摘要：风塔的椭圆度过大对风塔安装、风塔性能存在不良影响。通过对风塔的制作过程中不同工序对椭圆度影响因素的分析，进而在影响较大的道工序中采取一定的工艺措施措施来控制椭圆度超差，提高风塔的产品质量。
关键词：椭圆度；应力；自重
近年来，在国家政策的大力扶持和业内企业的不断努力下，风力发电产业持续良好发展势头。风力发电已成为继煤电和水电之后的第三大主力电源。风塔的制作质量影响风塔的安全使用性与寿命，其中塔架垂直度、平行度及同轴度、椭圆度、错 边量控制、法兰平面度、钢板焊接及防腐等各个生产环节的质量对风塔整体的质量影响尤为重要。
1椭圆度对质量的影响
由于椭圆度的存在，在外力作用下，要降低塔筒的稳定性。过大的塔段椭圆度会时塔筒内部内件间的尺寸发生改变导致结构无法顺利安装，同时过大的法兰椭圆度也要影响到塔架的安装，在安装时由于螺栓无法对准，造成塔架安装困难。因此保证钢管椭圆度不大于某一定值是必要的。在《GB/T 19072-2010风力发电机组塔架》中规定塔架中任何一个位置的椭圆度（Dmax-Dmin）/Dnom<0.005，法兰的内径Dmax-Dmin不大于4mm。
2塔架椭圆度的影响因素分析
塔架的生产经过下料、卷圆、纵缝焊接、回圆、筒节组对、环缝焊接、储存、运输等工序，在这些工序中或多或少对椭圆度有不同程度的影响。
1.1在下料工序中会因为火焰切割时产生一定的应力引起变形，对椭圆度存在一定影响，但影响较小且目前没有有效的方法对其测量。
1.2卷圆工序对椭圆度有直接影响，当卷圆时的实际曲率与理论曲率相差较大时，卷圆的端部在自然状态时出现重叠或距离较远的情况，在纵缝组对时，采用外力强行组对后，筒节就会存在很大的内应力，在应力的作用下会产生一定的变形量从而影响了筒节的椭圆度。
1.3伴随着纵缝焊接会产焊接应力，当应力达到一定程度时，就会产生角变形、收缩变形。通过这些变形将焊缝的内应力传递到筒节上，影响了整个筒节的应力分布。在不同大小应力作用下，将会产生不同程度的变形，导致椭圆度变差。
1.4在实际生产中，回圆分为局部回圆和整体回圆。局部回圆通过三辊卷板机的辊轴顶压焊缝位置，校正焊缝处的棱角度；整体回圆则是在局部回圆的基础上，将整个筒节在卷板机上按照调节好的曲率值卷制多遍。局部回圆采用顶压的方式校正棱角度，由于局部受力而产生变形，如顶压量适当将会中和焊接变形带来的内部应力，同时达到校正棱角度和消除焊接对筒节内部应力的影响改善椭圆度。整体回圆除了具有局部回圆的特点外，还因为整体在卷板机上卷制，释放了前道工序产生的内部应力，使筒节的椭圆度更小。
1.5筒节组对时，两筒节肯定存在周长不一致、椭圆度、椭圆方位不一致的情况。为了方便装配和避免错边量过大装配时比如会采取外力组对，在外力组对后内部必会形成复杂的应力情况，对椭圆度影响很大。
1.6环缝焊接对椭圆度也有着一定的影响，由于环缝上的应力大小不同，焊接的变形量会不同。
1.7筒节由于存在自重，自重对直径较大、壁厚较薄的筒体在堆放时会影响椭圆度。当筒节直径不变，壁厚越大时，筒体因自重产生的椭圆度减小；筒体厚度不变，内径越大时，筒体因自重产生的椭圆度越大，随着筒体内径的增大，自重对椭圆度的影响越明显且有可能超出规定的范围进而影响筒体的组对和质量。
1.8塔段完工后存储时，也同样会因为自重产生一定的影响。特别是长时间存储时影响更大。塔段在存储时，筒体必须要与地面之间有一定的高度。支撑点的位置对椭圆度对椭圆度影响最大。
