CN106695252A - 一种风力发电塔架主体结构制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种风力发电塔架主体结构制作方法，包括：1)下料切割：2)坡口加工；3)筒节卷制；4)筒节纵缝焊接；5)筒节与法兰组焊；6)筒体各筒节之间环缝组焊；7)筒体成品检验；本发明工序安排合理，质量控制严格可降低劳动强度，提高制作质量和效率。

Description

一种风力发电塔架主体结构制作方法

技术领域

本发明涉及钢结构制作技术领域，尤其涉及一种风力发电塔架主体结构制作方法。

背景技术

风力发电作为一种新型可再生能源，具有清洁环保可持续发展等诸多优点。风能资源的丰富性和节能减排的迫切性，使得风电开发加速推进。我国从上世纪90年代起开始开发风电，本世纪初得到了较大规模的发展，尤其是2005年以来迅速崛起。

风力发电设备中，塔架是连接风机的重要部件,它承受了风力作用在叶轮上的推力、扭矩、弯矩、陀螺力矩、电机齿箱的振动及受力变化时的摆动等动载荷，建设风力发电机地区的环境温度低温可达-40℃左右，高温可达50℃左右。由于风的不可控性、随机性，有时瞬时变化可达70m/s以上，对塔架造成的瞬时冲击载荷很大。

此外风力发电机对其机舱仰角的要求较高，上下偏差范围很小，例如VESTAS600kw风力发电机机舱仰角为5°±24′(机械加工技术要求)。塔架的直线度、同轴度等对机舱的仰角影响很大。

目前我国风电塔架制造中存在的主要问题如下：

1)塔架筒节展开后为扇形钢板，且每个扇形钢板的半径均不相同，对扇形钢板坡口的切割效率一直未能提高；

2)筒节组对环节费时费力，效率低；

3)塔架筒体对接焊缝焊接效率及焊接质量已经成为一个技术瓶颈；

4)法兰焊后平面度、平行度容易超差。

发明内容

本发明提供了一种风力发电塔架主体结构制作方法，其工序安排合理，质量控制严格可降低劳动强度，提高制作质量和效率。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种风力发电塔架主体结构制作方法，所述风力发电塔架主体结构由自下至上依次连接的基础环、下段塔筒、中段塔筒和上段塔筒组成，基础环及各段塔筒分别制作，通过法兰连接；具体制作过程如下：

1)下料切割：

基础环及各段塔筒的本体均为圆锥形筒体，筒体由1至多个筒节组成，各筒节采用不同厚度钢板制作；

首先根据施工图将各筒节放样展开，展开后的筒节为扇形；采用数控切割机下料，数控编程时对切割、刨边、机械加工、滚圆和焊接收缩部位留加工余量；每个筒节内表面划4条等分的定位线，作为组对与检测基准线，并标记筒节号；

基础环上的椭圆孔在筒节下料后采用数控切割机加工，所有螺栓孔钻孔；

2)坡口加工；

基础环筒节的纵向、环向焊缝坡口采用刨边机加工，各段塔筒筒节的纵向、环向焊缝坡口采用半自动切割机进行加工，加工环向焊缝坡口时，半自动切割机沿与筒节扇形弧边相配合的环形轨道走行，保证切割精度；各筒节连接处钢板不等厚处按1：4加工过渡坡口；

3)筒节卷制；

各筒节分别采用三辊卷板机进行卷制，用弦长不小于1500mm的弧形样板反复检查，保证各筒节的弧度与弧形样板之间的间隙≤2mm，以保证两端对接后的筒节圆度；

筒节弧度检查合格后，在对处的坡口背面点焊固定，其对口错边量≤2mm，对接焊缝局部间隙≤3mm，以保证筒节的同轴度和上下口平行度；

4)筒节纵缝焊接；

筒节卷制完成后吊运至焊接区地面上，使纵缝处于平焊位置，用半自动埋弧焊机进行焊接；焊接前检查筒节焊接接头对口错边量≤2mm；

纵缝两端使用引弧板和引出板，引弧板和引出板的坡口形式与纵缝的坡口形式相同，长度不小于100mm；纵缝内侧坡口焊接前预留焊接反变形量，保证焊后焊缝外侧不发生苹果形凹陷；内侧焊缝焊接完成后，外侧用碳弧气刨清根后采用悬臂埋弧焊机进行焊接；

纵缝焊接完成后的纵向焊缝先经外观检查、无损探伤检测合格，再检查纵向焊缝处筒节的圆度，如有超差采用三辊卷板机对其进行溜圆；

5)筒节与法兰组焊；

筒节与法兰组装时，筒节与法兰连接的一端向上立放在操平的平面上，将法兰放置在筒节上端，保证法兰与筒节的形位公差、对接时的错边、坡口间隙符合技术文件要求，并保证筒节的纵缝位于2个法兰孔的中间位置；全部检查合格后在点焊固定；

