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2022年9月,电气风电海神平台全新一代半直驱机组EW8.5-230在渤海湾首吊成功,刷新当时全球已吊装最大风轮直径机组的记录,电气风电在大直径风轮机组叶片安装再上一个台阶。如何将112米的超长叶片安装到风机上呢?
叶片吊装与其他部件有很大不同,要求也更高:
叶片迎风面积大,安装时易受到风载影响。通常叶片的吊装限制风速为8m/s,而风机其它部件,如:机舱和塔筒,吊装限制风速则为10m/s。
为保证气动外形,叶片表面均为光滑结构,无法设置吊装用的吊耳。目前,国内叶片安装主要采用两种方式:风轮吊装和单叶片吊装。
01风轮吊装
风轮吊装是风机叶片最常见的一种吊装方式,主要用于陆上风机叶片的吊装。
通过吊车或专用吊具配合完成叶片移动对位,在地面或甲板上将叶片组装到轮毂上。风轮被吊起后,在空中翻身,并与机舱对接。该方法需要较大的地面拼装空间,作业时间较长,受环境约束突出。
随着叶片大型化的发展,叶片安装受到更多限制:
一:需要吊重更大,起升高度更高的起重设备;
二:大型叶片更易受风速影响,需降低作业风速,以保证吊装安全;
三:受窗口期影响明显,尤其是海上风电项目,由于作业窗口期较短,导致起重船的利用率较低,随之影响经济性。
02单叶片吊装
为达到更高的适应性、经济性和安全性,单叶片吊装逐渐发展起来。
单叶片吊装,对于陆上风场而言,可降低对施工区域的要求,特别是复杂的山地风场,可有效降低对征地的需求,减少植被山体破坏。如:黑龙江华电哈尔滨依兰鸡冠山三期项目,单叶片吊装作业平台占用面积为1000平方米,相较常规风轮吊的3000平方米,节省作业面积约66%,征地等附加成本也随之降低。
单叶片吊装,对于海上风场而言,可降低安装平台门槛,更多安装船可满足吊装要求。安装船资源紧张导致的高昂费用也得以降低。以电气风电海上6MW机组为例,与154米的风轮吊装相比,单叶片吊装可将安装平台面积降低30%以上。
对于作业费用高昂的海上风电项目,时间就是金钱,效率就是生命。经实践验证,相较于风轮吊装,单叶片吊装可显著提高叶片吊装速度,配合以机械揽风,吊装风速从8m/s提高至10m/s,显著拉长作业窗口期,提高工程速度。
单叶片吊装也有多种形式。作为国内最早探索、实施单叶片吊装的风机厂家(电气风电4MW机组是国内最早采用单叶片吊装的机组)目前,电气风电主要采用两种单叶片吊装形式:水平式、全旋转式。
a.水平式单叶片吊装
安装叶片前,轮毂已经装在机舱上。为实现三个叶片的水平安装,该方式必须配合轮毂的转动,以便将轴承安装面与叶片对齐。即需配置盘车装置,动力通过齿轮箱的减速增扭后传递到轮毂,实现整个轮毂的旋转。
水平式叶片吊装受齿轮箱影响,故用在双馈或半直驱机组上综合效益更好。电气风电早期的4MW机组和近期的国华渤中项目海神平台EW8.5-230机组即采用这种水平式单叶片吊装。
b.全旋转式单叶片吊装
全旋转式单叶片吊具,可在抓取叶片后实现较大范围的旋转。(相关链接:打破国际垄断!国内首套全旋转式海上单叶片吊具问世)
这类旋转吊具,集吊具和盘车的功能于一体,结构复杂,设计冗余度高,造价也相对较贵。现场操作吊具的难度也较大,需和吊车紧密配合。但全旋转式单叶片吊装,可省去盘车的操作,也不用风机偏航以配合安装,即:在轮毂静止不动的情况下,即可实现三支叶片的安装,大大降低了对风机的要求,是其他安装方式无法实现的优点。
国内首台8MW海上风机便使用了该吊具(电气风电在2020年完成8MW风机首吊,将中国已吊装风机最大功率记录提升至8MW),可携带叶片在空中旋转250度,无需旋转风机轮毂便可实现叶片多角度安装。(相关链接:国内首台8MW机组完成吊装)
03 这里是小结
对不同的风力发电机组,电气风电工艺团队致力于匹配不同的叶片安装方式,目前已开发出适用于15MW+的叶片安装方案,满足120+米叶片的安装。
电气风电始终坚持“技术领先下的整体解决方案领先”,围绕叶片未来发展趋势,加快推进核心部件技术穿透,力争安全、可靠、节能环保、高效的情况下,为客户提供高可靠、可信赖的整体解决方案。
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