方案可行，有效，成功解决了高空难题，为类似问题提供了参考。近些年，在全国提倡绿色能源的大环境下，风力发电作为绿色能源之一，尤其是陆上风电，已经发展到相当规模，国内陆上风场规模庞大，各种部件损坏情况屡有发生，该方案能为风场的维修起到一定的指导作用。
参考文献：
1、书名：《风力发电技术与风电场工程》；出版社名称: 化学工业出版社；出版时间: 2012年01月；编者: 杨校生
2、书名：《GB/T51121-2015风力发电工程施工与验收规范》；发布时间：2015年12月3日发布；发布单位：中华人民共和国住房和城乡建设部、中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局联合发布；出版社：中国计划出版社
3、书名：《JGJ276-2012 建筑施工起重吊装工程安全技术规范》；出版社：中国建筑工业出版社；发布时间：2012年01月11日
论文作者:刘春
论文发表刊物:《基层建设》2017年2期
论文发表时间:2017/4/17
标签：叶片论文; 叶轮论文; 吊车论文; 机舱论文; 螺栓论文; 受力论文; 轮毂论文; 《基层建设》2017年2期论文;