风电维修专用吊机应用分析

The application analysis of special maintenance crane

郑州新大方重工科技有限公司   韩丽丽 丹晨

摘要：本文通过分析不同类型风电维修吊机的工作过程和优缺点，指出专用维修吊机未推广应用的原因并提出了解决方案。

关键字：风电、维修、专用吊机

Abstract: The text points out the reason of that the special maintenance crane isn’t used popularly, and proposes the solution through analyzing the working process and feature of some special maintenance cranes.

Keywords: Wind power   Maintenance   Special Crane

1、引言

我国风电产业大规模发展已有十几年，随着时间的推移，风电机组的维护已经成为确保风电场正常运行的关键。目前国内风电装机已突破1亿千瓦，2020年将突破2亿千瓦，如此巨大的装机容量，将使风机运维市场成为新能源装备制造业新的增长点。随着国内风电产业高速发展的大批风机走出了质保期，风电机组的叶片、齿轮箱、发电机和轴承等关键零部件，出现问题的几率越来越高。

2、风电维修大部件吊装的特点

风力发电机组一般都安装在高山、戈壁、山口、海边等风能较大周围无遮挡物的地方，齿轮箱、发电机等部件安装在机组塔筒之上狭小的机舱内，距离地面几十米甚至上百米高。常年经受酷暑、严寒和极端温差的影响，机组运行时常伴有振动，因此其故障率较高，齿轮箱故障率更是达到风机故障率的１５％～２０％。每次机组更换大部件均采用大型起重设备，维修费用较高，同时由于大都风电场地势偏僻，交通复杂，大型起重设备进场困难，造成了维修时期较长，影响了机组的可利用率及发电量。

就道路条件而言，山地丘陵往往没有道路，要开发利用这些地方的风力资源，就必须开辟运输道路，考虑山区各种复杂的因素，受地形的限制，山地风电场的道路一般坡度大，通常在 14%以上，局部达到20~30%；由于风电场的道路多为盘山建设的临时道路，后期缺少维护，在后期风电机组维修的过程中，道路条件会更加恶劣。

3、风机维修大部件吊装起重机

以轮毂中心线高度85m的某2.0MW风机为例，齿轮箱重量约20t，要满足该齿轮箱吊装需要采用600t以上全地面起重机或400t以上履带式起重机。

履带式起重机起重能力强，长距离运输需要拆解，400t履带吊一般需要20几辆运输车，进出场费用非常高，并且安装拆卸均需要3~5天时间，时间成本较高，对于维修吊装并不适用。

全地面起重机由于能够远距离自行驶，转场方便，吊装准备时间短，所以风电大部件维保，一般选用全地面起重机。但全地面起重机自身结构复杂，制造成本高，租赁台班费用也高，主臂受尺寸限制，抗风能力较履带吊弱，在风电场特殊环境下，全地面起重机的使用需更加谨慎。

针对风电维修大部件吊装的特点和常用起重机的问题，市场上出现几种新型风电维修专用吊机。

3.1、塔筒固定式维修吊机

             图1                             图2

该维修吊机主要由抱塔装置、变幅油缸、辅助提升装置、装置平台等主要部件组成（图1，图2）。

塔筒固定式维修吊机的工作过程: 该吊机随运输车到达需要维修的风机下，利用运输车上随车起重机进行组装。风机内自带电动葫芦将辅助装置提升到机舱内进行安装。辅助装置安装完成后，将牵引绳置于辅助装置上的滑轮槽内，牵引绳一端绳头与地面机组提升卷扬上的钢丝绳连接后，拉动另一端牵引绳头完成钢丝绳穿绳。穿绳完成后，钢丝绳绳头固定在地面机组上。爬升前，抱塔油缸动作将抱塔装置打开，导向轮油缸动作伸出导向轮。提升卷扬转动，导向轮贴着塔筒，机组向上爬升。

机组爬升到工作高度后，抱塔装置上导向轮油缸先动作，收回导向轮，然后抱塔油缸动作，抱塔机构环形抱住塔筒。接着预紧力油缸动作，抱塔机构紧紧地抱住塔筒，机械保护装置挂钩挂住销轴。提升卷扬稍微反转些，使提升钢丝绳不再受力。至此，完成吊载前抱塔工作。抱塔工作完成后，通过变幅油缸伸缩，实现门架变幅。

到达指定变幅角度后，门架停止变幅，起升卷扬动作，实现机舱内大部件的吊装起升，通过门架的变幅动作，将重物移至机舱外侧，起升卷扬下放，将重物落至地面实现吊装过程。

     图3  抱塔装置打开                  图4   导向轮工作

     图5  抱塔装置工作                    图6  门架变幅

3.2、机舱安装式维修吊机

            图7                               图8

该维修吊机主要由辅助小吊机、底盘固定装置、滑轮导向装置、变幅油缸、回转装置、起升装置、主副臂等主要部件组成（图7，图8）。

机舱安装式维修吊机的工作过程:该吊机由运输车运至维修风机下，由风机机舱内电动葫芦将辅助小吊机吊至机舱内安装就位；然后由辅助小吊机进行维修吊机的底盘固定装置及滑轮导向装置的吊装；为避免提升过程中维修吊机与塔筒机舱的碰撞，将运输车开至距塔筒60m处，进行地面提升卷扬到机舱上部滑轮导向装置之间的穿绳工作，然后启动地面提升卷扬，将维修吊机吊装装至机舱处固定位置进行安装就位。

   维修吊机通过回转机构和油缸变幅机构动作，将吊钩调整至维修部件上方，启动起升机构进行部件的吊装。

图9  辅助小吊机安装                       图10 底盘固定装置安装

 图11 运输车与塔筒距离                图12  维修吊机开始起升

图13 维修吊机的起升                   图14   维修吊机就位

   图15 维修吊机吊装                       图16 维修吊机回转

4、风电维修吊机的应用分析

随着风机塔筒高度的持续增加，风电维修大部件吊装所需的全地面起重机将越来越大，使得维修成本也越来越高。为寻求更加经济的解决方案，各种维修专用吊机应运而生，这些专用维修吊机依附于已有风电机组安装，不受塔筒高度限制，整机小巧方便，经济性好，但在实际风电维修吊装中并未推广应用。

塔筒固定式维修吊机由导向轮沿塔筒攀爬，并最终固定于塔筒顶端。在攀爬过程中可能对塔筒表面油漆造成破坏，给塔筒的防腐带来新的问题；吊装过程中，将作用力施加于塔筒顶端，需要充分验证塔筒的受力，必要时进行塔筒局部加强。

机舱安装式维修吊机，安装过程不与塔筒接触，避免了对塔筒表面的破坏；吊机安装于机舱内机座处，受力简单明确，但安装位置需要根据不同类型风机专门设计；整机安装过程复杂，制造和使用成本较高。

 基于以上分析可知，无论是塔筒固定式还是机舱安装式维修专用吊机均需要与风电机组可靠的联接，这就会对原有风电机组局部受力造成影响，而现有风电机组设计时并未考虑该类型载荷，造成该类维修专用吊机很难在已有风电机组上推广应用。而风电维修专用吊机优势明显，要突破目前的困境，需要风电主机厂和专用吊机厂的共同努力，相互配合，最终达到大幅降低风电维修吊装成本的目的。

[参考文献]

 [1] 孟瑞艳  浅谈山地风电机组大部件维修吊装施工，风能产业，2017-07