CN112796954B - 风电机组混凝土塔筒和钢塔筒间隙调整方法 - Google Patents

风电机组混凝土塔筒和钢塔筒间隙调整方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种风电机组混凝土塔筒和钢塔筒间隙调整方法，依次包括如下步骤：建立风电机组的整体有限元模型，设定最大平面度、设计预紧力等参数，并计算得到钢塔筒在法兰高度位置所需附加弯矩；确定间隙位置并准备垫片；将叶轮偏航至所述间隙位置相对于法兰轴线的对侧位置；在叶轮正下方处选择若干螺栓，对所述若干螺栓均设置临时预紧力，其余螺栓预紧力设置为零；设置钢丝绳，通过配重机构拉紧钢丝绳并对钢塔筒施加拉力；所述间隙位置上方的法兰局部抬起至最大平面度，在所述间隙位置放置垫片，再解除拉力，所述间隙位置上方的法兰局部压紧在垫片上，对所有螺栓设置临时预紧力，重复步骤在其他间隙位置放置垫片；将所有螺栓设置为设计预紧力。

Description

风电机组混凝土塔筒和钢塔筒间隙调整方法
技术领域
本发明涉及风电机组塔筒，特别涉及一种风电机组混凝土塔筒和钢塔筒间隙调整方法。
背景技术
风力发电作为一种清洁能源技术已得到广泛应用，随着发展风电机组的塔筒高度越来越高，目前国内陆上风电机组塔筒高度已达120～160米，风电机组塔筒多采用钢混(钢-混凝土)结构，该结构是在塔筒筒体下部采用混凝土塔筒，筒体上部采用钢塔筒，混凝土塔筒顶面设置螺孔，钢塔筒底部设置法兰，螺孔和法兰通过螺栓连接固定，该结构能有效地提高塔筒刚度，并避免塔筒产生共振问题。施工过程中，混凝土塔筒采用分节、分片预制并在现场进行拼装及吊装，吊装完成后再通过预应力钢绞线对整个混凝土塔筒施加预应力，使其形成一个整体，然后将钢塔筒吊装至混凝土塔筒顶面上并固定，钢塔筒顶部再安装设置机舱和叶轮等。
混凝土塔筒顶面的平面度通常要求为1mm以内，这对于混凝土塔筒尤其是在施加预应力后是较难达到的要求。当发现平面度超差不超过10mm时，如经复核认为不影响风电机组的正常运行和结构受力，一般会采用塞放垫片的方法来解决平面度超差的问题。如果在钢塔筒吊装之前发现平面度超差，可以通过施工人员在混凝土塔筒顶部的施工平台预先放置垫片来解决，而如果是在钢塔筒、机舱和叶轮都已吊装完毕之后发现钢塔筒底部法兰和混凝土塔筒顶面存在间隙，目前有两种方法：
一、不拆卸叶轮、机舱和钢塔筒，按照风电行业要求，需要在间隙处从塔筒外侧向里塞放垫片，由于从法兰内侧向外塞放垫片，一方面会受到钢塔筒底部多个螺栓的阻挡，另一方面在法兰内侧无法准确了解法兰外侧间隙情况，如果外侧间隙大于内侧间隙，则无法保证法兰外侧底面垫实无空隙。为确保法兰外侧垫实，就需要从机舱顶部下放吊篮，并由施工人员在塔筒外侧进行操作。这种方法存在诸多问题，包括：首先，高空吊篮作业的危险性较大，一般需经安全专家认证才可进行，同时要求施工人员具有登高作业证，其他人员无法一同跟随以进行检查或协助；其次，吊篮为悬空状态，当需要使用较大力气来塞放垫片时施工人员不太容易使力；再者，如存在多处间隙需要塞放垫片，则需要移动吊篮，而吊篮的位置移动则比较麻烦。
二、从安全角度出发，将叶轮、机舱和钢塔筒全部拆卸下来，塞放完垫片后再将钢塔筒、机舱和叶轮吊装上去。这种方法虽然安全，但需要使用一台大吨位主吊车进场，不仅延长工期，而且增加费用，另外钢塔筒、机舱和叶轮的再次拆卸和吊装也会给其带来额外的安全风险问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种风电机组混凝土塔筒和钢塔筒间隙调整方法，基于风电机组的整体有限元模型，通过计算对钢塔筒施加相应拉力，得到符合平面度要求的间隙并放置垫片，操作步骤安全可靠，保证施工周期和施工效率。