3塔筒椭圆度控制
1.1卷圆控制
卷圆前须准备合适的圆弧检验样板，样板的弦长不得小于600mm。筒节直径≥4500mm时，样板的弦长≮800mm。
端部200~300mm经预弯并用检验样板检查合格后，调整侧辊（4辊卷板机）或上辊（三辊卷板机）逐渐加大卷圆曲率反复卷制端部一定长度的圆弧，先期卷制长度为1000~1500mm，可以既保证顺利用样板检查，又可以避免自重引起的测量偏差。样板检测时在卷制过程中不断用卷圆样板检查，样板与筒内壁的间隙小于3mm。在卷圆到一半时，用支架或吊车将筒节支撑或吊起，避免因自重使卷圆曲率发生变化。在卷制过程中应不断用样板检查曲率情况，在检查曲率时需要考虑自重引起的曲率改变的现象，特别是壁厚较薄、直径较大的筒节一般因自重会使曲率改变测量处的测量曲率变小。
1.2焊接控制
纵缝通过坡口的设计及焊接顺序的优化可以避免筒节出现过大的角变形，产生过大的棱角度。坡口选择上尽量选择对称坡口，尤其是筒壁较厚的筒节。焊接顺序上也应做到对称焊接。
1.3回圆控制
当棱角度0.1t+1mm＜E≤0.1t+3mm时，采用局部回圆，棱角度E＞0.1t+3mm需采用整体回圆。回圆需要用检验样板检测曲率，为避免自重引起的弹性变形对椭圆度的影响，通过旋转筒体，对筒体进行多点测量，每个测量点都放置在筒体的下方。通过测量每处样板与筒壁间的间隙差小于1mm为合格。整体卷圆要求将筒节重复卷制至少2圈以上。
1.4椭圆度测量
椭圆度测量时，现将纵缝旋转至6点钟位置，在1、5点用激光测距仪测量长度，然后逆时针旋转90°测量2，4点，最后将筒体顺时针旋转30°测量3点。将测量的数据按照标准规定的椭圆度计算方法计算，确保合格后方可流入下道工序。
1.4组对控制
筒节组对成塔筒时，通常采用卧式组对。卧式组对前必须先测量两筒节的周长，由两筒节的周长差算出平均错边量。在组对时使错边量尽量一致，避免到装配结尾出现错边过大而采用强行装配。
1.5存储控制
筒节存放时间较短时，筒节自重对椭圆度影响不大无需采取任何措施，如存放时间较长时，每隔2周将筒节旋转90°后继续存放。
塔段存放时将支撑点放置在刚度较强的焊缝处，减轻塔筒自重对椭圆度的影响，如支撑点放置在法兰处，必须在法兰处用米字撑固定法兰口后方可存放。
4.结语
通过在制作工序的控制使筒体内部应力降低，再经过回圆消除应力可以有效减少椭圆度值。在储运时选择合适的方法避免自重对椭圆度的影响。通过这些措施达到了保证塔架椭圆度符合规范要求，确保了现场安装的顺进行。
参考文献：
[1] GB/T 19072-2010风力发电机组 塔架[S]，全国风力机械标准化技术委员会
[2] 王咏梅等，自重对椭圆度影响的有限元分析[J]，现代制造工程，2016（7）86-89，75
[3] 窦建荣，风电塔筒的卷制和装配工艺研究[J]，科技创新与应用，2017（16）28，29
作者简介：
吴晓建（1979-），男，江苏南通人，工程师，电话：0513-86617883，电子邮箱：dentest@163.com
论文作者:吴晓建
论文发表刊物:《电力设备》2018年第1期
论文发表时间:2018/5/31
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