建筑白銀風電科研成果匯報資料模版課件

中國水利水電第三工程局

科研課題鑒定〔驗收〕匯報資料依托工程：白銀平川撿財塘風電場45WM風電特許權工程課題名稱：風力發(fā)電機組塔架制造施工工藝研究課題名稱：風力發(fā)電機組塔架制造工藝研究申請鑒定單位：中國水利水電第三工程局制造安裝分局起止時間：2021年1月至2021年04月承擔單位：中國水電三局白銀風電設備制造廠工程工程負責人：李建軍通信地址：甘肅省白銀市中科院高技術產業(yè)園聯(lián)系：，固定〔〕：匯報的主要內容1、概況2、立項背景3、科研關鍵技術指標及難點4、研究總體路線及實施過程綜述5、科研成果綜述6、形成工藝與常用工藝的優(yōu)缺點比照7、研究成果的推廣價值〔社會效益、經濟效益〕8、課題的主要研究人員9、科研費用明支出情況10、局部證明文件1、概況我國風力資源十分豐富，陸地風能資源的理論儲量為32.26億kw，可開發(fā)的風能資源儲量為2.53億kw，海上風能可開發(fā)量是陸地風能儲量的3倍。風電能為綠色能源，我國改革開放以來，對能源的需求一直呈上升趨勢，大量開發(fā)有限的不能再生的能源，已經不能滿足我們建設和諧社會的要求，國家勢必在保護好我國生態(tài)環(huán)境的同時，扶持和鼓勵可利用的再生能源。因此，風電工程前景非常樂觀。工廠運輸規(guī)劃總圖風力發(fā)電機塔架是支撐風力發(fā)電機組、扇葉，承受風力載荷的主要結構件，風力發(fā)電場自然條件都比較惡劣，因此，對加風力發(fā)電機塔架的設計、加工工藝要求極高。在過去很長的一段時間風力發(fā)電機組〔600KW機組以上〕的設計技術根本上依賴于國外引進，國產化程度不高，造成風力發(fā)電建設本錢、上網電價高等，制約了我國風力發(fā)電的推廣和開展。隨著風力發(fā)電場技術的開展日益成熟，風力發(fā)電機組趨于大型化開展〔目前風力發(fā)電機組的規(guī)模一直在不斷增大，國際上主流的風力發(fā)電機組已到達2～3MW〕，風力發(fā)電機塔架高度設計盡可能的向高空延伸。因此，隨著風力發(fā)電技術的日益成熟和設備大型化幅度的提高，作為風力發(fā)電機組主要設備的塔架設計、加工要求更高。風力發(fā)電機組的塔架頂端和風力發(fā)電機組連接，下端和根底坐環(huán)連接，塔架自身一般由三節(jié)組成，塔架節(jié)與節(jié)之間、頂節(jié)與機組之間、下節(jié)與底坐環(huán)之間全部用法蘭連接。因此，法蘭的材質、加工精度、法蘭和塔筒的組對控制、法蘭和塔筒的焊接質量、法蘭焊接后的外形幾何尺寸、法蘭焊接后的平面度等要求，是塔架制造過程中的重要環(huán)節(jié)，法蘭的組裝工藝流程及焊接變形量必須嚴苛的控制，才能保證整體塔架質量要求。因此，通過對國外塔架設計和制造技術的吸收，探索出一套國內適用塔架制造標準與標準工藝，將為我國風力發(fā)電裝備制造業(yè)做出突出的奉獻。2.立項背景2.1.市場前景截止2007年統(tǒng)計，全國累計風電機組裝機容量622.0萬kW。根據(jù)專家預計，2021年最低目標裝機4000萬kW。由于國家給予了大力支持，風能開展速度平均每年30%左右增長，風電的開展便進入了產業(yè)化開展階段。風電建設每1萬KW目前投資1—1.2億元人民幣，塔架作為風力發(fā)電機組設備的重要組成局部，設備采購費用占總投資的8—10%左右，據(jù)此估計近十年風機塔架制造業(yè)有320—400億元的市場空間，這對風機塔架設備制造企業(yè)將帶來良好的開展契機。局部制造設備國內整體風電設備制造從引進技術到消化吸收，目前國產化程度不高，通過對該課題的研究，完善一套國內風機塔架制造施工工藝，如果此項技術得到推廣，該制造技術起到降低制造本錢、縮短工期、提高質量良好作用。該項技術的普及將加大風電設備國產化、節(jié)省風電投資，推動我國風電建設的快速開展。2.2.工程實施的可能性由于得到國投白銀風電的信任，我公司經過投標，取得了白銀平川撿財塘風電場45WM風電特許權工程風力發(fā)電機組塔架制造工程，使該課題有了可依托的工程，在該課題的研究中，也得到了國投白銀風電及相關的設計和監(jiān)理的支持，使工程的可能變?yōu)榱爽F(xiàn)實。3、科研關鍵技術指標及難點

