风力发电机组中端面圆跳动值的探讨

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摘 要：跳动值是风力发电机组中比较关键的一个形位公差值，本文先对跳动值的概念进行了描述，阐述了跳动值与平面度的区别，并就测量方案和纠偏方式以实例的形式进行了探讨。

关键词：跳动值；平面度

中图分类号：TM31 文献标识码：A

进入21世纪后，随着国内经济高速发展，煤炭等不可再生能源越来越成为制约经济发展的瓶颈，资料显示到2020年国内能源缺口将达到5亿吨标准煤，而可再生能源将成为主要的替代能源之一，风力发电作为可再生能源技术发展的重点。国家政策的倾斜使得风电产业在“十一五”期间连续5年实现了翻番的快速发展，随着装机量的增加以及早期装机的兆瓦级风机质保期陆续结束，风场建设过程中或风机自身的问题也逐步暴露出来，其中之一就是机组塔筒端面圆跳动的控制，本文分两个位置来探讨，分别是塔筒顶部和基础环上表面，前者是机组偏航异响的主要原因，后者则可能导致机组倾覆。

1 定义

圆跳动公差按被测要素的几何特征和测量方向，可分为四类：径向圆跳动公差、端面圆跳动公差、斜向圆跳动公差、斜向圆（有角度）跳动公差。用“”符号表示。

端面圆跳动公差带是在与基准轴线同轴的任一半径位置的测量圆柱面上距离为公差值t的两圆之间的区域，如图1所示，

2 圆跳动超差的原因

2.1 塔筒顶部圆跳动超差的原因：

（1）法兰制造厂受加工设备、工艺条件等因素制约，制造过程中公差不达标。

（2）筒壁组对焊接产生的累积偏差，也会导致顶法兰跳动超差。

（3）焊接引起的变形，以及火攻校正引起的变形导致超差。

2.2基础环上表面圆跳动超差的原因：

（1）土建设计和施工原因，设计院通常在山区采用浅基础重力式混凝土承台，在海边、沼泽等地质偏软的区域采用PHC管桩加混凝土承台，后者由于技术、工艺及施工缺陷常出现基础不均匀沉降的现象。

（2）基础环制造、运输及存放过程中由于本体内应力的释放，也会出现变形，最终导致施工后圆跳动超差。

3 端面圆跳动值的测量及处理方式

精确的测量设备和合理的测量方法才能得到正确的跳动值。当被测对象体积较小时传统测量方式是采用千分表，基础土建验收采用水准仪，在风电领域中建议采用更高精度的激光测平仪。

3.1塔筒顶法兰测量方案及处理方式：

方案一：

（1）首先生成一个水平的基准面，并确保该平面的水平度≤2.0mm。为了保证要求，通常在地面上放置一块钢板，用水平仪测量该钢板平面的水平度，不符合要求时，进行适当调整，保证其水平精度要求。（也可以制作4-6个可调节高度的支撑座，通过微调来达到相同的效果）见图2。

（2）与塔筒顶法兰焊接的筒壁板必须数控下料，并且纵缝对接时不产生错边，将环焊坡口清渣并磨平，减小因环焊缝不平产生的误差。

（3）与顶法兰组对焊完后，再将筒节竖直放置在选好的基准平面上，以基准面为起点，用卷尺测量到法兰顶部的距离，选等距离三个测量点，作为激光测平仪接收器的放置点，调节激光测平仪的发射线使其水平（或激光测平仪的发射源任取等距离三点，调节激光测平仪的发射源与基准面保持平行）见图3。

（4）将接收器放置在法兰上，每隔n个法兰孔选择一个测量点，顺时针逐点进行测量，记录最大值与最小值之差的绝对值。

（5）数值的判定：

符合要求：所测得的数值≤0.5mm时，允许进行环缝整体组对焊接；

不符合要求：①所测得的数值0.5mm≤≤1.5mm时，可将整体放到立车上对法兰面进行机加工；②所测得的数值≥1.5mm时，应将法兰切割后重焊。切割后须重新测量筒节和法兰的尺寸，以保证再次焊接前符合要求；③不建议采取火工矫正，但如果采取这种方式，必须对其加热温度、加热时间、加热后处理进行严格控制，确保不会发生过烧现象。