筒节与法兰组装后放在焊接胎具上，用悬臂焊机进行内、外侧焊缝的焊接，内侧焊缝焊接完成后清根，再进行外侧焊缝焊接；

全部焊接完成后，焊缝经外观检查、无损探伤检测合格后与其它筒节组装形成筒体；

6)筒体各筒节之间环缝组焊；

筒节与筒节组装时，先将一个筒节放在可调式焊接滚轮架的可调滚轮架上，再将与之连接的另一个筒节放在固定滚轮架上，按切割时所给的定位线定位；调整可调滚轮架的4个滚轮使筒节外侧的错边、坡口间隙符合要求，然后在筒节坡口外侧点焊固定；

将组装好的2个筒节沿可调滚轮架滑动，再将另一个筒节放在固定滚轮架上与之前组装好的筒节进行组对，依此类推直至完成此段筒体所有筒节的组装；在组装好的筒体内侧相应位置打上标记，筒节与筒节对接均采用外侧对齐，筒节组装时纵向焊缝互相错开180°，其最大允许错边量dx≤2mm；

筒体组装完成后检查即筒体两端面平行度和各段筒节的同轴度，合格后方可进行环向焊缝焊接；

采用半自动埋弧焊机在筒体内部对环缝内侧焊缝进行焊接，焊接完成后在筒体外侧对环缝进行清根，清根后采用悬臂埋弧焊机焊接环缝外侧焊缝；

环向焊缝经外观检查、无损探伤检测合格；

7)筒体成品检验；

检验项目如下：

a.检测筒体任意截面的圆度偏差；

b.检测筒体两端法兰面平行度和同轴度，把弹簧秤拴在钢卷尺上，用5～10kg相同大小的力，分别测量两侧圆周上4个均布的端点到相对侧端面中心点的长度，其相对差值在2㎜以内为合格；

c.筒体任意局部表面凹凸度；

d.筒节焊接接头在环向和轴向形成的棱角；

e.法兰的平面度,用激光测平仪检查。

切割下料及坡口加工时，切割允许偏差如表1所示：

表1切割允许偏差

边缘加工允许偏差如表2所示：

表2边缘加工允许偏差

在焊接筒节纵缝时，制作符合JB4744-2000标准的筒节纵缝焊接试板，并根据不同钢板厚度、不同热处理工艺、不同炉批号制作不同的筒节纵缝焊接试板；低温塔筒的筒节纵缝焊接试板需要做低温冲击试验。

所有对接焊缝均采用焊剂垫。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)实现了扇形钢板弧边坡口的自动切割，提高了扇形钢板弧边坡口的切割质量和切割效率；

2)采用半自动组对装置组对筒体，降低了劳动强度，可减少50％以上筒节定位时间；

3)塔架筒体对接焊缝焊接时采用焊剂垫，能够使用大电流焊接，使电弧穿透能力增强，焊缝清根时刨削量减小，提高了焊缝质量及焊接效率，节省了焊接材料；

4)本发明工序安排合理，质量控制严格。

附图说明

图1是本发明所述风力发电塔架主体结构的示意图。

图2是本发明所述筒体的结构示意图。

图中：1.基础环 2.下段塔筒 3.中段塔筒 4.上段塔筒 5.法兰 6.筒节 7.纵向焊缝 8.环向焊缝

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

一种风力发电塔架主体结构制作方法，如图1所示，所述风力发电塔架主体结构由自下至上依次连接的基础环1、下段塔筒2、中段塔筒3和上段塔筒4组成，基础环1及各段塔筒2、3、4分别制作，通过法兰5连接；具体制作过程如下：

1)下料切割：

基础环1及各段塔筒2、3、4的本体均为圆锥形筒体，筒体由1至多个筒节6组成，各筒节6采用不同厚度钢板制作；

首先根据施工图将各筒节6放样展开，展开后的筒节6为扇形；采用数控切割机下料，数控编程时对切割、刨边、机械加工、滚圆和焊接收缩部位留加工余量；每个筒节6内表面划4条等分的定位线，作为组对与检测基准线，并标记筒节号；

基础环1上的椭圆孔在筒节6下料后采用数控切割机加工，所有螺栓孔钻孔；

2)坡口加工；

基础环1筒节6的纵向、环向焊缝7、8坡口采用刨边机加工，各段塔筒2、3、4筒节6的纵向、环向焊缝7、8坡口采用半自动切割机进行加工，加工环向焊缝8坡口时，半自动切割机沿与筒节6扇形弧边相配合的环形轨道走行，保证切割精度；各筒节6连接处钢板不等厚处按1：4加工过渡坡口；