3.1課題研究內容從技術調研、工廠運輸圖設計、圖紙的翻譯、制造標準整理、設備配置調試等的準備工作抓起；認真做好材料采購及施工工藝的編制；對工藝評定試驗、評定合格的工藝在產品實施過程進行全方位、全過程的控制和總結；在不斷地總結中，調整工藝細節(jié)，使試驗合格的工藝不斷完善，保證塔筒制造質量合格。同時，采用先進的瑞典Damalini公司生產的Easy-laser+D600激光幾何測量系統(tǒng)，保證質量控制結果檢驗所測得的數(shù)據(jù)精確、真實、可靠，并以完整的書面文件和產品實物進行展現(xiàn)。根底設施為了本工程的順利實施，在中國科學院白銀高技術產業(yè)園建造了24×142.5m2的廠房一座。此廠房為規(guī)劃中的一期工程，二、三期工程將再建三個車間，總建筑面積約15000平方米。課題研究的主要技術內容為：1〕技術調研、2〕工廠運輸圖設計3〕檢驗、試驗質量的評定標準4〕材料及其焊接工藝評定試驗5〕法蘭組對及焊接變形控制6〕塔筒同心度、法蘭平面度的控制及檢測風電設備廠一期建設的生產設施主要有：24×142.5平米、檐高14.7米的1#廠房主車間一間；8×32平米的全封閉式防腐車間一個，相應的配電、生產庫房等。3.2本課題的關鍵技術和難點1〕生產能力的規(guī)劃，根本施工流程確實定，工廠運輸圖的設計。2〕生產設備的選型及配置。3〕制造和驗收標準的收集整理與認證、圖紙翻譯。4〕法蘭與管節(jié)焊接接頭低溫沖擊韌性的保證，法蘭的組對措施、法蘭焊接變形的控制。5〕質量檢測方法及手段：法蘭平面度、筒體同心度的檢測，法蘭與筒體垂直度的檢測等。中國水電三局白銀風電設備制造廠

規(guī)劃鳥瞰圖根底設施優(yōu)良的中科院白銀高技術產業(yè)園中科院白銀高技術產業(yè)園局部根底設施4、研究總體路線及實施過程綜述

4.1研究總體路線設備制造工藝的調研→工廠運輸圖的設計→制造設備的配置與選型→工程技術工藝流程初步論證→鋼管制造技術經驗總結→與鋼管制造工程的類比→對所編制的制造技術方案、措施論證→設備制造方案工藝設計→工藝試驗→修正工藝設計→制造過程控制→首件產品檢驗交付→工藝總結、改進、完善→后續(xù)設備制造過程控制→設備檢驗與交付→施工技術總結→工法編制→成果總結→鑒定、驗收。4.2實施過程綜述技術準備圖紙的翻譯、制造和驗收標準的收集整理與認證。材料進廠檢驗原材料入廠后首先對原材料進行詳細的質量文件審查和材料復驗。1〕文件審查：塔架所用的所有原材料要求有完整合格的產品出廠證明。2〕復驗要求：①筒體板材、根底環(huán)下法蘭用板材入廠需要進行化學成分、力學性能復驗，按照GB/T1591-94、GB/T700-1998和GB5313-85進行驗收。②門框板材必須逐張復驗，并按照相關標準進行化學成分、力學性能和UT復驗。③法蘭進行100%的UT,MT，化學成分，力學性能等復驗。④厚度大于30mm的板材需要根據(jù)SEP1390做焊接彎曲試驗，檢驗母材及熱影響區(qū)對裂紋的承受能力。同一爐批號、同一熱處理方式、同一規(guī)格為一個試驗單元。每一個試驗單元均需作焊接彎曲試驗。制造設備

