CN104526282B - 一种大型浮式风电站塔筒的建造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大型浮式风电站塔筒的建造方法，塔筒包括底部筒节、中部筒节、顶部筒节，塔筒通过底部筒节、中部筒节、顶部筒节这三个部分依次焊接而成，中部筒节由若干个相同的中部筒节环段依次焊接而成，顶部筒节包括若干个相同的顶部筒节环段依次连接而成；本方法可使建造周期大大缩短、建造难度显著降低、建造精度明显提高、经济效益和社会效益十分可观。

Description

一种大型浮式风电站塔筒的建造方法

技术领域

本发明涉及一种建造方法，特别涉及一种大型浮式风电站塔筒的建造方法，属于电力设备技术领域。

背景技术

煤、天然气、石油及核能等非可再生能源是目前世界能源供应的主要形式，但所带来的环境污染(大气污染、核残料辐射污染等)不容乐观。而风能作为一种清洁的可再生绿色能源，开发效率高，经济性好，具有大规模开发条件和商业化前景，越来越受到世界各国的重视。随着全球经济的发展，风能市场也迅速发展起来。近几年来，世界风能市场每年都以40％的速度增长。预计未来20-25年内，世界风能市场每年将递增25％。

如今，风电场主要分布在陆地和近海区域。陆上风电场起步较早，发展比较成熟，但存在严重的用地矛盾、噪声污染、优良场址已逐渐开发完毕等问题，风电的开发逐渐向海上转移。海上风力资源丰富，比陆地风力发电量大。通常，离岸10km的海上风速要比沿岸陆上高出25％。深海区域的风力资源比近海区域更为丰富，据统计，美国海域在水深60—900m处的海上风力资源达到1533GW，而近海0～30 m的水域只有430GW，这意味着海上风力发电发展前景广阔。目前，浮式风电站将逐步成为今后世界可再生能源领域发展的重点方向。作为新兴的海上风力发电装备，大型浮式风电站塔筒的制造及维护技术成为制约着该装备大规模应用的主要障碍。

目前对于此类直径超过6 m的塔筒的建造一般采用分段串联建造法，具体工艺方法如下：

1.将塔筒根据制造企业能够采购到的钢板长度（一般12 m~16m）,结合生产车间的起吊能力，延塔筒的高度方向对塔筒进行分段划分。

2.每个分段延塔筒的中轴线，按照一定角度（如15°、30°、45°）拆分成若干带有内部加强结构的曲面片体，在专用胎架上进行制作，并进行曲面片体之间的拼接，形成分段。

3.对每个筒节分段进行焊缝检测及分段报验，然后进行分段涂装。

4.在总组场地搭设专用的门式焊接塔架，依此完成每个塔筒分段的合拢焊接工作。

5.进行整个风电站塔筒的密性试验、完工报验，完成整个塔筒的最后一次涂装补涂工作。

现有技术中这种塔筒的建造方法具有如下不足：

1)此种加工方式耗费人力，建造周期长，精度差；

2)塔筒在生产过程中对生产场地的占用较为严重；

3)由于大量的环形焊缝由手工焊接完成，焊接质量难以控制；

4)内部加强构件的制作精度以及塔筒外围板的同心度难以保证；

5)单个塔筒分段在建造过程中需要多次吊装、翻身。

发明内容

本发明的目的是提供一种大型浮式风电站塔筒的建造方法，本方法可使建造周期大大缩短、建造难度显著降低、建造精度明显提高、经济效益和社会效益十分可观。

本发明通过以下技术方案予以实现：

一种大型浮式风电站塔筒的建造方法，塔筒包括底部筒节、中部筒节、顶部筒节，塔筒通过底部筒节、中部筒节、顶部筒节这三个部分依次焊接而成，中部筒节由若干个相同的中部筒节环段依次焊接而成，顶部筒节包括若干个相同的顶部筒节环段依次连接而成；

