一種風(fēng)力發(fā)電塔架主體結(jié)構(gòu)制作方法與流程

本發(fā)明涉及鋼結(jié)構(gòu)制作技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種風(fēng)力發(fā)電塔架主體結(jié)構(gòu)制作方法。

背景技術(shù)：

風(fēng)力發(fā)電作為一種新型可再生能源，具有清潔環(huán)?？沙掷m(xù)發(fā)展等諸多優(yōu)點(diǎn)。風(fēng)能資源的豐富性和節(jié)能減排的迫切性，使得風(fēng)電開發(fā)加速推進(jìn)。我國從上世紀(jì)90年代起開始開發(fā)風(fēng)電，本世紀(jì)初得到了較大規(guī)模的發(fā)展，尤其是2005年以來迅速崛起。

風(fēng)力發(fā)電設(shè)備中，塔架是連接風(fēng)機(jī)的重要部件,它承受了風(fēng)力作用在葉輪上的推力、扭矩、彎矩、陀螺力矩、電機(jī)齒箱的振動(dòng)及受力變化時(shí)的擺動(dòng)等動(dòng)載荷，建設(shè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)地區(qū)的環(huán)境溫度低溫可達(dá)-40℃左右，高溫可達(dá)50℃左右。由于風(fēng)的不可控性、隨機(jī)性，有時(shí)瞬時(shí)變化可達(dá)70m/s以上，對(duì)塔架造成的瞬時(shí)沖擊載荷很大。

此外風(fēng)力發(fā)電機(jī)對(duì)其機(jī)艙仰角的要求較高，上下偏差范圍很小，例如VESTAS 600kw風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)艙仰角為5°±24′(機(jī)械加工技術(shù)要求)。塔架的直線度、同軸度等對(duì)機(jī)艙的仰角影響很大。

目前我國風(fēng)電塔架制造中存在的主要問題如下：

1)塔架筒節(jié)展開后為扇形鋼板，且每個(gè)扇形鋼板的半徑均不相同，對(duì)扇形鋼板坡口的切割效率一直未能提高；

2)筒節(jié)組對(duì)環(huán)節(jié)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，效率低；

3)塔架筒體對(duì)接焊縫焊接效率及焊接質(zhì)量已經(jīng)成為一個(gè)技術(shù)瓶頸；

4)法蘭焊后平面度、平行度容易超差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種風(fēng)力發(fā)電塔架主體結(jié)構(gòu)制作方法，其工序安排合理，質(zhì)量控制嚴(yán)格可降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高制作質(zhì)量和效率。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種風(fēng)力發(fā)電塔架主體結(jié)構(gòu)制作方法，所述風(fēng)力發(fā)電塔架主體結(jié)構(gòu)由自下至上依次連接的基礎(chǔ)環(huán)、下段塔筒、中段塔筒和上段塔筒組成，基礎(chǔ)環(huán)及各段塔筒分別制作，通過法蘭連接；具體制作過程如下：

1)下料切割：

基礎(chǔ)環(huán)及各段塔筒的本體均為圓錐形筒體，筒體由1至多個(gè)筒節(jié)組成，各筒節(jié)采用不同厚度鋼板制作；

首先根據(jù)施工圖將各筒節(jié)放樣展開，展開后的筒節(jié)為扇形；采用數(shù)控切割機(jī)下料，數(shù)控編程時(shí)對(duì)切割、刨邊、機(jī)械加工、滾圓和焊接收縮部位留加工余量；每個(gè)筒節(jié)內(nèi)表面劃4條等分的定位線，作為組對(duì)與檢測(cè)基準(zhǔn)線，并標(biāo)記筒節(jié)號(hào)；