1〕為完本錢工程，設備方面配置了20米跨度，起重量為20/5噸、40/5噸的龍門吊各一臺，全自動數(shù)控切割機兩臺。2〕準備了一臺80×3000mm數(shù)控卷板機，8臺DN1250埋弧自動焊機，8套60噸滾輪支架〔滾焊臺車〕，自制一臺法蘭焊接變位機，激光對中儀和水準儀，以及ZX系列焊接設備。左為工作狀態(tài)的變位機。3〕數(shù)字式UT檢測儀、防腐設備設施、起重運輸設備以及其它檢驗設備等，設備滿足要求。焊接性能試驗〔焊接工藝評定〕按擬定的焊接工藝評定指導書進行。試板材料應進廠檢驗合格，其取樣、焊接、外觀檢驗、無損探傷等，均在監(jiān)理工程師的見證下進行焊接。焊接工藝評定的評定工程、試板厚度、試樣數(shù)量、產品試板、試板的加工、試板的組裝、焊接標準、試板編號、焊接記錄、無損檢測的工程及合格標準、破壞檢驗工程〔沖擊、拉伸、彎曲、硬度〕及合格標準、評定中應注意的問題、母材的主要機械性能與化學成份、綜合評定、評定報告格式與所需的附件等等均進行了明確規(guī)定，此項規(guī)定在實際操作中得到了嚴格遵守，但其焊接標準只作為邊界條件，需按實際進行仔細記錄，將作為焊接作業(yè)指導書的編制依據(jù)。制造工藝流程

對外購的法蘭進行精心的入廠檢驗法蘭的對裝與組焊

1〕對裝：①分段筒節(jié)與法蘭節(jié)采取平臥組裝，在可調式防竄滾輪臺架上進行；組裝前認真測量管口周長用激光幾何測量系統(tǒng)檢查組裝端口的平面度公差，用角磨機進行修整，使端口平面度控制在1.5mm以內；用水準儀調平分段筒節(jié)軸線，檢查法蘭節(jié)端面與分段筒節(jié)軸線的垂直度、螺栓孔位置度滿足要求；為了平面度控制方便、快捷，在兩端口處設置平行基準面，用激光幾何測量系統(tǒng)測距，使兩平行基準面平行度為0.5mm；基準平行面可以制作成滑移式軌道，以滿足不同長度的分段節(jié)測量需要，同時也便于與法蘭接觸，直觀的反映出法蘭平行度誤差，便于校正。具體見圖示意。先進高效的防腐除塵設備②法蘭節(jié)與分段筒節(jié)自然狀態(tài)下組裝，防止強行組裝；通過管口內米支撐調節(jié)圓度，控制法蘭節(jié)組裝變形及對接錯邊量，并保證組裝焊縫間隙均勻在2.0mm以內。③組裝后進行CO2氣體保護打底定位焊，其打底方法同上所述。定位焊后，對單段筒節(jié)兩端法蘭的平面度、圓度以及兩法蘭端面的平行度、同軸度進行檢驗，如不符合規(guī)定要求，進行調整直至符合規(guī)定要求。塔筒對裝2〕焊接①焊接前對焊縫坡口及焊縫周圍進行清理。②塔筒焊接。焊道打底采用CO2氣體保護焊，以減少熱應力變形。正式焊接均采用埋弧自動焊。根據(jù)板厚及坡口大小，嚴格按照成熟的焊接工藝評定參數(shù)、焊層道數(shù)、電壓、電流及焊接速度等參數(shù)操作。③通過參考基準平行面，密切關注端面法蘭變形情況，可以快捷的分析導致變形的應力點，為調整和控制變形提供依據(jù)。每條〔道〕環(huán)縫要一次焊接完成，保證受熱均勻，防止產生新的應力變形。局部典型的技術要求示意圖5、科研成果綜述