塔筒的建造方法包括以下步骤：

1)钢板表面预处理：首先对制造所用钢板进行质量调查，确定钢板表面被腐蚀程度等级，后通过抛丸除锈处理，再进行喷涂底漆，满足制造要求；

2)钢板边缘切割：采用龙门式数控火焰或等离子弧切割机进行钢板切割，并按要求开设焊接坡口，并按要求检验钢板的下料质量；

3)制作底部筒节：底部筒节包括底板、中组立、底部外围板，中组立包括纵横T型材和加强肘板；

a．制作底板：底板由若干块钢板拼接而成，在其表面焊接数个加强筋；

b．制作中组立：按照要求制作若干根T型材，将其按照纵横的形式焊接制作纵横T型材，并在纵横T型材的上、下表面焊接若干个加强肘板；

c．制作底部外围板：由于底部外围板的直径较大，普通热扎钢板无法满足其圆周要求，必须拼接钢板制作，可采用高效埋弧焊工艺方法或龙门式自动焊装备进行底部外围板的拼接；将拼接后的底部外围板进行滚圆加工；

d．制作底部筒节：以步骤a中的底板为建造基面，将步骤b中的中组立安装在底板的表面上，然后将步骤c的底部外围板散贴在中组立的外侧，即完成了底部筒节的制作；

4)制作中部筒节环段：中部筒节环段包括单元筒节一、单元筒节二、嵌补T型材，单元筒节一包括两块中部外围板和一个弧形T型材，所述单元筒节二包括两块中部外围板和两个弧形T型材；

a．制作中部外围板：中部外围板为半圆形结构板材，可参照步骤3中制作底板的方法拼接中部外围板；将拼接后的中部外围板进行滚圆加工；

b．制作弧形T型材：弧形T型材为内部加强结构，先制作若干个小的T型材部件，然后在样台上拼焊、校样，形成长的弧形T型材；

c．制作嵌补T型材：嵌补T型材也为弧形结构，在样台上焊接、校样，形成短的嵌补T型材；

d．制作单元筒节一：在每块中部外围板的内表面的高度方向的某处焊接一个弧形T型材；将两块焊有弧形T型材的中部外围板的两端焊接连接形成一个整圆，此时两个弧形T型材首尾不相接，形成两个缺口，在缺口处各焊接一块嵌补T型材，单元筒节一制作完成；

e．制作单元筒节二：在每块中部外围板的内表面的高度方向的某两处焊接两个弧形T型材；将两块焊有弧形T型材的中部外围板的两端焊接连接形成一个整圆，此时每两个弧形T型材首尾不相接，形成四个缺口，在缺口处各焊接一块嵌补T型材，单元筒节二制作完成；

f．制作中部筒节环段：将步骤d制作的单元筒节一和步骤e制作的单元筒节二放在焊接滚轮架上沿轴向组对焊接形成标准的中部筒节环段；

5) 制作顶部筒节环段：顶部筒节环段包括单元筒节三、嵌补T型材，单元筒节三包括顶部外围板和顶部弧形T型材；

a．制作顶部外围板：参照步骤4中制作中部外围板的方法拼接顶部外围板；将拼接后的顶部外围板进行锥度滚圆加工；

b．制作顶部弧形T型材：顶部弧形T型材为内部加强结构，先制作若干个小的T型材部件，然后在样台上拼焊、校样，形成长的顶部弧形T型材；

c．制作单元筒节三：参照步骤4中制作单元筒节一的方法制作；

d．制作顶部筒节环段：将步骤c制作的单元筒节三放在可调角度式焊接滚轮架上沿轴向组对焊接形成标准的顶部筒节环段；

6)、检测：将步骤3制作的底部筒节、步骤4制作的中部筒节环段、步骤5制作的顶部筒节环段进行焊缝无损检测和精度尺寸检测；

7)、涂装：将步骤3制作的底部筒节、步骤4制作的中部筒节环段、步骤5制作的顶部筒节环段进行涂装；

8)、总装：运用大型立柱-横梁操作机和在轨道上可移动的滚轮架将步骤3制作的底部筒节、步骤4制作的中部筒节环段、步骤5制作的顶部筒节环段依次组对焊接，使塔筒达到要求的长度，内部焊缝采用特殊结构的小车式自动焊机完成；