基礎(chǔ)環(huán)上的橢圓孔在筒節(jié)下料后采用數(shù)控切割機(jī)加工，所有螺栓孔鉆孔；

2)坡口加工；

基礎(chǔ)環(huán)筒節(jié)的縱向、環(huán)向焊縫坡口采用刨邊機(jī)加工，各段塔筒筒節(jié)的縱向、環(huán)向焊縫坡口采用半自動(dòng)切割機(jī)進(jìn)行加工，加工環(huán)向焊縫坡口時(shí)，半自動(dòng)切割機(jī)沿與筒節(jié)扇形弧邊相配合的環(huán)形軌道走行，保證切割精度；各筒節(jié)連接處鋼板不等厚處按1：4加工過渡坡口；

3)筒節(jié)卷制；

各筒節(jié)分別采用三輥卷板機(jī)進(jìn)行卷制，用弦長(zhǎng)不小于1500mm的弧形樣板反復(fù)檢查，保證各筒節(jié)的弧度與弧形樣板之間的間隙≤2mm，以保證兩端對(duì)接后的筒節(jié)圓度；

筒節(jié)弧度檢查合格后，在對(duì)處的坡口背面點(diǎn)焊固定，其對(duì)口錯(cuò)邊量≤2mm，對(duì)接焊縫局部間隙≤3mm，以保證筒節(jié)的同軸度和上下口平行度；

4)筒節(jié)縱縫焊接；

筒節(jié)卷制完成后吊運(yùn)至焊接區(qū)地面上，使縱縫處于平焊位置，用半自動(dòng)埋弧焊機(jī)進(jìn)行焊接；焊接前檢查筒節(jié)焊接接頭對(duì)口錯(cuò)邊量≤2mm；

縱縫兩端使用引弧板和引出板，引弧板和引出板的坡口形式與縱縫的坡口形式相同，長(zhǎng)度不小于100mm；縱縫內(nèi)側(cè)坡口焊接前預(yù)留焊接反變形量，保證焊后焊縫外側(cè)不發(fā)生蘋果形凹陷；內(nèi)側(cè)焊縫焊接完成后，外側(cè)用碳弧氣刨清根后采用懸臂埋弧焊機(jī)進(jìn)行焊接；

縱縫焊接完成后的縱向焊縫先經(jīng)外觀檢查、無損探傷檢測(cè)合格，再檢查縱向焊縫處筒節(jié)的圓度，如有超差采用三輥卷板機(jī)對(duì)其進(jìn)行溜圓；

5)筒節(jié)與法蘭組焊；

筒節(jié)與法蘭組裝時(shí)，筒節(jié)與法蘭連接的一端向上立放在操平的平面上，將法蘭放置在筒節(jié)上端，保證法蘭與筒節(jié)的形位公差、對(duì)接時(shí)的錯(cuò)邊、坡口間隙符合技術(shù)文件要求，并保證筒節(jié)的縱縫位于2個(gè)法蘭孔的中間位置；全部檢查合格后在點(diǎn)焊固定；

筒節(jié)與法蘭組裝后放在焊接胎具上，用懸臂焊機(jī)進(jìn)行內(nèi)、外側(cè)焊縫的焊接，內(nèi)側(cè)焊縫焊接完成后清根，再進(jìn)行外側(cè)焊縫焊接；

全部焊接完成后，焊縫經(jīng)外觀檢查、無損探傷檢測(cè)合格后與其它筒節(jié)組裝形成筒體；

6)筒體各筒節(jié)之間環(huán)縫組焊；

筒節(jié)與筒節(jié)組裝時(shí)，先將一個(gè)筒節(jié)放在可調(diào)式焊接滾輪架的可調(diào)滾輪架上，再將與之連接的另一個(gè)筒節(jié)放在固定滾輪架上，按切割時(shí)所給的定位線定位；調(diào)整可調(diào)滾輪架的4個(gè)滾輪使筒節(jié)外側(cè)的錯(cuò)邊、坡口間隙符合要求，然后在筒節(jié)坡口外側(cè)點(diǎn)焊固定；