3)筒节6卷制；

各筒节6分别采用三辊卷板机进行卷制，用弦长不小于1500mm的弧形样板反复检查，保证各筒节6的弧度与弧形样板之间的间隙≤2mm，以保证两端对接后的筒节6圆度；

筒节6弧度检查合格后，在对处的坡口背面点焊固定，其对口错边量≤2mm，对接焊缝局部间隙≤3mm，以保证筒节6的同轴度和上下口平行度；

4)筒节纵缝焊接；

筒节6卷制完成后吊运至焊接区地面上，使纵缝处于平焊位置，用半自动埋弧焊机进行焊接；焊接前检查筒节焊接接头对口错边量≤2mm；

纵缝两端使用引弧板和引出板，引弧板和引出板的坡口形式与纵缝的坡口形式相同，长度不小于100mm；纵缝内侧坡口焊接前预留焊接反变形量，保证焊后焊缝外侧不发生苹果形凹陷；内侧焊缝焊接完成后，外侧用碳弧气刨清根后采用悬臂埋弧焊机进行焊接；

纵缝焊接完成后的纵向焊缝7先经外观检查、无损探伤检测合格，再检查纵向焊缝7处筒节6的圆度，如有超差采用三辊卷板机对其进行溜圆；

5)筒节6与法兰5组焊；

筒节6与法兰5组装时，筒节6与法兰5连接的一端向上立放在操平的平面上，将法兰5放置在筒节6上端，保证法兰5与筒节6的形位公差、对接时的错边、坡口间隙符合技术文件要求，并保证筒节6的纵缝位于2个法兰孔的中间位置；全部检查合格后在点焊固定；

筒节6与法兰5组装后放在焊接胎具上，用悬臂焊机进行内、外侧焊缝的焊接，内侧焊缝焊接完成后清根，再进行外侧焊缝焊接；

全部焊接完成后，焊缝经外观检查、无损探伤检测合格后与其它筒节6组装形成筒体；

6)筒体各筒节6之间环缝组焊；

筒节6与筒节6组装时，先将一个筒节6放在可调式焊接滚轮架的可调滚轮架上，再将与之连接的另一个筒节6放在固定滚轮架上，按切割时所给的定位线定位；调整可调滚轮架的4个滚轮使筒节6外侧的错边、坡口间隙符合要求，然后在筒节6坡口外侧点焊固定；

将组装好的2个筒节6沿可调滚轮架滑动，再将另一个筒节6放在固定滚轮架上与之前组装好的筒节6进行组对，依此类推直至完成此段筒体所有筒节6的组装；在组装好的筒体内侧相应位置打上标记，筒节6与筒节6对接均采用外侧对齐，筒节6组装时纵向焊缝7互相错开180°，其最大允许错边量dx≤2mm；

筒体组装完成后检查即筒体两端面平行度和各段筒节6的同轴度，合格后方可进行环向焊缝8焊接；

采用半自动埋弧焊机在筒体内部对环缝内侧焊缝进行焊接，焊接完成后在筒体外侧对焊缝进行清根，清根后采用悬臂埋弧焊机焊接环缝外侧焊缝；

环向焊缝8经外观检查、无损探伤检测合格；

7)筒体成品检验；

检验项目如下：

a.检测筒体任意截面的圆度偏差；

b.检测筒体两端法兰面平行度和同轴度，把弹簧秤拴在钢卷尺上，用5～10kg相同大小的力，分别测量两侧圆周上4个均布的端点到相对侧端面中心点的长度，其相对差值在2㎜以内为合格；

c.筒体任意局部表面凹凸度；

d.筒节6焊接接头在环向和轴向形成的棱角；

e.法兰5的平面度,用激光测平仪检查。

切割下料及坡口加工时，切割允许偏差如表1所示：

表1切割允许偏差

边缘加工允许偏差如表2所示：

表2边缘加工允许偏差

在焊接筒节纵缝时，制作符合JB4744-2000标准的筒节纵缝焊接试板，并根据不同钢板厚度、不同热处理工艺、不同炉批号制作不同的筒节纵缝焊接试板；低温塔筒的筒节纵缝焊接试板需要做低温冲击试验。

所有对接焊缝均采用焊剂垫。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种风力发电塔架主体结构制作方法，所述风力发电塔架主体结构由自下至上依次连接的基础环、下段塔筒、中段塔筒和上段塔筒组成，基础环及各段塔筒分别制作，通过法兰连接；其特征在于，具体制作过程如下：

1)下料切割：

基础环及各段塔筒的本体均为圆锥形筒体，筒体由1至多个筒节组成，各筒节采用不同厚度钢板制作；

首先根据施工图将各筒节放样展开，展开后的筒节为扇形；采用数控切割机下料，数控编程时对切割、刨边、机械加工、滚圆和焊接收缩部位留加工余量；每个筒节内表面划4条等分的定位线，作为组对与检测基准线，并标记筒节号；

