風電塔筒的卷制和裝配工藝研究

竇建榮+朱軍

摘 要：風電塔筒的橢圓度、直線度控制和合理裝配，一直是整個塔筒建造過程中的難點和重點，相關的工藝優化和控制直接影響整個產品的品質。結合藍島海工海上風電塔筒實際加工生產，通過對相關的加工和裝配工藝進行研究，改進風電塔筒的裝配工藝和作業次序，達到了較好的精度控制效果。

關鍵詞：風電塔筒；卷制；組對；橢圓度；工藝

1 概述

近年來，全球能源和環境問題日益嚴峻，風電行業進入快速發展時期。由于海上風電能源的能量效益遠遠高于陸地風電場，而且不占用土地，受景觀、噪聲以及電磁波等問題的限制較少，所以未來海上風電的發展必將實現跨越式發展。風電塔筒做為風機的基礎，其重要性不言而喻。在風電塔筒的建造過程中，塔筒的橢圓度、直線度控制一直是塔筒建造的難點。不同的工藝流程，不同的作業次序，都會影響建造精度的控制。

2 塔筒的卷制和橢圓度控制

2.1 卷制前的準備工作

（1）按設計圓弧尺寸制作內圓弧樣板（必要時，應制作外圓弧樣板），除非有另外要求，大小口端圓弧樣板弦長不得小于600mm。筒節直徑≥4500mm時，大小口端圓弧樣板弦長不得小于800mm。

（2）檢查鋼板表面質量，并清理異物，特別是切割邊緣的割渣是否清理干凈。

（3）核對筒節號及相關標志，以便于正確選擇圓弧樣板。

（4）鋼板進入卷制前必須打磨縱縫對接坡口及邊緣25mm以

上，以免影響焊接質量。

2.2 風電塔筒的卷制工藝

（1）上料時應以中輥配合鋼板輸送床進行端部對齊，以防竄角。

（2）將上輥保持在一定的傾斜度上，先預彎一端頭部約200～30

0mm范圍至要求的圓弧，并用樣板檢查大小口端部，合格后方可進行連續卷制。必要時，在板料上畫5～7條素線。

（3）卷制過程中應隨時將剝落的氧化皮清理干凈，并注意觀察成型情況，同時用相應的內圓弧樣板隨時檢查大小口端部的圓弧，局部凹凸應符合規范要求，鋼板卷圓后應考慮一定的回彈量；保證同一斷面內其最大內徑與最小外徑之差不得大于3mm，同一節錐段最長與最短母線差不得大于1mm，每一段端口處的外圓周長允許偏差為±5mm。

（4）經過數圈的卷制，上輥的逐步加壓，使鋼板成圓合口，合口時需用電焊每500mm點一個50～100mm的點焊點，為控制變形，利用對稱點焊，縱縫保證在2～3mm間隙，錯皮不超過皮厚的十分之一或3.2mm，二者取最小值，圓管兩端錯皮不超過1.5mm。

（5）圓筒的卷制、定位在卷板機上一次性完成，對接錯板≯2mm，板縫兩端用至少100mm長同材質同等厚度的鋼板作為引熄弧板固定，中間部分用有過焊孔的同材質馬板固定，馬板長度為母材厚度的10倍。

（6）圓筒焊接完成后，圓度必須再次檢測，特別要注意焊接周圍圓筒的外部。檢測方法：一是用鐵皮樣板檢測局部橢圓，并用石筆畫好位置；二是用盒尺測量管材的圓度，以管材周長的四分之一或八分之一管段為基準進行測量，把量好的尺寸寫在鋼管上。三是制作與圓筒同徑的內外樣板各一個，樣板寬度200mm左右，長度根據管徑大小決定。樣板與縱縫坡口邊緣間隙由管徑確定，管徑400mm～700mm，間隙為0～2mm；管徑700mm～1000mm，間隙為1～3mm；管徑1000mm以上，間隙為2～4mm。對于壓制沒有達到要求的應調整胎模再壓制直到滿足要求為止。

（7）凡卷制大直徑的筒節時必須使用吊車或卷板機的輔助架配合，以避免由于鋼板的自重使已卷制好的工件變形，但應注意吊車或輔助裝置不能提升過高而導致已成型的圓弧段產生永久變形。