將組裝好的2個(gè)筒節(jié)沿可調(diào)滾輪架滑動(dòng)，再將另一個(gè)筒節(jié)放在固定滾輪架上與之前組裝好的筒節(jié)進(jìn)行組對(duì)，依此類推直至完成此段筒體所有筒節(jié)的組裝；在組裝好的筒體內(nèi)側(cè)相應(yīng)位置打上標(biāo)記，筒節(jié)與筒節(jié)對(duì)接均采用外側(cè)對(duì)齊，筒節(jié)組裝時(shí)縱向焊縫互相錯(cuò)開180°，其最大允許錯(cuò)邊量dx≤2mm；

筒體組裝完成后檢查即筒體兩端面平行度和各段筒節(jié)的同軸度，合格后方可進(jìn)行環(huán)向焊縫焊接；

采用半自動(dòng)埋弧焊機(jī)在筒體內(nèi)部對(duì)環(huán)縫內(nèi)側(cè)焊縫進(jìn)行焊接，焊接完成后在筒體外側(cè)對(duì)環(huán)縫進(jìn)行清根，清根后采用懸臂埋弧焊機(jī)焊接環(huán)縫外側(cè)焊縫；

環(huán)向焊縫經(jīng)外觀檢查、無損探傷檢測(cè)合格；

7)筒體成品檢驗(yàn)；

檢驗(yàn)項(xiàng)目如下：

a.檢測(cè)筒體任意截面的圓度偏差；

b.檢測(cè)筒體兩端法蘭面平行度和同軸度，把彈簧秤拴在鋼卷尺上，用5～10kg相同大小的力，分別測(cè)量?jī)蓚?cè)圓周上4個(gè)均布的端點(diǎn)到相對(duì)側(cè)端面中心點(diǎn)的長(zhǎng)度，其相對(duì)差值在2㎜以內(nèi)為合格；

c.筒體任意局部表面凹凸度；

d.筒節(jié)焊接接頭在環(huán)向和軸向形成的棱角；

e.法蘭的平面度,用激光測(cè)平儀檢查。

切割下料及坡口加工時(shí)，切割允許偏差如表1所示：

表1切割允許偏差

邊緣加工允許偏差如表2所示：

表2邊緣加工允許偏差

在焊接筒節(jié)縱縫時(shí)，制作符合JB4744-2000標(biāo)準(zhǔn)的筒節(jié)縱縫焊接試板，并根據(jù)不同鋼板厚度、不同熱處理工藝、不同爐批號(hào)制作不同的筒節(jié)縱縫焊接試板；低溫塔筒的筒節(jié)縱縫焊接試板需要做低溫沖擊試驗(yàn)。

所有對(duì)接焊縫均采用焊劑墊。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

1)實(shí)現(xiàn)了扇形鋼板弧邊坡口的自動(dòng)切割，提高了扇形鋼板弧邊坡口的切割質(zhì)量和切割效率；

2)采用半自動(dòng)組對(duì)裝置組對(duì)筒體，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，可減少50％以上筒節(jié)定位時(shí)間；

3)塔架筒體對(duì)接焊縫焊接時(shí)采用焊劑墊，能夠使用大電流焊接，使電弧穿透能力增強(qiáng)，焊縫清根時(shí)刨削量減小，提高了焊縫質(zhì)量及焊接效率，節(jié)省了焊接材料；

4)本發(fā)明工序安排合理，質(zhì)量控制嚴(yán)格。

附圖說明

圖1是本發(fā)明所述風(fēng)力發(fā)電塔架主體結(jié)構(gòu)的示意圖。

圖2是本發(fā)明所述筒體的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1.基礎(chǔ)環(huán) 2.下段塔筒 3.中段塔筒 4.上段塔筒 5.法蘭 6.筒節(jié) 7.縱向焊縫 8.環(huán)向焊縫

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步說明：

一種風(fēng)力發(fā)電塔架主體結(jié)構(gòu)制作方法，如圖1所示，所述風(fēng)力發(fā)電塔架主體結(jié)構(gòu)由自下至上依次連接的基礎(chǔ)環(huán)1、下段塔筒2、中段塔筒3和上段塔筒4組成，基礎(chǔ)環(huán)1及各段塔筒2、3、4分別制作，通過法蘭5連接；具體制作過程如下：