9)、检测：对步骤8总装完成的塔筒的各个环段进行连接处的焊缝进行无损检测和精度尺寸检测；

10）、密性试验：对塔筒整体进行密性试验；

11）、清洁、涂装：对塔筒整体进行清洁工作，并进行合拢缝补涂及剩余涂装；

12）、制造完工。

本发明通过以下技术方案进一步实现：

前述的一种大型浮式风电站塔筒的建造方法，步骤1中抛丸除锈的标准需达到以下要求：钢材表面处理的清洁度达到ISO8501—1的Sa2.5级或以上标准。

前述的一种大型浮式风电站塔筒的建造方法，步骤1中喷涂底漆，需确保漆膜平均膜厚能达到10～15μm，且膜厚还应均匀，无漏喷点。

前述的一种大型浮式风电站塔筒的建造方法，步骤11的涂装说明如下：一般应在4h内喷涂，如在晴天和较好的大气条件下，最长也不得超过12h，涂装采用高压无气喷涂，前后层成90°或45°交叉喷涂；喷涂应采用先里后外、先上后下、先左后右、先难后易、纵横交错的施工方法，另外必须对焊缝、反面、棱角等不易喷涂到的部位先行喷涂一次后再进行全面的喷涂。

前述的一种大型浮式风电站塔筒的建造方法，每个单元筒节三的顶部外围板通过锥度过渡连接。

本发明的建造方法中把塔筒划分为若干个结构相似、制造工艺相同的环形筒节单元，极大的提高了中间产品的可替代率和批量化建造的效率；本发明采用焊接滚轮架，提高了塔筒分段的焊接效率和焊接质量，有力地控制了焊接变形和塔筒本身的结构变形，为整个塔筒的精度控制提供可靠保障；本发明将底部筒节、中部筒节环段、顶部筒节环段单独分开，可同时建造，改串联式建造为并联式建造，可明显缩短塔筒的建造周期；本发明对于施工人员技术水平并无特殊要求，为企业的多元化发展具有经济效益；每个塔筒单元在建造过程中只需进行1至2次翻身，整个塔筒的建造过程中的起吊、翻身次数相比传统建造方法显著减少，这不仅降低了塔筒的建造难度，还降低了吊装作业时发生事故的概率。

本发明的优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释，这些实施例，是参照附图仅作为例子给出的。

附图说明

图1 是本发明的大型浮式风电站塔筒的三维图。

图2 是本发明的大型浮式风电站塔筒分段划分的示意图。

图3 是本发明的大型浮式风电站塔筒建造的主流程示意图。

图4 是本发明的大型浮式风电站塔筒的底部筒节制作示意图。

图5是本发明的大型浮式风电站塔筒的中部筒节环段示意图。

图6是本发明的大型浮式风电站塔筒的顶部筒节环段示意图。

图7是本发明的大型浮式风电站塔筒筒身接长总装流程的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明，本实施例的塔筒直径最大处达到12m，塔筒的总高度为98m。

如图1、图2所示，塔筒1包括底部筒节P1、中部筒节3、顶部筒节4，塔筒1通过底部筒节P1、中部筒节3、顶部筒节4这三个部分依次焊接而成，中部筒节3由9个相同的中部筒节环段P2-P10依次焊接而成，顶部筒节4由4个相同的顶部筒节环段P11-P14依次连接而成；