（8）帶預彎頭的筒節，二次切割時要求尺寸準確，厚度方向的切割面應與鋼板表面垂直。

2.3 二次校圓方法和工藝要求

（1）縱縫焊接完成后，NDT前進行二次校圓，校圓前引弧板應已卸下。引弧板采用氣刨切除禁止用錘敲，并保證不損傷該部位的焊接坡口和缺肉。

（2）二次校圓采用三輥卷板機，校圓后筒節圓弧應自然過渡并均勻平滑，特別是縱縫處的局部凹凸度（棱角）應符合下列要求（設計規范有額外要求時按設計規范）：E值應≤（0.1t+1）mm（見圖2）。

（3）與法蘭連接的筒節橢圓度要求：按圖3進行四次直徑的測量（φ1至φ4），其四次測量的直徑差最大應≤25mm，如果筒節直徑≤2800mm時，其四次測量的直徑差最大應≤20mm。由于頂段上法蘭平面度要求高，故頂段上法蘭側的第二筒節也應控制圓弧的局部變形和橢圓度。

2.4 筒節橢圓度的測量

（1）測量橢圓度一般使用激光測距儀。

（2）橢圓度測量應在45度方向測量，首次測量縱縫在45度斜下方測量，然后旋轉45度再次測量另兩個尺寸，并將測量值使用石筆填寫在塔節內側，法蘭橢圓度公差一般為±2mm，當加工圖紙或規范有特別要求時，以要求作為優先級滿足。

3 塔筒的組對工藝要求

3.1 測量將組對的兩塔節的外周長，計算整體均勻分布后的錯邊量，見圖4：

（1）如果客戶要求組對以外側對齊為原則，T2：相鄰塔節下塔節板厚，T1：上塔節，外周長（C）差控制在表1中給出：

（2）如果組對以中間對齊為原則，則應考慮板厚差，計算錯邊量時將加上板厚差值，控制在表2中給出。

（3）其它情況下，則以客戶最大允許錯邊值進行計算，如有些風機客戶規范規定錯邊不超過相鄰較薄板厚的10%，最大允許錯邊值為3mm。

3.2 起始點選擇與定位

（1）相鄰兩節塔節的縱縫需錯開180°。

（2）鋼板邊緣R2切割缺口最先對齊，坡口間距最大不超過

3mm，觀察各角度白色粉線基本對齊（見圖5）。

3.3 裝配錯邊調節控制

（1）按照計算的錯邊量開始塔節‐塔節裝配，開始約1/3周長應該略微放大0.2～0.5mm錯邊量（在不超錯邊要求時）。

（2）大于20mm厚的板組對時若遇到塔節500mm范圍內的圓

度不圓（樣板檢查存在4mm間隙）時如局部的直邊或卷圓過度現象時，可以使用內外側同時錯邊來避免錯邊量超差。

（3）裝配過程對起始位置、丁字縫、距離丁字縫起每隔30度劃一橫線，焊縫一側長度距離坡口邊緣至少200mm，使用石筆在橫線的末端記錄測量后的錯邊值，并按順序標號①、②、③，錯邊值記錄不少于12點。

（4）所有錯邊值必須帶上正負號。

3.4 裝配對齊調節方法

（1）間隙或錯邊調節通過組對機調節塔節的上下來實現，詳見每個項目組對機工藝。

（2）當局部的錯邊無法通過上述組對機調節時，則使用組對工裝調整，工裝的點焊位置僅靠坡口邊緣，弧焊時能夠覆蓋點焊位置。

3.5 塔節間裝配要求

（1）塔節間裝配順序及裝配方法，裝配時通過調節組對機4個滾輪相對位置來調節間隙和錯邊量，具體需要參照每個項目的組對機工藝。

（2）最后的塔節裝上之前，需用30m卷尺測量已裝配部分的四個方向（0點、3點、6點、9點）的總長，并將測量值寫在塔節內的四個方向處，根據此總長差值來調節最后的裝配接縫間隙，總裝塔段四個方向總長差值一般小于3mm，當與圖紙沖突時則以圖紙要求執行。

4 結束語

通過不斷研究和優化相關的加工工藝和檢測手段，并積極采用動態的質量控制措施，將加工過程中各類影響因素對質量的影響降至最低，有效確保風電塔筒的建造質量，達到全過程、全方位、全員參與的質量管理目標。

參考文獻

[1]朱少輝.風電機組塔筒設計和優化[J].機械工程與自動化，2016（6）：115-117.

[2]薛端陽.風力發電機塔筒制造的過程控制方案[J].沈陽大學學報（自然科學版），2013，25

（6）：481-484.