基于分体结构的大型风力发电机组安装施工技术研究

一、引言

全球能源转型背景下，风能作为重要的可再生能源，其开发利用规模持续扩大。根据国际能源署（IEA）数据，2023 年全球风电装机容量已突破1000GW，预计 2030 年将增至 2000GW 以上。在此过程中，单机容量大型化成为风电产业发展的核心趋势，这对机组的运输与安装技术提出了更高要求。

中国《“十四五”可再生能源发展规划》明确提出“突破大型风电装备运输、安装关键技术”，欧盟风电战略也将分体结构安装技术列为重点攻关方向。对于塔筒高度超 160 米、直径超 4.5 米的大型机组，传统整体式塔筒因转弯半径不足、桥梁承载超限、单件重量超 45 吨等问题，已难以满足实际安装需求。基于此，分体结构安装技术应运而生，通过一系列关键技术的集成应用，成功破解了超大部件陆上运输与安装的难题，在多个风电项目中得到了有效应用。

二、关键技术的研究与应用

（一）分片塔筒运输专用弧形滚轮支架技术

为解决传统整体式塔筒运输难题，研发了分片塔筒运输专用弧形滚轮支架。该支架采用槽口向上的方式对塔筒片（单片最重 45 吨）进行堆叠运输，从根本上解决了传统槽口向下堆叠时的翻转难题。其自适应设计能够根据塔筒片的弧形特点进行调整，有效降低运输过程中的变形量，确保塔筒片的几何尺寸精度，为后续拼装质量提供坚实保障。

在运输前，需对滚轮支架的位置进行精准调整，确保其水平度、强度及高低差符合要求，使滚轮两侧直线距离和对角线距离相等，偏差不超过 20mm。运输过程中，通过对支架与塔筒片接触部位的受力监测，实时掌握运输状态，避免因局部受力过大导致塔筒片损伤。

（二）分片塔筒翻转限位工装技术

分片塔筒翻转限位工装的研发，实现了塔筒片的高效、安全拼装。该工装通过在两侧安装固定法兰翻转装置，可同时对两片塔筒进行翻转组合，随后采用相同方法完成第三片塔筒的拼装，大幅缩短了单节塔筒的拼装时间，显著提升了施工效率。

在操作过程中，首先在分片塔筒前后两端的运输支架上安装翻转工装，并对运输支架螺栓进行再次预紧，确保翻转过程的稳定性。翻转时，两侧工装同步操作，将塔筒片翻转至对接姿态，通过精准控制翻转角度和速度，避免塔筒片在翻转过程中发生碰撞或变形。对接完成后，使用风炮枪打紧纵缝螺栓，再用中空扳手分两次施加力矩，确保连接牢固。

（三）三维动态控制技术

三维动态控制技术通过数字化手段对塔筒吊装全过程进行高精度仿真和优化，是保障大型风力发电机组安装安全与精准的关键技术。该技术涵盖建模、运动规划、碰撞检测、实时调整等多个环节，能够提前模拟吊装过程中可能出现的各种情况，对潜在的碰撞风险进行预判和规避。

在实际应用中，首先根据塔筒的结构参数、吊装设备性能及现场环境条件建立三维模型。通过对吊装过程中主吊车、辅助吊车的运动轨迹，塔筒的起升角度、速度等参数进行模拟分析，确定最优的吊装方案。在吊装实施过程中，利用实时监测设备获取现场数据，并与模拟数据进行对比分析，及时调整吊装参数，确保塔筒吊装的位置精度符合设计要求。

（四）模块化连接技术

模块化连接技术通过优化各模块之间的连接方式，确保了风力发电机组整体的稳定性和承载能力，是分体结构安装技术的核心组成部分。该技术根据不同模块的特点，分别采用液压顶升装置、机械灵动连接、精准定位工装等连接方式。

在机舱与塔筒的对接中，液压顶升装置能够实现机舱的精准升降和定位，将机舱平稳安装在塔筒顶部的法兰上，随后通过高强度螺栓进行固定，确保连接的可靠性。轮毂与机舱的连接采用机械灵动连接方式，保证了轮毂的转动灵活性和稳定性，减少了运行过程中的机械损耗。叶片与轮毂的对接则运用精准定位工装，通过专用定位销和连接螺栓，保证叶片的安装角度和位置精度，从而提高风力发电机组的发电效率。

连接过程中，对于高强螺栓的紧固采用分三次对角拧紧的方式，即初拧（30% 设计力矩）→复拧（70%）→终拧（ 100% ），每个步骤均需记录力矩值并留存影像资料，确保连接强度符合设计标准。

三、质量、安全控制要点

（一）质量控制要点

为确保分体结构风力发电机组的安装质量，建立了完善的质量控制体系。在垂直度控制方面，单节塔架垂直度要求 ⩽1mm/m （通过全站仪测量），整塔垂直度（从基础法兰到机舱底部） ⩽H/1000 （H 为塔架总高），且最大偏差⩽100mm. 。法兰连接质量控制中，螺栓预紧力需符合厂家规定（如 M30 螺栓扭矩值 3000⋅3200Nm) ），偏差 ⩽±5% ，采用扭矩扳手或液压拉伸器进行检测；法兰面间隙 ⩽0 .3mm（用 0.3mm 塞尺检查，塞入深度 ⩽20mm) ）；螺栓露出螺母长度为 2～3 个螺距。

在塔架外观质量控制上，涂层破损面积单处 ⩽50cm² ，总破损面积⩽0.5% ；节段对接错边量≤ 3mm。机舱与叶轮安装中，机舱水平度（沿主轴方向） ⩽0 . 5mm/m ，轮毂与主轴同心度径向偏差 ⩽0 . 1mm/m ，叶片安装角度偏差⩽±0.5^∘ ，叶片根部螺栓预紧力符合规定要求。

（二）安全控制要点

安全控制技术贯穿于安装施工的全过程。在起重作业安全方面，对起重机械定期进行检查和维护保养，确保其性能良好、安全可靠。作业前，对起重机械的各项性能指标进行全面检查和调试，严格遵守操作规程，严禁超载、斜拉、猛起猛落等违规操作。设置专人进行指挥和监护，确保起重作业安全有序进行。

高空作业安全控制中，高空作业人员必须持证上岗，且身体状况符合高空作业要求。作业时，必须佩戴安全带，并将其牢固系挂在可靠的固定点上，严禁高空抛物。在高空作业区域设置防护栏杆和安全网等防护设施，为高空作业人员提供安全保障。

四、结束语

基于分体结构的大型风力发电机组安装关键技术，通过分片运输与拼装技术、三维动态控制技术、模块化连接技术等的协同应用，有效解决了大型机组运输受限、吊装困难等难题。在实际应用中，这些技术不仅保证了安装质量、安全和环保达标，还产生了显著的经济效益和社会效益。

该技术的应用前景十分广阔。随着风电产业单机容量持续大型化、机组高度不断提升，以及复杂地形风电项目的增多，传统安装技术的局限性将更加凸显，而分体结构安装技术凭借其在运输适应性、吊装灵活性和成本控制方面的优势，将成为大型风力发电机组安装的核心技术选择。未来，在深远海风电开发、高海拔地区风电建设等场景中，该技术有望进一步拓展应用边界，通过持续的技术迭代与优化，为风电产业的规模化、高质量发展提供更加强劲的支撑，助力全球能源转型目标的实现。

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