风力发电机组及塔筒安装技术

1 前言

风能作为一种可持续利用的新能源形式，风能在全球能源结构中具有重要地位。随着全球能源需求的不断增长，传统能源资源日益紧张，亟须探索替代方案。风能发电已成为目前应对能源短缺的重要途径之一，尤其是在通过风力发电机组的高效运行中，塔筒的设计和性能起着关键作用。其中，钢筋混凝土复合塔筒凭借其优异的结构性能，成为提升风电机组安全性、耐久性及运行效益的研究重点之一。这种塔筒采用钢材与混凝土相结合，不仅增强了刚度和承载能力，还改善了整体稳定性和抗腐蚀能力，延长了使用寿命，且施工维护相对方便。相较于传统的柔性钢塔结构，钢混塔筒具有成本优势，更适合低风速区域的高轮毂设计，且其结构高度的灵活性为实现更高效的风电布局提供了可能。此外，其稳定性更强，不易受频率变化影响，从而减少了对复杂保护措施的依赖。近年来，针对钢混塔筒的各项研究不断深入，各类创新方案不断涌现，以期优化其性能参数。在国家“双碳”战略目标的引领下，钢混塔筒技术预计将实现跨越式发展，协同推动绿色能源的普及应用，同时带来成本的显著下降与产业的持续升级，展现出宽广的市场前景。

2 风力发电机组及塔筒预安装质量控制分析

预装配环节指依据设计规范，在成品出厂前，对预制构件进行仿真试装，确保其在预定空间位置的合理布局。此工艺不仅验证了构件尺寸的符合性，也对其质量水平进行严格核查，以确保满足相关技术标准。虚拟装配技术则运用 BIM（建筑信息模型）构建虚拟的三维模型，替代实物实景模拟，便于在装配过程中及时发现潜在问题，通过标记和调试，促进在出厂前实现优化调整。实施预装配之前，必须对所有构件的尺寸参数进行实测，以获取精确数据，并在虚拟模拟中与预装信息进行比对，从而确保构件的质量符合设计与规范要求。在结构整体的质量控制中，塔筒关键节点—质量控制点，主要涵盖轮廓尺寸、平台定位螺栓孔位、连接螺孔及螺栓的空间位置、拼接区域螺栓的布局及形态、以及预埋件与预埋孔的数量和位置。这些参数的精准控制，关系到拼装的整体质量。风电塔筒的螺栓孔位置应与安装平台的螺栓对应，且在构件顶部设置定位螺栓，确保下一段塔筒的准确连接。装配完成后，通过专用软件进行检测，确保结构的整体的拼接质量。在弧形构件的拼装过程中，沿两侧布局的 U 形插筋，其间距为 160 毫米，且呈交叉交错排列，以避免插筋之间的干涉或错位。为了防止在出厂时产生插筋变形或重合，必须对插筋的质量进行严格检测，并在预安装阶段运用碰撞检测软件进行验证。此外，预埋件（如吊耳、定位螺栓孔和灌浆孔）的位置和数量也需通过软件模拟确认，确保其符合设计规范，为后续的结构连接提供可靠的基础保障。

3 风力发电机组及塔筒安装技术

在风电塔筒各组成部分完成预装配及检测合格后，应将其运输至施工现场，随后开展实际的安装作业。在此之前，需对施工现场进行全面验收，包括施工场地的安全和适用性评估、安装平台的质量检验以及施工工具的准备工作。在进行现场装配时，重点应放在关键施工技术环节，例如安装平台的定位与线划、塔筒部件吊点的合理布置、临时固定措施的实施以及最终固定方式，此外还需对拼缝进行灌浆处理，以确保结构的整体性与稳定性。

