超大叶轮风机吊装主力吊机的选择与应用

摘要：随着风力发电技术的不断进步，为了提升风力发电机的发电效率，风力涡轮机的叶片变得越来越大，单机的发电容量也在持续增长。风力涡轮机的机舱和叶片的吊装作业对主要吊装设备的要求变得更为严格。本文基于实际项目经验，探讨如何迅速选定合适的主力吊装设备，并对其吊装能力进行验证，以确保其满足风力涡轮机吊装作业的需求。

关键词：风机、超大叶轮、主力吊机选型

近年来，风力发电在全球范围内得到了广泛应用，其作为一种清洁且可持续的能源形式，受到了越来越多国家和地区的重视。风机的单机容量和叶轮直径的不断增加，使得吊装过程中的技术难度和风险也随之上升。因此，选择适当的吊装设备和技术方案，成为了风机安装工程中的关键环节。本文将以华能阿拉善左旗巴彦诺日公300兆瓦风电项目为例，深入分析超大叶轮风机吊装过程中主力吊机的选择与应用，为相关领域的工程技术人员提供参考和借鉴。

一、风机参数及吊装要求

华能阿拉善左旗巴彦诺日公300兆瓦风电项目选用60台新疆金风科技股份有限公司GWH5.0-191型风力发电机组，轮毂中心高度110米，叶轮直径191米。据了解，目前叶轮直径191米的风机很少见，金风科技生产的该型号风机仅在朔州平鲁白玉山风电项目采用过，风机各部件重量如下：

根据《金风GWH V12平台机组整机吊装说明书》的详细指导，机舱与传动链的组装工作应在地面完成，之后应将组装好的整体进行吊装。组装完成后的机舱与传动链的净重介于108.87吨至120.33吨之间。在进行校核计算时，我们应以最重的120.33吨作为计算依据。吊装过程中的高度要求为117.6米；对于轮毂与3支叶片的组合，同样建议在地面完成叶轮的组装工作，之后整体吊装。组装好的叶轮净重范围在115.24吨至127.37吨之间。在进行校核计算时，我们应以最重的127.37吨作为计算依据。吊装过程中的高度要求为115.7米。

在风机大部件的吊装过程中，机舱的吊装工作要求吊钩起升的高度达到最高点；而叶轮的吊装工作则要求吊机承受最重的负荷。根据这些具体要求，本项目中主力吊机的吊钩最大起升高度必须至少达到117.6米以上，以确保能够顺利进行吊装作业。主力吊机在满足不抗杆要求的工作半径下，其额定负荷不应低于172吨，以保证吊装作业的安全性。此外，单机吊装时的最大负荷率不应超过90%，以避免超负荷作业可能带来的风险。

二、主力吊机的选型步骤

2.1 主力吊装的主臂、副臂的确认

根据机舱的吊装高度初步确认主力吊装的主臂、副臂长度，组合方式、工作幅度，额定负荷。其中吊钩高度不能低于117.6米，在不超过90%负荷率的情况下，额定载荷不低于172t。

本风电场南区地势平坦，适合布置履带吊，北区多为山地，吊装平台面积受限，采用汽车吊方便转场及吊机组合。结合项目地势特点和公司已有的吊车资源，初步选定以下4台主力吊装机械，详见表1 主力吊机选型及工况表。

根据上表所提供的数据，可以直观地看到，四台作为主力的吊机在主副臂组合工况下的表现。这些吊机的吊钩高度最低可以达到123米，这完全满足了在吊装机舱时对高度的最低要求，即不低于117.6米。此外，它们的起升高度也足以应对风力发电机所有主要部件的吊装需求。

在风力发电机的各个部件中，叶轮组合后的最大重量达到了127.37吨，这是整个风机中最重的部件。因此，吊机的吊装能力必须能够满足对叶轮进行整体吊装的需求。目前，我们正在对各个主力吊机在选定的工作幅度下进行负荷率的计算。负荷率的计算公式为：（叶轮重量+吊钩重量+吊具重量+钢丝绳重量）*动载荷系数/叶轮重量*100%。通过这个公式，我们可以得出在吊装叶轮时各主力吊机的负荷率，具体的计算结果可以在表2——主力吊机吊装叶轮时的负荷率表中查看。

从上表中可看出，以上四台主力吊机在单机吊装叶轮时的负荷率均在90%以下，吊机的吊装载荷能满足安规要求。

2.2 主力吊机主臂是否存在抗扒杆情况

本项目风机叶轮直径191米，属于超大部件，根据表1中主力吊机选型及工况的详细数据，我们可以看到，在吊装这样巨大的叶轮时，1800吨级的汽车吊在工作幅度仅为16米的情况下，是参与吊装的四台主吊机中工作幅度最小的一台。如果能够成功验证1800吨汽车吊在这种特定工况下其主臂不会出现抗扒杆现象，那么我们可以有充分的理由相信，其他参与吊装的主吊机也一定能够满足相应的工况要求。

汽车吊相对于履带吊在风机吊装时作为主力吊机，最大的优势是转场快，只需拆除花臂和平衡配重，主机就可以自由移动。其缺点是一旦主吊定位，就不能移动，吊装机舱与吊装轮时只能选取不同的工作幅度。1800t汽车吊为了满足吊装机舱时工作幅度在18.5米，吊装叶轮时，1800t汽车吊站在同叶轮旋转平面成45度夹角位置，工作幅度为16米。

验证叶轮及机舱在就位高度时，主臂是否抗扒杆，一般有二个方法。方法1，是详细测量各主力吊机的外形尺寸及风机叶轮及机舱的轮廓尺寸，利用等比法，计算出扒杆与设备外壳是否有足够的间隙。方法2，根据风机及吊机厂家提供的电子版图纸，按1：1的比例绘图，直接测量主臂同设备外壳之间的最少间隙。

为了避免复杂的计算，本项目采用按比例绘图的方法直接测量扒杆间隙。其中，吊装机舱时，1800t汽车吊主臂与机舱外壳的最少间隙为1.3米，1800t汽车吊主臂与叶轮外壳的最少间隙为1.38米。

三、风机实际吊装情况

本项目从2022年8月5日首台风机开吊，目前，共完成6台风机吊装，700t履带吊、1800t汽车吊及2400t汽车吊各吊装完成2台风机。其中1800t汽车吊在吊装叶轮时，工作半径16米，实测叶轮外壳与主臂的最小间隙约1.5米，考虑到主臂吊装时发生变形，与绘图法测量数据基本上吻合的。

四、结束语

通过合理选择和配置主力吊机，华能阿拉善左旗巴彦诺日公300兆瓦风电项目的风机吊装工作得以顺利推进。从实际吊装效果来看，主力吊机的负荷率、扒杆间隙等关键参数均与方案设计值基本相符，充分证明了选型方案的科学性和可行性。特别是在吊装效率方面，汽车吊表现出色，能够有效缩短工期，降低施工成本。

未来，随着风力发电技术的不断发展，风机的规模和性能将继续提升，对吊装设备和技术的要求也会更加严格。因此，持续优化主力吊机的选择与应用，将是确保风机安装质量和效率的重要保障。希望本文的研究成果能够为相关领域的工程技术人员提供有益的参考和借鉴，共同推动风力发电事业的健康发展。

参考文献：

[1] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局. GB/T 25383-2019《风力发电机组 安装技术规范》[S]. 北京： 中国标准出版社， 2019.

[2] 中华人民共和国住房和城乡建设部. GB 6067.1-2010《起重机械安全规程 第1部分：总则》[S]. 北京： 中国标准出版社， 2010.