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校企联合突破技术难关 风电装备有了“钢筋铁骨

作者:德国赌场 发布时间:2020-07-16 23:02 点击数:

  (以下简称金海新能源),1.5万平方米的宽大厂房内,一台大型数控龙门钻设备格外引人注目。数控设备主机前,操作工高月飞熟练地操作着设备按钮,并不时地望向正在钻孔的锚板。这是继下料、拼装焊接、机加工后,生产反向平衡法兰的第四道

  “我们与同济大学联合研发的反向平衡法兰技术属于世界首创技术,再加上预应力锚栓组合件技术,可以使风电机组的寿命达到20年。内蒙古京能乌兰伊力更风力发电有限责任公司最早批量使用的101台套产品,从2009年至今,经过运维监测,运行稳定,完全满足风电机组的技术要求”。金海新能源技术研发部部长陈晓辉说道。

  “风电市场未来向平价风场和海上风场发展。其中,对于平价风场,由于客观的风资源条件好,风荷载相对较大,法兰作为塔筒连接的重要部件需要提供足够承载能力。”金海新能源包头生产基地负责人毛志强说。

  据悉,法兰是管子与管子之间相互连接的零件,用于管端之间的连接。风电装备上的法兰主要是用于连接上下两个风电塔筒的一种装置。

  据毛志强介绍,国内外原先大量使用的“L”型锻造法兰,虽抗疲劳性能好、法兰刚度大,但大量靠进口,有螺栓松动问题,要长期维护。

  “其中的关键问题是如何防止螺栓松动。为此我们先深入分析螺栓松动的原因。在拉压循环作用下高强螺栓防松性能研究中发现,风载荷作用产生弯矩,导致背风面法兰受压,螺栓预应力减少,螺纹表面上压力减小(摩擦系数减半),阻止螺栓松动的摩擦力矩小于螺杆内的反弹扭矩,导致螺栓松动。”陈晓辉介绍道。

  金海新能源联手同济大学马人乐教授团队,发挥各自优势,协同攻关,最终打造出反向平衡法兰。该法兰的螺栓较锻造法兰增长50%以上,可存储更多弹性应变能,防松效果优异。通过直接张拉法精确施加螺栓预紧力,由于不需加扭矩,螺杆内不存在反弹扭矩,同时也不测扭矩系数,不用涂油,螺纹摩擦系数加倍,这样从根本上避免了螺栓松动的内因,延长维护周期,减少后续维护成本。

  陈晓辉表示:“反向平衡法兰受力明确,且具有良好的抗弯刚度,节点的极限承载力能达到设计荷载水平的1.5倍以上,具有较高的安全储备。相信无论是平价风场还是海上风场,反向平衡法兰的产品特点和优势都决定了其的利好趋势。”

  2019年,金海新能源实现基于反向平衡法兰技术的产能达到1500台套、总装机容量11231MW、产值10.39亿元,分别为147家企业供货。2020年一季度,产值达到3亿元,同比增长20%。

  国内风电发展早期借鉴国外小型风力发电塔的基础环基础形式,将风电塔筒直接埋于地下,会造成强度、刚度突变,易于造成脆性破坏。

  随着主机容量的加大、轮毂高度的提升,对于埋深相对较浅且应力集中突出的基础环从结构受力特点上无法顺应风机支承结构的发展要求。此外,原有较单一的风机基础形式不适合于多变的地质条件,原有埋入式塔筒的基础存在较大隐患。

  毛志强透露说:“其实早在1.5MW平台风电机型便开始暴露出3-5年运行后不同程度破坏的安全隐患。克服这些隐患,我们想到了用预应力锚栓代替埋入式塔筒,类似于建房子打地基一样,先将组合件埋在地下,再将下段塔筒放在组合件上。”

  经过同济大学的实验和测算,理论上完全可行。“关键在于我们的安装技术。采用直接张拉法施加预紧力,避免锚栓在拉、扭复合应力状态下的脆性折断,提高锚栓强度,使混凝土一直处于受压状态,不开裂,提高结构耐久性。”陈晓辉分析道。

  随着技术的逐步成熟,一些质量相对劣质、操作野蛮的厂家暴露出锚栓容易断裂且无法更换的技术难题,阻碍了该技术在基础环技术面前的优势发挥。

  校企联合研发团队响应行业需求解决行业技术难题,研发出的可更换的预应力锚栓基础技术,在预应力锚栓外面套PVC软管,这样在不妨碍风机运行的情况下,能将断裂的锚栓取出并更换的锚栓组合件。

  “未来,我们将集中研发分段直塔筒预应力混凝土塔架,相对于柔性钢塔筒,在应对更大的塔架承载要求和更高的安装便利性方面都具有绝对的技术优势,对于集中式风电场,混凝土塔架就地取材,带动区域经济发展。另外,突出特点就是阻尼比高于钢结构,结构安装和运行过程振动远小于钢筒,不会频繁通过主机振动控制策略损失发电量。”毛志强表示。

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