3.1 安装平台划线定位

在风力发电机组塔筒装配环节，针对第 2 至 4 节塔筒底部结构特征，设计了三类不同规格的安装支撑平台，其尺寸参数依次为 7.6 米 ×7.6 米×0.24 米、7.0 米 ⋅×7.0 米 ×0.24 米及 6.2 米 ×6.2 米 ×0.24 米（长 × 宽 厚度）。待完成平台水平度、螺栓孔位及数量等质量检验后，方可开展定位放线作业。具体操作流程包括：运用对角线交点法确定螺栓孔中心与平台几何中心，借助全站仪精确定位平台四边中点并作标记，继而连接各中点形成基准辅助线。参照施工图纸要求，测量辅助线与弧形构件端面的间距并进行标记。同时依据设计参数，通过计算弧形构件半径及圆心位置，确定其外轮廓至塔筒中心定位螺栓孔的距离，最终完成弧形构件及塔筒外轮廓线的精确放样。

3.2 风电塔筒构件吊点布置

在风电塔筒结构安装过程中，各构件需通过起重设备从存放区域转运至指定安装位置完成就位作业。考虑到构件具有细长型特征且自重较大，为避免吊运过程中产生结构损伤，必须对吊装点进行科学设计以确定最优位置方案。根据吊装方式差异，可分为单点悬吊和双点平衡两种模式，均需通过力学计算确定最佳吊点布置。单点悬吊主要应用于构件垂直起吊工况，而双点平衡则适用于水平运输状态，两种方式在构件离地瞬间均会引发显著的动态载荷效应。

3.3 构件临时固定与最终

在固定式风电塔筒的组装过程中，必须采取有效的防倾覆措施以确保结构的稳定性。具体措施包括：首先移除构件顶部的吊头，然后将钢丝绳的一端固定于弧形构件的顶部点，另一端连接至手拉葫芦，并将其固定于地面支撑点，以确保钢丝绳与弧形构件之间形成的夹角不小于 30^∘ 。完成所有连接步骤后，通过操作手拉葫芦对钢丝绳进行拉紧，确保钢丝绳所承受的抗拉力矩达到100 牛·米。当弧形构件安装完毕后，需对相邻及对角位置的顶部支撑杆进行固定，以保障结构的整体稳定性，随后拆除安装过程中临时使用的钢丝绳。

3.4 拼缝灌浆处理

在实施风电塔筒水平接缝灌浆工艺时，需遵循以下技术要点：首先彻底清除接缝内的松散颗粒物，随后对灌浆槽进行润湿处理并排除表面游离水分；其次在灌浆槽两侧安装防漏胶条，确保最终成型灌浆层厚度超过槽底 60mm 。考虑到灌浆材料的收缩特性，应采取分段灌注方式（单段长度不超过 5 米），并在灌注完成后立即覆盖保湿保温材料进行养护，养护期间需保持材料湿润状态，并实施 2 小时一次的定期检查。风电塔筒出厂时已在其弧形构件垂直方向预装了黑色密封条，该密封条在安装后即作为灌浆成型模板使用。在进行竖向接缝灌浆前，必须对密封条的密闭性能进行检测确认。灌注过程中，应通过设置在构件两侧的预留孔实施作业（每个灌注段设置上下两孔，分别作为注浆孔和排气孔），采用自上而下的灌注方式以确保密实度，每次灌注结束后应及时封闭孔口，待材料达到初凝强度后方可进行后续灌注作业。

4 结语

综上，在正式进行现场安装作业之前，有必要对施工区域与安置基础进行细致的验收工作，并同步筹备所需的安装器械。在安装作业的实际操作阶段，应当特别关注安装基础的定位与标记、风电塔筒构件的悬挂点设置、构件的临时与最终固定措施，以及缝隙填充浆料的施工等关键技术环节，以保证安装作业的安全性与精确度，符合相关规范标准。

参考文献：

[1]周扬,兰涌森,李杨,等.风电机组钢混塔筒设计方法研究[J].船舶工程，2020，42(S2)：254-259+272.

[2]王纪奎,余洁,李强.装配式风电钢混塔筒的混凝土预制构件加工工艺[C]//工业建筑杂志社.2021 年工业建筑学术交流会论文集（下册）.北京:工业建筑杂志社,2021:1012-1015+1024.