1、312023 年第 17 期/新产品新技术NEW PRODUCT NEW TECHNOLOGY超高钢混风电塔筒自提升液压技术陈建平1 米智楠1 陈 杰2 李鲜明2 张伦伟31 同济大学机械与能源工程学院 上海 200092 2 上海同力建设机器人有限公司 上海 2004363 同济大学航空航天与力学学院 上海 200092摘 要：目前陆上风电高风速资源日趋稀缺，在低风速区域大幅提高风电机组的塔筒高度能够充分利用高空风能资源，大幅提高平均发电量，对我国中、东部低风速区域发展风电清洁能源有着积极意义。而传统大吨位起重机安装作业方式不利于超高风电塔筒的安装。针对这一难题，文中研制了超高钢混风电塔筒自
2、提升液压系统，将液压提升器集群作为起重机械，以钢绞线作为索具，通过传感检测和智能控制算法，确保同步提升高差小于 5 mm，依次将混凝土内塔筒和中塔筒提升到位，高质量地实现了某 170 m 高的风电钢混塔筒的安装。液压自提升技术作为一种新颖的超高钢混风电塔筒的安装技术，其高度、质量不受限止，自动化控制程度高，技术可行、安全可靠。关键词：自提升液压技术；超高；钢混风电塔筒；提升策略；安装中图分类号：TH211 文献标识码：A 文章编号：1001-0785（2023）17-0031-05Abstract:Currently,the high wind speed resources of wind
3、power on land are increasingly scarce.Increasing the tower height of wind turbines in low wind speed areas can make full use of high-altitude wind energy resources and greatly improve the average power generation,which is of positive significance to the development of clean energy such as wind power
4、 in low wind speed areas in central and eastern China.However,the installation and operation mode of traditional large-tonnage crane is not conducive to the installation of ultra-high wind tower.Considering this difficulty,a design of self-lifting hydraulic system for ultra-high steel-concrete wind
5、tower is proposed in this paper.In this design,the hydraulic lifter cluster is used as lifting machinery,and the steel strand is used as rigging.Through sensing detection and intelligent control algorithm,the synchronous lifting height difference is ensured to be less than 5 mm,and the concrete inne
6、r tower and the middle tower are lifted in place in turn,so as to realize the accurate installation of a 170 m high steel-concrete wind tower.Hydraulic self-lifting technology is a novel installation technology of ultra-high steel-concrete wind tower,which is not limited by height and quality,has hi
7、gh degree of automatic control,and is feasible,safe and reliable.Keywords:self-lifting hydraulic technology;ultra-high;steel-concrete wind tower;optimization strategy;installation0 引言某风电场 170 m 钢混塔筒风电机组应用自提升液压技术安装，其叶轮直径为 155 m，轮毂高度为 170 m，总高度为 247.5 m，是当前国内最高的陆上风力发电机组。目前我国陆上风电高风速资源日趋稀缺，在低风速区域大幅提升风机塔
8、筒的高度能够充分捕获高空风能资源，对提高风电单机容量输出及降本增效非常有利1，2。高塔筒技术作为一种新兴的技术，可充分发掘低风速区域，极大拓展风电发展空间，使以往经济开发价值不理想的低风速区域变得具有经济性3，4，成为我国低风速资源区域风电开发的一个主要技术途径。传统的风电塔筒安装方式一般为采用大吨位起重机进行分段吊装。对高度超过 120 m 的风电塔筒需要使用800 t 及以上的大吨位履带起重机5，传统安装方式不仅施工工序繁琐，且受到履带起重机吊装能力的制约，同时运输难度大、运输费用高；特别是在山区风电场建设中，还需花费大量额外资金建设上山道路，大大增加了风电场建设的成本6。为了降低施工成本