如图3所示，塔筒1的建造方法包括以下步骤：

1)钢板表面预处理：首先对制造所用钢板进行质量调查，确定钢板表面被腐蚀程度等级，后通过抛丸除锈处理，钢材表面处理的清洁度达到ISO8501—1的Sa2.5级的标准，再进行喷涂底漆，需确保漆膜平均膜厚能达到10～15μm，且膜厚还应均匀，无漏喷点；满足制造要求；

2)钢板边缘切割：采用龙门式数控火焰或等离子弧切割机进行钢板切割，并按要求开设焊接坡口，并按要求检验钢板的下料质量；

3)如图4所示，制作底部筒节P1：底部筒节P1包括底板21、中组立22、底部外围板23，中组立22包括纵横T型材221和加强肘板222；

a．制作底板21：底板21由若干块钢板拼接而成，在其表面焊接数个加强筋；

b．制作中组立22：按照要求制作若干根T型材，将其按照纵横的形式焊接制作纵横T型材221，并在纵横T型材221的上、下表面焊接若干个加强肘板222；

c．制作底部外围板23：由于底部外围板23的直径较大，普通热扎钢板无法满足其圆周要求，必须拼接钢板制作，可采用高效埋弧焊工艺方法或龙门式自动焊装备进行底部外围板23的拼接；将拼接后的底部外围板23进行滚圆加工；

d．制作底部筒节P1：以步骤a中的底板21为建造基面，将步骤b中的中组立22安装在底板21的表面上，然后将步骤c的底部外围板23散贴在中组立22的外侧，即完成了底部筒节P1的制作；

4)如图5所示，制作中部筒节环段P2-P10：中部筒节环段P2-P10包括单元筒节一311、单元筒节二312、嵌补T型材313，单元筒节一311包括两块中部外围板314和一个弧形T型材315，单元筒节二312包括两块中部外围板314和两个弧形T型材315；

a．制作中部外围板314：中部外围板314为半圆形结构板材，可参照步骤3中制作底部外围板23的方法拼接中部外围板314；将拼接后的中部外围板314进行滚圆加工；

b．制作弧形T型材315：弧形T型材315为内部加强结构，先制作若干个小的T型材部件，然后在样台上拼焊、校样，形成长的弧形T型材315；

c．制作嵌补T型材313：嵌补T型材313也为弧形结构，在样台上焊接、校样，形成短的嵌补T型材313；

d．制作单元筒节一311：在每块中部外围板314的内表面的高度方向的中间处焊接一个弧形T型材315；将两块焊有弧形T型材315的中部外围板314的两端焊接连接形成一个整圆，此时两个弧形T型材315首尾不相接，形成两个缺口316，在缺口316处各焊接一块嵌补T型材313，单元筒节一311制作完成；

e．制作单元筒节二312：在每块中部外围板314的内表面的高度方向均布焊接两个弧形T型材315；将两块焊有弧形T型材315的中部外围板314的两端焊接连接形成一个整圆，此时每两个弧形T型材315首尾不相接，形成四个缺口316，在缺口316处各焊接一块嵌补T型材313，单元筒节二312制作完成；

f．制作中部筒节环段P2-P10：将步骤d制作的单元筒节一311和步骤e制作的单元筒节二312放在焊接滚轮架上沿轴向组对焊接形成标准的中部筒节环段P2-P10；

5) 如图6所示， 制作顶部筒节环段P11-P14：顶部筒节环段P11-P14包括单元筒节三411、嵌补T型材313，单元筒节三411包括顶部外围板412和内部弧形T型材413；

a．制作顶部外围板412：参照步骤4中制作中部外围板314的方法拼接顶部外围板412；将拼接后的顶部外围板412进行锥度滚圆加工；

b．制作内部弧形T型材413：先制作若干个小的T型材部件，然后在样台上拼焊、校样，形成长的顶部弧形T型材413；

c．制作单元筒节三411：参照步骤4中制作单元筒节一311的方法制作；

d．制作顶部筒节环段P11-P14：将步骤c制作的单元筒节三411放在可调角度式焊接滚轮架上沿轴向组对焊接形成标准的顶部筒节环段P11-P14，每个单元筒节三411的顶部外围板412通过锥度过渡连接；