（6）采取适当措施矫正后，需继续对法兰进行测量，直至合格。

方案一中的两个关键点：基准面必须保证其精度；激光测平仪发射光源必须与基准面平行。

实测结果举例如表1：

方案二：

由于整段塔架法兰平面度测量时是将塔段水平放置，为了分析塔段平行放置时，由于自重而对法兰平面度产生的影响，现以编号11和编号13的塔筒为例进行测量，将顶法兰与相邻筒节焊好后，水平放置在拖架上，然后进行测量，考虑数据的可比性：（1）将激光测平仪发射光源位置与原测量位置相同（方案一与方案二）；（2）各个测量点位置及顺序与原测量点相同；

测量点的详细位置如下：主要是记录测量点在该四点（1、顶点（最高点）；2、最右点；3、最左点；4、最低点）位置测量时，测量数据的变化；

不同四点位置对应的测量点序号：

（1）上段法兰11：顶点---15点；最右点---21点；最左点---10点；最低点---4点 （见图4）

（2）上段法兰13：顶点---16点；最右点---22点；最左点---11点；最低点---5点

根据两段编号法兰放置的方式以及测量结果和原数据的对比，结论如下：

（1）在竖直放置状态下，0位点的位置没有规律性；

（2）在平行放置状态下，0位点的位置在最低点和最高点左右；

（3）平行放置状态所测量的数据，最高点和最低点基本保持不变（HN-11）或有变小的趋势（向内凹）；最左点和最右点有变大的趋势（向外凸）；

总之，测量跳动值的方法虽然类似于测量平面度，但两者概念不同：跳动值要求的是相对于垂直方向的，测量跳动值要求的激光发射线必须垂直于地面（筒节横置）或水平于地面（筒节竖置）， 平面度要求的是某个平面，测量平面度时激光发射线平行于法兰面即可。

3.2基础上表面跳动值的测量方案及处理方式：

由于基础上表面的跳动值测量属于土建施工验收项之一，风电场在施工过程中，考虑到工期，一般打桩完成后21天即开始回填并进行风机基础承台混凝土浇筑，超静孔隙水压力尚未完全消散，在自重作用下，基础很有可能发生沉降。所以测量的时间应严格按照相关标准，在稳定后再进行测量。

3.2.1测量方案：调节激光测平仪的发射源使得发射线水平，再在基础环上表面均匀选择测量点，一般每隔3-4个法兰孔选择一个测量点，顺时针逐点进行测量；记录测量的起始点以及激光测平仪发射光源的位置，将所得的数据进行判定，记录最大值与最小值的绝对值差即可。

3.2.2跳动值的纠偏方法：

（1）打磨基础环上法兰： 基础环绝对高差小于5mm时采用人工打磨。

（2）打磨底段塔筒下法兰：基础环绝对高差在5mm至 10mm之间时，采用在工厂机加工方式一对一地配对塔筒下法兰，使得打磨后基础环的跳动值（水平度）满足要求。

（3）塔简筒身切割法：基础环绝对高差大于10mm时，采用在工厂将底节塔筒筒身加工成倾斜面，再与下塔筒下法兰焊接，可达到设计要求。

结语

随着风电装机量的不断增长，偏航异响的现象和机组倾覆的隐患越来越受到重视。本文探讨了风力发电机组塔筒法兰端面跳动值的意义，并以实例的形式讨论了端面跳动值的测量与纠偏方法，对塔筒的加工制造、基础的施工验收有重要参考作用。

参考文献

[1]吴启仁，郑主平.风机基础环水平度纠偏方法探讨[J].水利水电技术.2009（09）.

[2]李俊峰.风力12在中国.2006（4）.

[3]GB/T1182-1996，形状和位置公差[S].