9、，缩短施工周期，各安装单位不断更新工艺、优化施工。液压同步提升技术对超重、超高、超大型结构吊装具有较强的适应陈建平，米智楠，陈杰，等.超高钢混风电塔筒自提升液压技术 J.起重运输机械，2023（17）：31-35.引 用 格 式32/2023 年第 17 期性，并能在狭小及复杂环境下应用，设备自身质量小，单体能量密度高。自 20 世纪 90 年代初上海某电厂超临界汽轮发电机组的钢内筒烟筒的液压同步顶升工程以来，液压同步提升获得了广泛应用7-9。液压提升的柔性承重索具是高强度钢丝构成的钢绞线，提升高度不受限，还可以采用多个位置点作为提升点，大大拓展了同步提升质量和作业面积，且可长期悬吊（防风措施
10、到位），以便于后期施工。文中所述示例风电场 170 m 钢混塔筒风电机组的安装，是液压提升技术第一次应用在国内风电混凝土塔筒的吊装施工，作为一种新颖的超高塔筒吊装补充手段，本文着重对超高塔筒吊装的自提升液压技术做有益的探索。1 钢-混风电塔筒结构作为我国最高陆上风电机组，示例风电场 170 m 钢混塔筒采用装配式钢-混凝土组合结构形式，与风电机组相连的顶节塔段采用小直径钢塔筒，下部的 3 节均为大直径混凝土塔筒。3 节混凝土塔筒为现浇多边形混凝土结构，由外向内 3 节层层嵌套组成，依次是混凝土外塔筒、中塔筒和内塔筒。叶轮吊装时中心高度为 84 m，无需额外大型起重机械，降低了作业难度和风险。钢
11、-混凝土组合结构形式既可有效防止超高塔筒低频共振，稳定性好，还可实现塔筒工厂化、预制化、标准化生产，降低生产成本，兼具混凝土塔筒及钢塔筒的优势。2 自提升工艺流程在传统的采用大吨位起重机的安装流程中，首先安装底段塔筒，然后依次为中段塔筒、中上段塔筒、顶段塔筒、机舱、发电机、叶轮组合、叶轮等的吊装。文中所述与传统安装流程不同，在安装机舱、发电机、叶轮组合、叶轮等之后，再进行混凝土内塔筒和中塔筒的自提升施工流程。在自提升工程中，除了混凝土内塔筒段和中塔筒段本身的质量外，还要考虑风电机组的重力、叶轮引起的偏心载荷，以及作用在塔筒上的风荷载。根据 NB/T 109082021风电机组混凝土钢混合塔筒施
12、工规范中的预制混凝土塔筒安装就位应满足的规定：1）每段混凝土塔筒应进行垂直度测量，误差应符合设计要求；2）每吊装一段混凝土塔筒应对其进行调平，误差应符合设计要求。因此，从提升质量、精度、姿态、偏心载荷和风荷载引起的弯矩等作业工况以及相关规定等，均对自提升液压技术提出了较高的施工要求。发电机组吊装完成后可实施自提升施工流程，即采用先细后粗的自提升液压技术，类似于抽拔天线，依次将混凝土内塔筒和混凝土中塔筒提升到位。施工工艺流程分为混凝土内塔筒和中塔筒自提升 2 个阶段，即先用混凝土中塔筒顶部作反力支撑平台来提升混凝土内塔筒（含顶节钢塔筒及风电机组叶轮），再用混凝土外塔筒顶部作反力支撑平台来提升混凝
13、土中塔筒及以上结构，历经 2 次累积提升，直至将超高风电塔筒成功安装就位。在混凝土内塔筒自提升阶段，将长行程液压提升器集群均匀分布于混凝土中塔筒顶部的凸缘圆周处，先将液压提升器内的钢绞线向下穿过混凝土中塔筒顶部凸缘的提升孔，再从混凝土内塔筒底部凸缘的地锚孔穿出后，与地锚相连，如图 1 所示。钢绞线均匀张紧后，即可对混凝土内塔筒进行自提升作业。混凝土内塔筒提升到位后，将内塔筒与中塔筒的凸缘用预应力锚杆连接牢固。1.液压提升器 2.混凝土中塔层 3.钢绞线4.混凝土内塔层 5.地锚图 1 液压提升器与混凝土塔筒连接示意图新产品新技术NEW PRODUCT NEW TECHNOLOGY332023
14、年第 17 期/新产品新技术NEW PRODUCT NEW TECHNOLOGY混凝土内塔筒提升完成之后，接着进行混凝土中塔筒的自提升阶段。先将长行程液压提升器集群外移到混凝土外塔筒的顶部，并均匀布置于混凝土外塔筒顶部的凸缘圆周处，将液压提升器内的钢绞线向下穿过混凝土外塔筒顶部凸缘的提升孔，再从混凝土中塔筒底部凸缘的地锚孔穿出后与地锚相连，钢绞线均匀张紧后即可对混凝土中塔筒进行自提升作业。经过 2 次提升阶段，依次将混凝土内塔筒和中塔筒拔出，完成风电塔筒的安装作业，如图 2 所示。图 2 超高塔筒自提升施工工艺流程3 液压系统自提升液压系统可分为提升主系统和锚具辅助系统等 2 部分，如图 3
15、所示。提升主系统由提升液压泵源、电磁换向阀、溢流阀、平衡阀、液压提升器等组成。液压油箱 1 用于储存液压油、散热、沉淀污物和分离油液中渗入的空气，并可作为液压泵和液压集成块的安装平台，其上部开有通气孔，使油面与大气相通。滤油器 2为提升液压泵源 4 的吸油过滤器，确保进入提升主系统的油液的清洁度。提升液压泵源 4 包括提升液压泵、驱动电动机和变频器等，通过微控制器调节变频器的频率，以改变驱动电动机的转速，可控制提升液压泵的输出流量，为提升液压缸提供液压动力。提升液压泵源采用了模块化结构，以提高液压提升设备的通用性和可靠性。根据提升塔筒吊点的布置以及液压提升器数量和泵源流量，可进行多个模块的组合
16、，每一套模块以 1 套泵源系统为核心，可独立控制 1 组液压提升器。1.液压油箱 2.滤油器 3.吸油过滤器 4.液压泵源 5.锚具液压泵源 6.压力表 7.溢流阀 8.锚具溢流阀 9.锚具压力表 10.电磁换向阀 11、12.锚具电磁换向阀 13.平衡阀 14、15.液压提升器图 3 自提升液压系统原理图图 3 中，压力表 6 显示液压泵的出口工作压力。溢流阀 7 限制系统的最高工作压力。三位四通电磁换向阀10 的中位机能为 H 形，控制提升液压缸的伸、缩缸动作。H 形中位机能还可使电磁换向阀 10 在处于中位时，液压油直接回油箱，降低能耗，减少系统发热。平衡阀13 在液压油正向流动时，通过单向阀快速进入提升液压缸，实现活塞杆伸出；液压油反向流动时，单向阀起截止作用，液压油通过平衡阀反向流出，带载下降时可34/2023 年第 17 期避免负载急速下坠。液压提升器 14 和 15 由提升液压缸及上下锚具液压缸组成，为穿芯式结构，钢绞线从上锚具、提升液压缸中部、下锚具依次穿过。上下锚具由于楔形锚片的作用具有单向自锁性，提升液压缸通过伸缩动作和上下锚具的夹紧或松开的协调动作，实现重物的上升