經過中國水電三局白銀風電設備制造廠和課題組全體人員的共同努力，完成了白銀平川撿財塘風電場45MW風電特許權工程風力發(fā)電機組塔架制造工程，30套風電塔筒從2021年月投入運行以來，運行情況穩(wěn)定。在課題進行的過程中，由于結構設計等原因，法蘭的對接焊縫的坡口開在了外側，對法蘭的變形控制產生了極其不利的影響，經過不斷的探索，采用調整焊接順序、精確控制焊接參數(shù)、焊前在組合法蘭加墊片預留反變形等一系列綜合措施，保證了法蘭的焊接變形在允許的誤差以內，并因此而申請了國家工藝創(chuàng)造專利〔現(xiàn)已經進入實質性審查中〕。積極進行制造工藝的總結，通過對制造工藝的總結，發(fā)表了兩篇論文，并形成了1個集團公司的工法〔已經被批準〕。遠眺正在完善中的白銀風電設備制造廠

6、形成工藝優(yōu)點現(xiàn)施工方法與常用施工方法相比較：采用電腦數(shù)控下料，有利于筒體的形體尺寸控制、焊口對裝精度的保證；但對操作人員的操作技能要求高；流水線作業(yè)形式，胎膜具的合理設計，大大提高了法蘭組裝精度。具備可操作性，減輕勞動強度，提高勞動效率，滿足現(xiàn)代化工程需要，提高制造單位競爭優(yōu)勢，表達了標準工藝的先進性和科學性。6.1下料數(shù)控下料，筒節(jié)扇形鋼板的弦長、弦高、對角線偏差得到有效控制。6.2卷制利用卷板機對鋼板的端部進行模壓預彎，采取在胎模內加墊鋼板條的方法，減小預彎鋼板的支點間距，保證直邊尺寸；需要操作人員的精心操作與控制，來保證預彎鋼板端部的成型。采取上述綜合措施后，在保證端部成型和直邊尺寸的同時，無需配置大噸位的專用壓力機，減小了制造廠面積，節(jié)約了臨建投資和設備的投入；缺點是端部成型和直邊尺寸控制較難，對操作人員操作技能要求較高。6.3對裝1〕法蘭與相鄰筒節(jié)〔見以下圖〕法蘭與筒體的對裝

〔1〕將法蘭固定在標準平臺胎具內。用工藝螺栓使之與胎具固定牢靠、緊密，檢查法蘭頸的平面度。〔2〕吊入筒節(jié)與法蘭頸對接。對接前應檢查筒節(jié)的圓度、管口平面度和周長，保證筒節(jié)與法蘭周長差不大于3.0mm；對接時在筒內鋼平臺上焊接擋塊，通過楔子微調其少量錯臺和不圓度，并保證其對接間隙均勻，且不大于2.0mm?！?〕組對后進行CO2氣體保護打底焊，打底焊采取等距分段打底法，即斷續(xù)、對稱焊接，直至整條環(huán)縫打底完成，其焊縫應規(guī)整、均勻，焊后及時清理焊接飛濺等。2〕相鄰段筒節(jié)法蘭

〔1〕根據(jù)塔筒制造質量要求，連接法蘭只允許內凹，而不允許內翹，見圖示要求。為控制焊接變形，法蘭與筒節(jié)焊接前，先將相鄰法蘭組合，用工藝螺栓把緊，注意把緊螺栓的松緊度，隨時把緊螺栓?！?〕為保證法蘭焊接后滿足塔架制造技術條件要求，連接法蘭把緊時加厚度為3.0～3.5mm墊片進行焊接變形控制，墊片數(shù)量至少為12個，按法蘭內圓圓周均布；頂法蘭把緊時加厚度2.0mm墊片進行焊接變形控制，墊片數(shù)量至少為8個，按法蘭內圓圓周均布；法蘭把緊應對稱、均勻施力，同時法蘭外緣結合嚴密。