本发明是这样实现的：
一种风电机组混凝土塔筒和钢塔筒间隙调整方法，所述风电机组包括混凝土塔筒、钢塔筒、机舱和叶轮，钢塔筒底部设置法兰并通过螺栓与混凝土塔筒顶面固接，钢塔筒用于承载机舱和叶轮；所述间隙调整方法包括如下步骤：
步骤一，建立风电机组的整体有限元模型，设定施工要求的最大平面度d、螺栓的设计预紧力F、临时释放数量比例x和临时预紧力系数y，并计算得到：当法兰抬起高度为最大平面度d时钢塔筒在法兰高度位置的所需弯矩M，钢塔筒、机舱和叶轮自身重量对钢塔筒在法兰高度位置产生的弯矩M1，钢塔筒在法兰高度位置所需的附加弯矩M2，并满足如下关系式：M2＝M-M1；
步骤二，在施工现场对法兰和混凝土塔筒顶面的间隙进行检查，确定需要设置垫片的若干间隙位置，并准备若干不同形状和厚度的垫片；
步骤三，选择某一间隙位置，启动风电机组偏航系统，将叶轮偏航至所述间隙位置相对于法兰轴线的对侧位置；
步骤四，在叶轮正下方处根据临时释放数量比例x选择若干螺栓，对所述若干螺栓均设置临时预紧力F1，并满足如下关系式：F1＝F×y，其余螺栓的预紧力设置为零；
步骤五，先在混凝土塔筒外侧地面上放置支架，支架和叶轮在径向处于同一方位，支架上设置配重机构；再选取一段钢丝绳，机舱底部靠近叶轮处设置钢丝绳挂点，将钢丝绳上端吊至机舱内并固定在钢丝绳挂点，将钢丝绳下端绕在支架顶部中心并与配重机构连接，配重机构能拉紧钢丝绳并由支架顶部至所述钢丝绳挂点对钢塔筒施加拉力；然后调节配重机构的配重质量G，并满足如下关系式：
M2＝G×sin θ×H1+G×cos θ×L1
Figure BDA0002929846770000031
式中，θ为钢丝绳拉紧时和钢塔筒轴线方向的夹角，H为支架顶部与所述钢丝绳挂点的垂直距离，H1为钢塔筒底部法兰与所述钢丝绳挂点的垂直距离，L为支架顶部中心与所述钢丝绳挂点的水平距离，L1为所述钢丝绳挂点与钢塔筒轴线的水平距离；
步骤六，钢塔筒受拉力使得所述间隙位置上方的法兰局部抬起至最大平面度，先在所述间隙位置放置垫片，再调节配重机构并解除拉力，所述间隙位置上方的法兰局部压紧在垫片上，然后对所有螺栓设置临时预紧力F1，并满足如下关系式：F1＝F×y；
步骤七，重复步骤三至六，在其他需要设置垫片的间隙位置放置垫片；
步骤八，先将所有螺栓的预紧力设置为设计预紧力F，再解除钢丝绳与机舱、配重机构和支架的连接，并将钢丝绳上端下放至地面。
所述步骤一中，最大平面度d为10mm，临时释放数量比例x为25％，临时预紧力系数y为10％。
所述步骤二中，所述垫片的厚度包括0.2mm，0.3mm，0.4mm，0.5mm，0.6mm，0.7mm，0.8mm，0.9mm，1.0mm，1.2mm，1.5mm，2.0mm。
所述步骤五中，所述支架由两个三角形平面钢架通过圆形钢管固接构成。
所述步骤五中，所述配重机构包括手拉葫芦和配重物，所述钢丝绳下端通过手拉葫芦与配重物连接，通过收紧手拉葫芦的链条将配重物提升离开地面并拉紧钢丝绳；所述步骤六中，通过释放手拉葫芦的链条将配重物降落至地面并解除钢丝绳对钢塔筒的拉力。
所述步骤五中，通过风电机组自带的卷扬机将钢丝绳上端吊至机舱内；所述步骤八中，通过风电机组自带的卷扬机将钢丝绳上端下放至地面。
所述步骤八中，分次对螺栓施加预紧力直至设计预紧力F。