6)、检测：将步骤3制作的底部筒节P1、步骤4制作的中部筒节环段P2-P10、步骤5制作的顶部筒节环段P11-P14进行焊缝无损检测和精度尺寸检测；

7)、涂装：将步骤3制作的底部筒节P1、步骤4制作的中部筒节环段P2-P10、步骤5制作的顶部筒节环段P11-P14进行涂装；

8)、如图7所示，总装：运用大型立柱-横梁操作机和在轨道上可移动的滚轮架将步骤3制作的底部筒节P1、步骤4制作的中部筒节环段P2-P10、步骤5制作的顶部筒节环段P11-P14依次组对焊接，使塔筒1达到要求的长度，内部焊缝采用特殊结构的小车式自动焊机完成；

9)、检测：对步骤8总装完成的塔筒1的各个环段连接处的焊缝进行无损检测和精度尺寸检测；

10）、密性试验：对塔筒1整体进行密性试验；

11）、清洁、涂装：对塔筒1整体进行清洁工作，并进行整体涂装，一般应在4h内喷涂，如在晴天和较好的大气条件下，最长也不得超过12h，涂装采用高压无气喷涂，前后层成90°或45°交叉喷涂；喷涂应采用先里后外、先上后下、先左后右、先难后易、纵横交错的施工方法，另外必须对焊缝、反面、棱角等不易喷涂到的部位先行喷涂一次后再进行全面的喷涂。

12）、制造完工。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。

Claims (5)

1.一种大型浮式风电站塔筒的建造方法，其特征在于：所述塔筒包括底部筒节、中部筒节、顶部筒节，塔筒通过底部筒节、中部筒节、顶部筒节这三个部分依次焊接而成，塔筒延高度方向存在直径的变化、过渡，所述中部筒节由若干个相同的中部筒节环段依次焊接而成，所述顶部筒节包括若干个相同的顶部筒节环段依次连接而成；

所述塔筒的建造方法包括以下步骤：

1)钢板表面预处理：首先对制造所用钢板进行质量调查，确定钢板表面被腐蚀程度等级，后通过抛丸除锈处理，再进行喷涂底漆，满足制造要求；

2)钢板边缘切割：采用龙门式数控火焰或等离子弧切割机进行钢板切割，并按要求开设焊接坡口，并按要求检验钢板的下料质量；

3)制作底部筒节：所述底部筒节包括底板、中组立、底部外围板，所述中组立包括纵横T型材和加强肘板；

a．制作底板：底板由若干块钢板拼接而成，在其表面焊接数个加强筋；

b．制作中组立：按照要求制作若干根T型材，将其按照纵横的形式焊接制作纵横T型材，并在纵横T型材的上、下表面焊接若干个加强肘板；

c．制作底部外围板：由于底部外围板的直径较大，普通热扎钢板无法满足其圆周要求，必须拼接钢板制作，可采用高效埋弧焊工艺方法或龙门式自动焊装备进行底部外围板的拼接；将拼接后的底部外围板进行滚圆加工；

d．制作底部筒节：以步骤a中的底板为建造基面，将步骤b中的中组立安装在底板的表面上，然后将步骤c的底部外围板散贴在中组立的外侧，即完成了底部筒节的制作；

4) 制作中部筒节环段：所述中部筒节环段包括单元筒节一、单元筒节二、嵌补T型材，所述单元筒节一包括两块中部外围板和一个弧形T型材，所述单元筒节二包括两块中部外围板和两个弧形T型材；