基础环上的椭圆孔在筒节下料后采用数控切割机加工，所有螺栓孔钻孔；

2)坡口加工；

基础环筒节的纵向、环向焊缝坡口采用刨边机加工，各段塔筒筒节的纵向、环向焊缝坡口采用半自动切割机进行加工，加工环向焊缝坡口时，半自动切割机沿与筒节扇形弧边相配合的环形轨道走行，保证切割精度；各筒节连接处钢板不等厚处按1：4加工过渡坡口；

3)筒节卷制；

各筒节分别采用三辊卷板机进行卷制，用弦长不小于1500mm的弧形样板反复检查，保证各筒节的弧度与弧形样板之间的间隙≤2mm，以保证两端对接后的筒节圆度；

筒节弧度检查合格后，在对处的坡口背面点焊固定，其对口错边量≤2mm，对接焊缝局部间隙≤3mm，以保证筒节的同轴度和上下口平行度；

4)筒节纵缝焊接；

筒节卷制完成后吊运至焊接区地面上，使纵缝处于平焊位置，用半自动埋弧焊机进行焊接；焊接前检查筒节焊接接头对口错边量≤2mm；

纵缝两端使用引弧板和引出板，引弧板和引出板的坡口形式与纵缝的坡口形式相同，长度不小于100mm；纵缝内侧坡口焊接前预留焊接反变形量，保证焊后焊缝外侧不发生苹果形凹陷；内侧焊缝焊接完成后，外侧用碳弧气刨清根后采用悬臂埋弧焊机进行焊接；

纵缝焊接完成后后的纵向焊缝先经外观检查、无损探伤检测合格，再检查纵向焊缝处筒节的圆度，如有超差采用三辊卷板机对其进行溜圆；

5)筒节与法兰组焊；

筒节与法兰组装时，筒节与法兰连接的一端向上立放在操平的平面上，将法兰放置在筒节上端，保证法兰与筒节的形位公差、对接时的错边、坡口间隙符合技术文件要求，并保证筒节的纵缝位于2个法兰孔的中间位置；全部检查合格后在点焊固定；

筒节与法兰组装后放在焊接胎具上，用悬臂焊机进行内、外侧焊缝的焊接，内侧焊缝焊接完成后清根，再进行外侧焊缝焊接；

全部焊接完成后，焊缝经外观检查、无损探伤检测合格后与其它筒节组装形成筒体；

6)筒体各筒节之间环缝组焊；

筒节与筒节组装时，先将一个筒节放在可调式焊接滚轮架的可调滚轮架上，再将与之连接的另一个筒节放在固定滚轮架上，按切割时所给的定位线定位；调整可调滚轮架的4个滚轮使筒节外侧的错边、坡口间隙符合要求，然后在筒节坡口外侧点焊固定；

将组装好的2个筒节沿可调滚轮架滑动，再将另一个筒节放在固定滚轮架上与之前组装好的筒节进行组对，依此类推直至完成此段筒体所有筒节的组装；在组装好的筒体内侧相应位置打上标记，筒节与筒节对接均采用外侧对齐，筒节组装时纵向焊缝互相错开180°，其最大允许错边量dx≤2mm；

筒体组装完成后检查即筒体两端面平行度和各段筒节的同轴度，合格后方可进行环向焊缝焊接；

采用半自动埋弧焊机在筒体内部对环缝内侧焊缝进行焊接，焊接完成后在筒体外侧对环缝进行清根，清根后采用悬臂埋弧焊机焊接环缝外侧焊缝；

环向焊缝经外观检查、无损探伤检测合格；

7)筒体成品检验；

检验项目如下：

a.检测筒体任意截面的圆度偏差；

b.检测筒体两端法兰面平行度和同轴度，把弹簧秤拴在钢卷尺上，用5～10kg相同大小的力，分别测量两侧圆周上4个均布的端点到相对侧端面中心点的长度，其相对差值在2㎜以内为合格；

c.筒体任意局部表面凹凸度；

d.筒节焊接接头在环向和轴向形成的棱角；

e.法兰的平面度,用激光测平仪检查。

2.根据权利要求1所述的一种风力发电塔架主体结构制作方法，其特征在于，切割下料及坡口加工时，切割允许偏差如表1所示：

表1 切割允许偏差

边缘加工允许偏差如表2所示：

表2 边缘加工允许偏差

3.根据权利要求1所述的一种风力发电塔架主体结构制作方法，其特征在于，在焊接筒节纵缝时，制作符合JB4744-2000标准的筒节纵缝焊接试板，并根据不同钢板厚度、不同热处理工艺、不同炉批号制作不同的筒节纵缝焊接试板；低温塔筒的筒节纵缝焊接试板需要做低温冲击试验。

4.根据权利要求1所述的一种风力发电塔架主体结构制作方法，其特征在于，所有对接焊缝焊接时均采用焊剂垫。