本发明风电机组混凝土塔筒和钢塔筒间隙调整方法，首先，基于风电机组整体有限元模型，并结合施工要求的最大平面度以及钢塔筒、机舱和叶轮对钢塔筒底部法兰位置产生的弯矩，从而计算得到的所需附加弯矩，并通过钢丝绳、支架和配重机构施加在钢塔筒上以得到符合平面度要求的间隙，由此避免了将叶轮、机舱和钢塔筒全部拆卸下来的工作，因此也无需大吨位主吊车进场，能节省大量的时间和费用。其次，本发明也避免了吊篮高空作业，施工人员在混凝土塔筒顶部的施工平台即可进行垫片放置，降低了施工过程中的危险性。再者，施工过程中所需工器具简单，而且支架和配重机构移动方便，能保证施工周期和施工效率，而且施工过程中对钢塔筒施加的力和力矩都是已知、可控的，能确保操作步骤的安全性。
本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：无需拆卸叶轮、机舱和钢塔筒，亦避免了吊篮高空作业，既能确保混凝土塔筒顶面和钢塔筒底部法兰之间的平面度要求，又能缩短施工周期、提高施工效率、降低施工风险。
附图说明
图1为本发明风电机组混凝土塔筒和钢塔筒间隙调整方法的施工现场示意图。
图中，1混凝土塔筒，11施工平台，2钢塔筒，3机舱，4叶轮，5钢丝绳，6支架，61配重机构。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
参见图1，一种风电机组混凝土塔筒和钢塔筒间隙调整方法，所述风电机组包括混凝土塔筒1、钢塔筒2、机舱3和叶轮4，钢塔筒2底部设置法兰并通过若干螺栓与混凝土塔筒1顶面固接，钢塔筒2用于承载机舱3和叶轮4。
所述风电机组混凝土塔筒和钢塔筒间隙调整方法，具体包括如下步骤：
步骤一，建立风电机组的整体有限元模型，设定施工要求的最大平面度d、螺栓的设计预紧力F、临时释放数量比例x和临时预紧力系数y，并计算得到：当法兰抬起高度为最大平面度d时钢塔筒2在法兰高度位置的所需弯矩M，钢塔筒2、机舱3和叶轮4自身重量对钢塔筒2在法兰高度位置产生的弯矩M1，钢塔筒2在法兰高度位置所需的附加弯矩M2，并满足如下关系式：M2＝M-M1。
优选地，最大平面度d为10mm，临时释放数量比例x为25％，临时预紧力系数y为10％。
步骤二，在施工现场对法兰和混凝土塔筒1顶面的间隙进行检查，确定需要设置垫片的若干间隙位置，并准备若干不同形状和不同厚度的垫片。优选地，垫片的厚度可包括0.2mm，0.3mm，0.4mm，0.5mm，0.6mm，0.7mm，0.8mm，0.9mm，1.0mm，1.2mm，1.5mm，2.0mm。
步骤三，选择某一间隙位置，接通临时电并启动风电机组偏航系统，将叶轮4偏航至所述间隙位置相对于法兰轴线的对侧位置。
步骤四，在叶轮4正下方选择若干螺栓，螺栓数量为螺栓总数乘以临时释放数量比例x，对所述若干螺栓均设置临时预紧力F1，并满足如下关系式：F1＝F×y，即将叶轮4下方的占螺栓总数四分之一的螺栓预紧力设置为设计预紧力F的10％，其余螺栓的预紧力设置为零。
步骤五，先在混凝土塔筒1外侧地面上放置支架6，支架6由两个三角形平面钢架通过圆形钢管固接构成。支架6和混凝土塔筒1之间设置适当距离，支架6和叶轮4在径向处于同一方位，支架6上设置配重机构61。配重机构61包括手拉葫芦和配重物，配重物可以是钢块、混凝土块或者沙袋。再选取一段钢丝绳5，机舱3底部靠近叶轮4处设置钢丝绳挂点。接通临时电，并通过风电机组自带的卷扬机将钢丝绳5上端吊至机舱3内，钢丝绳5上端固定在钢丝绳挂点，钢丝绳5下端绕在支架6顶部中心并通过手拉葫芦与配重物连接，通过收紧手拉葫芦的链条将配重物提升离开地面约10～20cm并拉紧钢丝绳5，由此钢丝绳5由支架6顶部至所述钢丝绳挂点对钢塔筒2施加拉力。然后调节配重机构61的配重质量G，并满足如下关系式：