預留反變形措施節(jié)間法蘭允許偏差塔筒出廠驗收、待防腐及安裝過程中7、研究成果的推廣價值?風力發(fā)電機組塔架制造施工工藝研究?形成了風力發(fā)電機塔架法蘭組裝和焊接施工工法，該成果的通用性強，此工法可指導各種型號及規(guī)格的風電機組塔架制造施工；此工法同時適用于水工金屬結構壓力鋼管的制造和安裝；適用于火電管柱型金屬結構塔架的制造和安裝；對于類似其它的金屬結構產品制造具有指導意義。此工法的推廣運用及普及，在風電塔筒及類似結構制造中產品質量的得益大幅度提高，減少廢品率，同時以利于組織流水作業(yè)批量生產，施工效率大大提高，企業(yè)將得益可觀經濟效益。此工法的推廣運用及普及，將影響到風力發(fā)電設備國產化速度的進程，有益于推動風電建設的全面提升。風力發(fā)電機組塔架制造施工工藝的研究成果，主要產生以下效益：1〕降低風電場投資本錢，有益于加快整體風電建設的步伐風電場投資本錢(單位千瓦造價)是衡量風電場建設經濟性的主要因素，歸納起來有以下三個方面：①風電場選址；②風電場的規(guī)模，亦即風電場的裝機容量；③風電機組的制造本錢。隨著風電機組制造技術的不斷提高和機組性能的不斷改進，其單機容量的不斷擴大、發(fā)電機塔架高度的提升等措施，這將使風電機組單位千瓦的造價會明顯下降。目前風機單機容量趨于向大型化、國產化開展，形成自主的風電設備知識產權、打造民族品牌，風電本錢的降低，有益于推動整體風電建設的全面提升，加快我國風電建設步伐。2〕標準與標準建設風電標準與標準建設是非常重要的，掌握風電機組的關鍵測試技術，完善風電機組測試能力和標準，建立風電產品認證體系，是保證產品質量、使我國的風電機組進入國際市場的根底，對標準風電市場、提高風電機組的性能將起到重要作用。3〕通用性強、適用廣泛、便于推廣隨著我國風電產業(yè)的大開展，風電裝備制造企業(yè)如“雨后春筍〞，各企業(yè)加工和技術能力懸殊較大，風力發(fā)電機組塔架制造施工工藝研究成果適用于各種型號及規(guī)格的風電塔架制造；此工法同時適用于水工金屬結構壓力鋼管的制造和安裝；適用于火電管柱型金屬結構塔架的制造和安裝；對于類似其它金屬結構產品制造具有非常重要的指導意義。4〕減少廢品率、調高產品質量、提高企業(yè)經濟效益

風力發(fā)電機組塔架制造過程中極容易出現(xiàn)廢品率，特別是在塔筒和法蘭的焊接上，廢品的發(fā)生率很高，這將給企業(yè)造成巨大的損失。風力發(fā)電機組塔架制造施工工藝研究成果形成的工法，將極大減少廢品率、調高產品質量、提高企業(yè)經濟效益。5〕增強風電設備制造企業(yè)間的交流，有益于整體質量水平的提高隨著風電產業(yè)的蓬勃開展，風機塔架制造廠家很多，由于長期引進國外技術，技術本錢高，為了確保自身的市場競爭優(yōu)勢，企業(yè)之間很少進行技術交流。該成果的通用性強，總結的風電塔筒制造的工藝方法和管理模式，對塔架制造、驗收、管理起到示范作用，有益于整體質量水平的提高。8、本課題的主要研究人員本課題的主要參加人員有7人，其中高級工程師1人，工程師5人，高級技師1人。課題負責人：周林施工工程負責人：李建軍其它主要參