a．制作中部外围板：中部外围板为半圆形结构板材，可参照步骤3中制作底部外围板的方法拼接中部外围板；将拼接后的中部外围板进行滚圆加工；

b．制作弧形T型材：弧形T型材为内部加强结构，先制作若干个小的T型材部件，然后在样台上拼焊、校样，形成长的弧形T型材；

c．制作嵌补T型材：嵌补T型材也为弧形结构，在样台上焊接、校样，形成短的嵌补T型材；

d．制作单元筒节一：在每块中部外围板的内表面的高度方向的某处焊接一个弧形T型材；将两块焊有弧形T型材的中部外围板的两端焊接连接形成一个整圆，此时两个弧形T型材首尾不相接，形成两个缺口，在缺口处各焊接一块嵌补T型材，单元筒节一制作完成；

e．制作单元筒节二：在每块中部外围板的内表面的高度方向的某两处焊接两个弧形T型材；将两块焊有弧形T型材的中部外围板的两端焊接连接形成一个整圆，此时每两个弧形T型材首尾不相接，形成四个缺口，在缺口处各焊接一块嵌补T型材，单元筒节二制作完成；

f．制作中部筒节环段：将步骤d制作的单元筒节一和步骤e制作的单元筒节二放在焊接滚轮架上沿轴向组对焊接形成标准的中部筒节环段；

5) 制作顶部筒节环段：所述顶部筒节环段包括单元筒节三、嵌补T型材，所述单元筒节三包括顶部外围板和顶部弧形T型材；

a．制作顶部外围板：参照步骤4中制作中部外围板的方法拼接顶部外围板；将拼接后的顶部外围板进行锥度滚圆加工；

b．制作顶部弧形T型材：顶部弧形T型材为内部加强结构，先制作若干个小的T型材部件，然后在样台上拼焊、校样，形成长的顶部弧形T型材；

c．制作单元筒节三：参照步骤4中制作单元筒节一的方法制作；

d．制作顶部筒节环段：将步骤c制作的单元筒节三放在可调角度式焊接滚轮架上沿轴向组对焊接形成标准的顶部筒节环段；

6)、检测：将步骤3制作的底部筒节、步骤4制作的中部筒节环段、步骤5制作的顶部筒节环段进行焊缝无损检测和精度尺寸检测；

7)、涂装：将步骤3制作的底部筒节、步骤4制作的中部筒节环段、步骤5制作的顶部筒节环段进行涂装；

8)、总装：运用大型立柱-横梁操作机和在轨道上可移动的滚轮架将步骤3制作的底部筒节、步骤4制作的中部筒节环段、步骤5制作的顶部筒节环段依次组对焊接，使塔筒达到要求的长度，内部焊缝采用特殊结构的小车式自动焊机完成；

9)、检测：对步骤8总装完成的塔筒的各个环段连接处的焊缝进行无损检测和精度尺寸检测；

10）、密性试验：对塔筒整体进行密性试验；

11）、清洁、涂装：对塔筒整体进行清洁工作，并进行整体涂装；

12）、制造完工。

2.根据权利要求1所述的一种大型浮式风电站塔筒的建造方法，其特征在于：所述步骤1中抛丸除锈的标准需达到以下要求：钢材表面处理的清洁度达到ISO8501—1的Sa2.5级或以上的标准。

3.根据权利要求1所述的一种大型浮式风电站塔筒的建造方法，其特征在于：所述步骤1中喷涂底漆，需确保漆膜平均膜厚能达到10～15μm，且膜厚还应均匀，无漏喷点。

4.根据权利要求1所述的一种大型浮式风电站塔筒的建造方法，其特征在于：所述步骤11的涂装说明如下：一般应在4h内喷涂，如在晴天和较好的大气条件下，最长也不得超过12h，涂装采用高压无气喷涂，前后层成90°或45°交叉喷涂；喷涂应采用先里后外、先上后下、先左后右、先难后易、纵横交错的施工方法，另外必须对焊缝、反面、棱角等不易喷涂到的部位先行喷涂一次后再进行全面的喷涂。

5.根据权利要求1所述的一种大型浮式风电站塔筒的建造方法，其特征在于：所述单元筒节三的顶部外围板通过锥度过渡连接。