海上风电高空作业平台设计

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摘要：在我国最早的一批海上风电特许权招标项目招标后，由于具有太多不确定因素，我国海上风电的建设速度非常缓慢，缺少较为完善的政策法规，加之风机产品的质量仍不稳定，进而使得我国的海上风电项目建设不能创造出可媲美陆上风电的奇迹。现在让我们把目光放的更长远一些，研究一下3-5年后海上风机出了质保期怎样才能更好地运维保养。本文主要以运行维护为核心，设计高空作业平台对风机进行维护，总述高空作业平台的优势。

关键词：海上风电；高空作业平台；运行维护

一、引言

能源已经是现代人类世界必不可少的重要动力，它将直接和间接地影响到社会经济文明的发展。众所周知，随着全球经济的快速发展，能源的需求量越来越大，传统能源完全不能全部供应发展的需要。风能作为一种极具竞争力的可再生清洁能源，它强有力地改变了世界能源市场结构。风能在几十年的研究发展过程中，已逐步从应用示范转变为实用化。相对于传统的燃煤发电来说，风力发电是没有二氧化碳排放的理想绿色能源。而与陆地风能相比，海上风能特点更为突出，海上年平均风速明显大于陆地，研究表明，由于海面的粗糙度较陆地较小，离海岸10km的海上风速比岸上高25%以上。世界上越来越多的国家将目光放在了风能资源的开发和利用上，并早已通过相应的技术手段研究着手建设海上风电场，从而使得风能资源的有效利用率更高，建设开发重点利用海上风电项目已成为将来世界风电行业及能源电力行业发展的大势所趋。而我国的海上风电行业目前尚处于刚刚起步发展的阶段，在海上风电场的布机设计、建设施工和生产运营等方面仍存在着很多的问题，本文旨在可以通过建设海上风电高空作业平台的方式来保证海上风电产业的稳步发展。

二、高空作业平台的背景

高空作业平台是用于承载工作人员、工器具或者工作用材到达相应位置，从而进行工作的设备，属于高空作业器械。它主要包括带曲柄机构的工作平台、伸展和保护机构和底盘。其特点主要体现在结构紧凑、作业频率高、自身载荷小，操作灵活简单，并具安全可靠性高、平稳性和微调性好等方面。其中安全性强和作业效率高是高空作业平台的最大特点。高空作业平台除了能进行高空作业外，还具有行走、越障和躲避障碍等功能，更好地迎合了流动性大、机动性强、区域范围广的高空作业要求。

国外对于高空作业平台的研究研发早于国内，至今已有百年多的历史，其产品研发、生产应用已经具有相当成熟的体系，生产企业主要集中在欧美、日本等发达国家。高空作业平台属于特定的产品，应用于特定的领域，因此在我国的应用推广和普遍程度并不是很高，使用频率也不高；各个生产地区产业链不完整，科技技术含量差距很大；与国际级的主要高空作业平台制造厂商相比，企业的规模偏小；对于产品标准的执行能力较弱，有关的工作人员操作使用培训以及安全使用等方面的配套标准指定不足。

我国的高空作业平台仅有近五十年的发展。尽管近几年我国高空作业器械发展很快，但同时也存在企业发展不平衡，产品单一化等不足，依旧处于行业发展的上升期。从结构形式上来讲，我国的高空作业平台目前主要以简单的剪叉式、套筒油缸式等为主，某些高强度，高难度作业所用的特殊平台方面尚有空白，依然是以进口为主，如高空绝缘作业车、 蜘蛛式高空作业平台等。而海上高空作业平台无论是国外还是国内都还发展不足，还有极大的发展空间。

我国风电的开发仍处于发展阶段，风场管理以及配套服务机制还有待完善，特别是大部分的风电企业对风电机组的维护还没有充分系统的认识，以致于在企业前期投入严重不足，导致后期风电场运营存在诸多隐患，风电场随时都有可能发生许多意想不到的事故，风机的停机、风场的停运都会直接影响到风电场并网和场运营的经济效益。按我国现行标准（DL/T797-2001）规定风机维护检修周期为半年、一年、三年、五年，以及逐年加大的装机容量势必形成庞大的维修工作量，如果不具有高效的维护、维修装备，将严重制约风场的正常运行。目前，兆瓦级风力发电机继续朝着单机容量增大的趋势发展，配套的维修保养设备所面临的问题越来越突出。