1)下料切割：

基礎(chǔ)環(huán)1及各段塔筒2、3、4的本體均為圓錐形筒體，筒體由1至多個(gè)筒節(jié)6組成，各筒節(jié)6采用不同厚度鋼板制作；

首先根據(jù)施工圖將各筒節(jié)6放樣展開，展開后的筒節(jié)6為扇形；采用數(shù)控切割機(jī)下料，數(shù)控編程時(shí)對(duì)切割、刨邊、機(jī)械加工、滾圓和焊接收縮部位留加工余量；每個(gè)筒節(jié)6內(nèi)表面劃4條等分的定位線，作為組對(duì)與檢測(cè)基準(zhǔn)線，并標(biāo)記筒節(jié)號(hào)；

基礎(chǔ)環(huán)1上的橢圓孔在筒節(jié)6下料后采用數(shù)控切割機(jī)加工，所有螺栓孔鉆孔；

2)坡口加工；

基礎(chǔ)環(huán)1筒節(jié)6的縱向、環(huán)向焊縫7、8坡口采用刨邊機(jī)加工，各段塔筒2、3、4筒節(jié)6的縱向、環(huán)向焊縫7、8坡口采用半自動(dòng)切割機(jī)進(jìn)行加工，加工環(huán)向焊縫8坡口時(shí)，半自動(dòng)切割機(jī)沿與筒節(jié)6扇形弧邊相配合的環(huán)形軌道走行，保證切割精度；各筒節(jié)6連接處鋼板不等厚處按1：4加工過渡坡口；

3)筒節(jié)6卷制；

各筒節(jié)6分別采用三輥卷板機(jī)進(jìn)行卷制，用弦長(zhǎng)不小于1500mm的弧形樣板反復(fù)檢查，保證各筒節(jié)6的弧度與弧形樣板之間的間隙≤2mm，以保證兩端對(duì)接后的筒節(jié)6圓度；

筒節(jié)6弧度檢查合格后，在對(duì)處的坡口背面點(diǎn)焊固定，其對(duì)口錯(cuò)邊量≤2mm，對(duì)接焊縫局部間隙≤3mm，以保證筒節(jié)6的同軸度和上下口平行度；

4)筒節(jié)縱縫焊接；

筒節(jié)6卷制完成后吊運(yùn)至焊接區(qū)地面上，使縱縫處于平焊位置，用半自動(dòng)埋弧焊機(jī)進(jìn)行焊接；焊接前檢查筒節(jié)焊接接頭對(duì)口錯(cuò)邊量≤2mm；

縱縫兩端使用引弧板和引出板，引弧板和引出板的坡口形式與縱縫的坡口形式相同，長(zhǎng)度不小于100mm；縱縫內(nèi)側(cè)坡口焊接前預(yù)留焊接反變形量，保證焊后焊縫外側(cè)不發(fā)生蘋果形凹陷；內(nèi)側(cè)焊縫焊接完成后，外側(cè)用碳弧氣刨清根后采用懸臂埋弧焊機(jī)進(jìn)行焊接；

縱縫焊接完成后的縱向焊縫7先經(jīng)外觀檢查、無損探傷檢測(cè)合格，再檢查縱向焊縫7處筒節(jié)6的圓度，如有超差采用三輥卷板機(jī)對(duì)其進(jìn)行溜圓；

5)筒節(jié)6與法蘭5組焊；

筒節(jié)6與法蘭5組裝時(shí)，筒節(jié)6與法蘭5連接的一端向上立放在操平的平面上，將法蘭5放置在筒節(jié)6上端，保證法蘭5與筒節(jié)6的形位公差、對(duì)接時(shí)的錯(cuò)邊、坡口間隙符合技術(shù)文件要求，并保證筒節(jié)6的縱縫位于2個(gè)法蘭孔的中間位置；全部檢查合格后在點(diǎn)焊固定；

