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行業新聞

海上風力發電機組輪毂吊具比較研究

海上風力發電機組安裝葉片時,一般采用三種安裝方式。第一種是先將輪毂安裝到高空中的發電機上,然後采用單葉片吊裝的方式;第二種是在甲板上把輪毂和一支葉片組對好,然後將其安裝到高空中的發電機上,剩余兩支葉片采用斜插30的方式安裝;第三種是在甲板上把輪毂和三支葉片組對好,采用吊葉輪的方式進行安裝。這三種方式都要用到輪毂吊具,目前行業上使用輪毂吊具非常廣泛,其結構形式也很多,但其基本的結構形式主要有4種。本文的意義在于對目前主流的輪毂吊具進行比較,分析其優缺點,以供未來選擇輪毂吊具時提供參考。

1.3 双凸台(一端铰接,一端固定)
此種吊具主要由下面7部分組成,見圖5。對應輪毂凸台的結構形式,見圖4。

 
圖5雙凸台(一端鉸接,一端固定)吊具結構形式

從圖5可見,雙凸台(一端鉸接,一端固定)輪毂吊具由連接板1、吊點2、前端橫向連接板3、連接銷軸4、連接螺栓5、後端垂向連接板6、後端橫向連接板7組成。其中1與3,6與7的連接方式爲焊接;1與6通過銷軸進行連接;橫向連接板與輪毂凸台通過螺栓進行連接。

1.4 双凸台(两端铰接)

此種吊具主要由下面9部分組成,見圖6。對應輪毂凸台的結構形式,見圖4。


圖6雙凸台(兩端鉸接)吊具結構形式

從圖6可見,雙凸台(兩端鉸接)輪毂吊具主要由連接板1、吊點2、連接銷軸3、連接肘板4、前端垂向連接板5、前端橫向連接板6、連接螺栓7、後端垂向連接板8、後端橫向連接板9組成。其中5與6,8與9的連接方式爲焊接;1與4,4與5,1與8通過銷軸進行連接;橫向連接板與輪毂凸台通過螺栓進行連接。


2 轮毂吊具比较研究
根據以往經驗,同樣載荷作用情況下,連接面受剪力作用時螺栓載荷會比其受拉力時大,因此以剪力作用來分析連接面所受載荷情況,各種結構形式的輪毂吊具受剪時的力臂,見圖7-10。



高強度螺栓在彎矩作用下所受拉力爲:



其中M爲所在面所受彎矩,y1爲最遠螺栓到中性軸的距離,yi爲每個螺栓到中性軸的距離。

①單凸台吊具:從圖7可以看出,此吊具結構簡單,加工方便。吊具從螺栓受力分析角度來看,橫向接觸板與豎向接觸板采用焊接的方式進行連接,導致外力傳遞的時候,橫向接觸板與輪毂凸台連接的螺栓相當于剛固,導致螺栓既受剪力的作用,同時也受彎矩的作用。通過螺栓計算公式可以看出,在同樣彎矩的情況下,相對于雙凸台吊具而言,單凸台吊具由于承受彎矩的能力較差,因而導致螺栓數量較多,進而對應的輪毂凸台面積較大,增加了凸台加工的成本。雖然吊具結構簡單,成本較低,但凸台加工的成本更高。同樣由于螺栓數量較雙凸台多,安裝及拆卸也沒有雙凸台方便。

②雙凸台(兩端固定)吊具:從圖8可以看出,此吊具結構比①複雜,加工也沒①方便。通過螺栓計算公式可以看出,相對于①而言,此種吊具的優點是螺栓數量較少,進而導致對應的輪毂凸台面積較小,減少了凸台加工的成本。雖然吊具的成本較①比起來較高,但凸台加工成本卻有顯著的降低。此種吊具的最大缺點就是安裝有些困難,因爲要保證吊具的橫向連接板間的夾角與輪毂雙凸台兩面的夾角都一樣。輪毂凸台的平面度,吊具連接板的平面度,輪毂和吊具螺栓孔的位置度等,如果制造的過程中稍微有點誤差的話,都可能導致吊具無法安裝,或者安裝的情況達不到起吊的要求。如果這時起吊很可能造成螺栓損傷,進而導致螺栓未達到規定的使用次數就提前報廢,增加吊裝的成本。

③雙凸台(一端鉸接,一端固定)吊具:從圖9可以看出,此種吊具的最大優點就是安裝比①,②都方便,允許兩面中的一個面夾角有少許偏差,同樣能保證輪毂吊具的順利安裝。此種吊具從螺栓受力分析角度來看,與輪毂吊具②相比,前端螺栓則跟輪毂吊具②一樣傳遞力和彎矩,後端由于銷軸連接,導致後端的螺栓承受載荷作用時,彎矩作用沒有②那麽大,進而導致螺栓受力降低,增加螺栓重複使用次數。由于螺栓受力降低,導致螺栓傳遞給凸台的外力也降低,因而對于縮小輪毂尺寸,降低輪毂制造成本有很大好處,雖然吊具成本比②貴,但輪毂凸台成本比②低。

 

④雙凸台(兩端鉸接)吊具:從圖10可以看出,此種吊具的最大優點就是安裝比①,②,③都方便,允許兩個面夾角有少許偏差,同樣能保證輪毂吊具的順利安裝。此種吊具從螺栓受力分析角度來看,與輪毂吊具③相比,前後端由于都是銷軸連接,導致前後端的螺栓承受載荷作用時,彎矩作用沒有③那麽大,進而導致螺栓受力降低,增加螺栓重複使用次數。由于螺栓受力降低,導致螺栓傳遞給凸台的外力也降低,因而對于縮小輪毂尺寸,降低輪毂制造成本有巨大好處,雖然吊具成本比③貴,但輪毂凸台成本比③低。



發電機廠家建議:如果吊裝機組的數量較少(n<10台),建議使用單凸台吊具,如果吊裝數量較多(n>50台)建議使用雙凸台(兩端鉸接)吊具。

3 结论 
       通过比较可以看到,每种吊具各有优缺点,实际上吊具结构形式的选择,制约的因素非常多,还应该考虑机组设备位置,轮毂空间,操作人员使用是否方便,以及轮毂自身强度是否满足要求,通孔及盲孔的密封性及对轮毂疲劳强度的影响等等。因此选择轮毂吊具是个系统工程,需要通盘考虑,即要使对轮毂的改动最小,同时也要使用起来方便,易安装,易拆卸,能够快速的提高机组的安装效率,达到节约成本的目的。

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