三、海上风力发电高空作业平台设计

1、平台结构

利用SolidWorks三维仿真软件对海上风力发电高空作业平台进行建模（图1-1），更便于直观的表达设计思想，体现各部件之间的连接关系设计思想。所设计平台主要有基础平台、液压缸支柱、风机滑道、平台滑道、顺轨弹簧和防撞轮组成。

图1-1 平台建模

大体可以分成上下两个部分，一是上部的平台，二是下部的液压缸支柱（图1-2），两者通过平台滑道连接，实现了既可以上下运动，又可以满足水平方向移动的实际要求。

图1-2 液压缸支柱示意图

平台部分是工作的主要区域，主要起到了载重货物和施工人员的作用。本文设计的高空作业平台可拆卸组装，配合风机厂家生产的可调节式滑道，实现360度旋转升降。

竖直方向出现夹角，从而钢丝绳受力增大，使整个风机维修平台的稳定性降低。本文所设计海上风力发电高空作业平台主要思想是将平台和液压缸支柱采用滑道链接，当平台水平方向移动的时候，液压缸支柱不需要移动，从而减少一些船只的不必要消耗，也使平台的稳定性大大增加。

由于风机塔筒外形是从下到上逐渐变窄的，所以平台除了顺轨道上下滑动外还装有拉紧弹簧，方便滑轮在轨道内滑动。

2、平台的应用

平台使用范围：风力发电机组的外部机构，包括叶片、塔筒、机舱及相应部件和海上变电站的检查及维修保养。

平台适用对象：各种市场上存在的MW级风机，如变桨型/失速型风机。

平台的使用应遵循以下条例：

1.使用平台前先对平台进行检查（限位开关等）；

2.固定平台上下固件；

3.执行必要检查并检修平台任何情况下，平台操作必须完全遵照安全说明；

4.高空作业平台要使用于任何特殊应用及特殊工作环境下，使用前必须联系平台制造商。

3、平台的安装

本平台设计为可拆装式平台，先进行拼装，每段平台都有对接，对接处用专用锁栓进行固定连接

在平台上部也有对接处，同样用专用楔栓进行固定连接，接好全部分段平台进行滑动框架安装，滑动框架的作用是保证平台处于相对于塔筒的最佳位置。滑动框架安装完毕进行配重滑竿和滑轮的安装，在平台的两侧安装配重滑竿以防止出现偏坠现象，虽然本平台是用四柱式液压缸支柱进行托

升，保证了平台水平度，但从长远考虑还要增加配重以防止不必要的损坏。滑轮要安装在塔筒面一侧，配合顺轨滑道，防止平台与塔筒碰撞对塔筒造成损害。平台拼装完毕后，将平台安装与液压缸支柱上，将平台底部与液压缸支柱上的滑道对接（图1-3），调整好与风机的相对位置，将平台的滑轮与风机上的顺轨滑道对接，使滑轮在滑道里滑动。由于风机塔筒是类似于锥形的形状，因为滑道的存在会使平台不断偏离原上升轨道，所以需要在平台上安装一个曲柄机构用来调整平台的位置。至此平台的主要部件已经安装完毕。

图1-3 平台与支柱滑道对接展示

四、高空作业平台的设计意义

采用高空工作业平台可以让工作人员在空中对叶片进行空中修复，不必将叶片落到地面。可以对叶片开裂、雷击缺损、叶尖开裂、叶尖加固、砂眼修堵、胶衣修复、横向竖向裂纹阻断进行修复，还可以对风机叶片进行整体翻新、叶脊加固，根据客户要求可以对叶片进行定期检查、维护、工业清洗等，也可以对塔筒进行维修和维护保养，减少风机潜在的运营风险，进一步为风机的运行维护降低成本作出贡献。

参考文献

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[2]李晓燕，余志等.海上风力发电进展[J].太阳能学报，2004，25（1）78-84

[3]倪云林，辛华龙，刘勇.我国海上风电的发展与技术现状分析[J].能源工程，2009（4）：21-25

[4]牛文欢，张进生，王志等.现代高空作业平台的发展概况与趋势[J].建设机械技术与管理 2013，17（2）：97-100

作者简介：

李昱庆（1994-），男，吉林省白山市，东北电力大学能源与动力工程学院风电122班学生，研究方向：风能与动力工程

马书生（1992―），男，吉林省德惠市，东北电力大学能源与动力工程学院助教，研究方向：动力工程及工程热物理