M2＝G×sin θ×H1+G×cos θ×L1
Figure BDA0002929846770000051
式中，θ为钢丝绳5拉紧时和钢塔筒2轴线方向的夹角，H为支架6顶部与所述钢丝绳挂点的垂直距离，H1为钢塔筒2底部法兰与所述钢丝绳挂点的垂直距离，L为支架6顶部中心与所述钢丝绳挂点的水平距离，L1为所述钢丝绳挂点与钢塔筒2轴线的水平距离。
步骤六，钢塔筒2受拉力使得所述间隙位置上方的法兰局部抬起至最大平面度d，位于混凝土塔筒1顶部施工平台的施工人员在所述间隙位置放置垫片即可，这是由于对钢塔筒施加弯矩产生的最大平面度d＝10mm使得所述间隙位置上方的法兰局部内外侧均已被抬起并脱离混凝土塔筒1顶面，施工人员有足够的空间将垫片放置在法兰外侧下方，从而确保法兰外侧底部垫实，也就不需要施工人员从塔筒外侧向内塞放垫片。垫片放置完成后再调节配重机构61并解除拉力，即通过释放手拉葫芦的链条将配重物降落至地面，由此解除钢丝绳5对钢塔筒2的拉力，此时所述间隙位置上方的法兰局部压紧在垫片上，然后对所有螺栓设置临时预紧力F1，并满足如下关系式：F1＝F×y，即所有螺栓的预紧力设置为设计预紧力F的10％。
步骤七，重复步骤三至六，在其他需要设置垫片的间隙位置放置垫片。
步骤八，先将所有螺栓的预紧力分次设置为设计预紧力F，再解除钢丝绳5与机舱3、配重机构61和支架6的连接；接通临时电，并通过风电机组自带的卷扬机将钢丝绳5上端下放至地面。
本实施例中，计算得到M＝5000kNm、M1＝3200kNm，由此M2＝1800kNm。H＝135m，H1＝55m，L＝65m，L1＝3m，由此
Figure BDA0002929846770000061
设置G＝68kN使得附加弯矩接近要求的M2数值，具体计算过程如下：
M′2＝68×sin 25.7°×55+68×cos 25.7°×3＝1805kNm
另外，基于风电机组塔筒的尺寸较大，所述最大平面度d、螺栓的临时释放数量和螺栓的临时预紧力数值可根据具体情况做适当调整。
本发明风电机组混凝土塔筒和钢塔筒间隙调整方法，无需拆卸叶轮、机舱和钢塔筒，也避免了吊篮高空作业，调整方法易于实现，操作步骤方便可靠，在满足混凝土塔筒和钢塔筒间隙调整要求的前提下，能有效降低施工风险、缩短施工周期、提高施工效率。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，因此，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种风电机组混凝土塔筒和钢塔筒间隙调整方法，所述风电机组包括混凝土塔筒(1)、钢塔筒(2)、机舱(3)和叶轮(4)，钢塔筒(2)底部设置法兰并通过螺栓与混凝土塔筒(1)顶面固接，钢塔筒(2)用于承载机舱(3)和叶轮(4)；其特征在于：所述间隙调整方法包括如下步骤：
步骤一，建立风电机组的整体有限元模型，设定施工要求的最大平面度d、螺栓的设计预紧力F、临时释放数量比例x和临时预紧力系数y，并计算得到：当法兰抬起高度为最大平面度d时钢塔筒(2)在法兰高度位置的所需弯矩M，钢塔筒(2)、机舱(3)和叶轮(4)自身重量对钢塔筒(2)在法兰高度位置产生的弯矩M1，钢塔筒(2)在法兰高度位置所需的附加弯矩M2，并满足如下关系式：M2＝M-M1；