筒節(jié)6與法蘭5組裝后放在焊接胎具上，用懸臂焊機(jī)進(jìn)行內(nèi)、外側(cè)焊縫的焊接，內(nèi)側(cè)焊縫焊接完成后清根，再進(jìn)行外側(cè)焊縫焊接；

全部焊接完成后，焊縫經(jīng)外觀檢查、無損探傷檢測(cè)合格后與其它筒節(jié)6組裝形成筒體；

6)筒體各筒節(jié)6之間環(huán)縫組焊；

筒節(jié)6與筒節(jié)6組裝時(shí)，先將一個(gè)筒節(jié)6放在可調(diào)式焊接滾輪架的可調(diào)滾輪架上，再將與之連接的另一個(gè)筒節(jié)6放在固定滾輪架上，按切割時(shí)所給的定位線定位；調(diào)整可調(diào)滾輪架的4個(gè)滾輪使筒節(jié)6外側(cè)的錯(cuò)邊、坡口間隙符合要求，然后在筒節(jié)6坡口外側(cè)點(diǎn)焊固定；

將組裝好的2個(gè)筒節(jié)6沿可調(diào)滾輪架滑動(dòng)，再將另一個(gè)筒節(jié)6放在固定滾輪架上與之前組裝好的筒節(jié)6進(jìn)行組對(duì)，依此類推直至完成此段筒體所有筒節(jié)6的組裝；在組裝好的筒體內(nèi)側(cè)相應(yīng)位置打上標(biāo)記，筒節(jié)6與筒節(jié)6對(duì)接均采用外側(cè)對(duì)齊，筒節(jié)6組裝時(shí)縱向焊縫7互相錯(cuò)開180°，其最大允許錯(cuò)邊量dx≤2mm；

筒體組裝完成后檢查即筒體兩端面平行度和各段筒節(jié)6的同軸度，合格后方可進(jìn)行環(huán)向焊縫8焊接；

采用半自動(dòng)埋弧焊機(jī)在筒體內(nèi)部對(duì)環(huán)縫內(nèi)側(cè)焊縫進(jìn)行焊接，焊接完成后在筒體外側(cè)對(duì)焊縫進(jìn)行清根，清根后采用懸臂埋弧焊機(jī)焊接環(huán)縫外側(cè)焊縫；

環(huán)向焊縫8經(jīng)外觀檢查、無損探傷檢測(cè)合格；

7)筒體成品檢驗(yàn)；

檢驗(yàn)項(xiàng)目如下：

a.檢測(cè)筒體任意截面的圓度偏差；

b.檢測(cè)筒體兩端法蘭面平行度和同軸度，把彈簧秤拴在鋼卷尺上，用5～10kg相同大小的力，分別測(cè)量?jī)蓚?cè)圓周上4個(gè)均布的端點(diǎn)到相對(duì)側(cè)端面中心點(diǎn)的長(zhǎng)度，其相對(duì)差值在2㎜以內(nèi)為合格；

c.筒體任意局部表面凹凸度；

d.筒節(jié)6焊接接頭在環(huán)向和軸向形成的棱角；

e.法蘭5的平面度,用激光測(cè)平儀檢查。

切割下料及坡口加工時(shí)，切割允許偏差如表1所示：

表1切割允許偏差

邊緣加工允許偏差如表2所示：

表2邊緣加工允許偏差

在焊接筒節(jié)縱縫時(shí)，制作符合JB4744-2000標(biāo)準(zhǔn)的筒節(jié)縱縫焊接試板，并根據(jù)不同鋼板厚度、不同熱處理工藝、不同爐批號(hào)制作不同的筒節(jié)縱縫焊接試板；低溫塔筒的筒節(jié)縱縫焊接試板需要做低溫沖擊試驗(yàn)。

所有對(duì)接焊縫均采用焊劑墊。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。