步骤二，在施工现场对法兰和混凝土塔筒(1)顶面的间隙进行检查，确定需要设置垫片的若干间隙位置，并准备若干不同形状和厚度的垫片；
步骤三，选择某一间隙位置，启动风电机组偏航系统，将叶轮(4)偏航至所述间隙位置相对于法兰轴线的对侧位置；
步骤四，在叶轮(4)正下方处根据临时释放数量比例x选择若干螺栓，对所述若干螺栓均设置临时预紧力F1，并满足如下关系式：F1＝F×y，其余螺栓的预紧力设置为零；
步骤五，先在混凝土塔筒(1)外侧地面上放置支架(6)，支架(6)和叶轮(4)在径向处于同一方位，支架(6)上设置配重机构(61)；再选取一段钢丝绳(5)，机舱(3)底部靠近叶轮(4)处设置钢丝绳挂点，将钢丝绳(5)上端吊至机舱(3)内并固定在钢丝绳挂点，将钢丝绳(5)下端绕在支架(6)顶部中心并与配重机构(61)连接，配重机构(61)能拉紧钢丝绳(5)并由支架(6)顶部至所述钢丝绳挂点对钢塔筒(2)施加拉力；然后调节配重机构(61)的配重质量G，并满足如下关系式：
M2＝G×sinθ×H1+G×cosθ×L1
Figure FDA0002929846760000011
式中，θ为钢丝绳(5)拉紧时和钢塔筒(2)轴线方向的夹角，H为支架(6) 顶部与所述钢丝绳挂点的垂直距离，H1为钢塔筒(2)底部法兰与所述钢丝绳挂点的垂直距离，L为支架(6)顶部中心与所述钢丝绳挂点的水平距离，L1为所述钢丝绳挂点与钢塔筒(2)轴线的水平距离；
步骤六，钢塔筒(2)受拉力使得所述间隙位置上方的法兰局部抬起至最大平面度，先在所述间隙位置放置垫片，再调节配重机构(61)并解除拉力，所述间隙位置上方的法兰局部压紧在垫片上，然后对所有螺栓设置临时预紧力F1，并满足如下关系式：F1＝F×y；
步骤七，重复步骤三至六，在其他需要设置垫片的间隙位置放置垫片；
步骤八，先将所有螺栓的预紧力设置为设计预紧力F，再解除钢丝绳(5)与机舱(3)、配重机构(61)和支架(6)的连接，并将钢丝绳(5)上端下放至地面。
2.根据权利要求1所述的风电机组混凝土塔筒和钢塔筒间隙调整方法，其特征在于：所述步骤一中，最大平面度d为10mm，临时释放数量比例x为25％，临时预紧力系数y为10％。
3.根据权利要求1所述的风电机组混凝土塔筒和钢塔筒间隙调整方法，其特征在于：所述步骤二中，所述垫片的厚度包括0.2mm，0.3mm，0.4mm，0.5mm，0.6mm，0.7mm，0.8mm，0.9mm，1.0mm，1.2mm，1.5mm，2.0mm。
4.根据权利要求1所述的风电机组混凝土塔筒和钢塔筒间隙调整方法，其特征在于：所述步骤五中，所述支架(6)由两个三角形平面钢架通过圆形钢管固接构成。
5.根据权利要求1所述的风电机组混凝土塔筒和钢塔筒间隙调整方法，其特征在于：所述步骤五中，所述配重机构(61)包括手拉葫芦和配重物，所述钢丝绳(5)下端通过手拉葫芦与配重物连接，通过收紧手拉葫芦的链条将配重物提升离开地面并拉紧钢丝绳(5)；所述步骤六中，通过释放手拉葫芦的链条将配重物降落至地面并解除钢丝绳(5)对钢塔筒(2)的拉力。
6.根据权利要求1所述的风电机组混凝土塔筒和钢塔筒间隙调整方法，其特征在于：所述步骤五中，通过风电机组自带的卷扬机将钢丝绳(5)上端吊至机舱(3)内；所述步骤八中，通过风电机组自带的卷扬机将钢丝绳(5)上端下放至地面。
7.根据权利要求1所述的风电机组混凝土塔筒和钢塔筒间隙调整方法，其特征在于：所述步骤八中，分次对螺栓施加预紧力直至设计预紧力F。
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