中船重工海装风电李强：高塔筒整体解决方案关键技术研究

以“创新驱动 智赢未来”为主题的“2018全国大型风能设备行业年会暨产业发展论坛”于11月22~23日在重庆召开，本次论坛由中国农业机械工业协会风力机械分会主办，中国船舶重工集团海装风电股份有限公司承办。能见APP全程直播。

中国船舶重工集团海装风电股份有限公司高塔筒项目经理李强发表题为《高塔筒整体解决方案关键技术研究》的主旨演讲。

以下为演讲实录：

李强：尊敬的各位领导、各位来宾，大家上午好！我是中国海装李强，下面我为大家分享一下在低风速期高塔筒解决的关键技术研究。

实际上，为什么要做高塔筒这个事情？为什么要推高轮毂高度？实际上是基于一种气象学的现象，那么就是风切变，在气象学里风切变是指在水平方向上风速的一个速率，数据显示，风切变越大、塔架高度越高。

市场上比较主流的高塔筒技术路线主要有全钢的柔性塔筒以及全混塔筒或者是钢混塔筒。我们先来看柔性塔筒，之所以称为塔筒是因为它与传统刚性而言，从材料、工艺、运输及吊装各方面，与传统的钢塔没有本质的区别，最本质的区别在于柔性塔筒的一阶固有频率域风轮转频存在一个焦点。

我们机组的中心结构也就是塔筒受到的外在击力，主要是由1P由于叶轮不平衡造成的通过频率，我们称为3P，也就是蓝色的部分，实际上周围的虚线部分是设计时在1P和3P各取了10%的安全余度，我们看1P和3P就将整个频率带分为了几个部分。实际上这样一个区域如果设计小型的风力发电机我觉得没有问题，但如果做兆瓦级的经济性比较差。中间这个白色区域就是传统的八九十米的刚性塔筒以及混凝土塔筒的设计区间，是一个比较安全的区域。我们看最左边的白色区域，就是柔性塔筒的设计区间，我们可以看到它位于1P以及安全余量需求的左侧，换句话说主轴在旋转的时候会经过柔性塔筒。从机理上来看就存在塔筒与频率共振的风险。

目前做柔性塔筒的供应商，比较主流的去规避这种现象的方法，主要有阻尼的介入或者动态快速穿越，要么是转子不平衡补偿算法。实际上如果采用阻尼的主动介入，阻尼器的设备，尤其是液压设备价格不菲，而且这只对塔筒在射向的摆动上有一定影响，大概能提高20%。但在迎风下和背风下是没有太大效果的，而且采用动态穿越的手段，我们知道在共震区范围内，如果采用这种方式去规避这种现象是需要损失发电量的。

我们谈另外一个问题涡激振动，这在塔筒吊装时常常会遇到的现象，涡激振动是指飞流现象的固体在其左后方形成了交叉性的漩涡，在塔吊施压了周期往复的脉动压力，如果这种频率域塔筒过余频率相近的时候，同样会带来共振，带来塔顶的大位移。我们来看一个实景拍摄，从树叶可以看到其实风速并不大，但高塔筒已经产生了横向的往复摆动。目前在吊装时避免这种现象主要是用缆风绳或者扰流条。所以我们认为柔性塔筒的技术关键点主要在于运行、停机以及吊装各个部分塔筒避振的问题，当然了对于控制策略要求的复杂以及随着土壤刚度的变化、沉降的问题，带来塔筒的不断变化，后期我们怎么控制也是需要解决的很重要的问题。说了半天我们来看一下柔塔摆动的一个情况。

我们来谈另外一个技术路线，就是由混凝土介入的全混塔筒或者钢混塔筒，全混塔筒也就是整个支撑结构由混凝土构成，混凝土材料可塑性很强、刚性很强，而且抗疲劳能力很强。而钢混塔筒我们认为它是借于柔性塔筒与全混塔筒一个折中的技术路线，既吸收了钢塔的成熟性、技术性与解决性，同时也吸收了混凝土抗疲劳、刚性的特点，这样就非常省心。

下面我们就以海装的钢混塔筒为例来谈一些设计时的关键技术点，我们先来看一个片子。

（播放视频）

下面我来谈一下我们在设计时考虑的关键技术点，首先设计要依据相应的规范，要考虑动态的分析，以及极限强度的评估、剪切强度、压缩强度、钢绞线附加硬力、拼装过程分析以及吊顶强度的评估。

目前预制构件形式只有两种，一种是锥筒式的，以实现整个塔筒增高之后的锥度。实际上去年中国海装在新疆装了50台这种形式的全混塔筒，为什么我们已经应用了这种的还要开发另外一种方圆形的呢？我们之所以开发新的产品，是因为我们在做的时候发现了以前这种形式的一些问题，也积累了一些经验。

首先我们从最根本钢筋编织来看，我们知道锥筒的结构，由于要实现锥度，所以每一个圆的曲率都是不同的，为此为现场工艺把控提出了不小的挑战。我们可以看到新开发的无论是圆角段和平角段，竖向钢筋和横向钢筋尺寸都是一致的，这样造成了人为失误对构件的影响。

我们来谈一下模具，锥筒形的我们知道由于它有一个锥度，以及由于运输的限高限制，每一层的高度不能超过4米，我们暂且认为是4米，如果作为一个80米的混凝筒段，我们需要20个模具。大家也知道模具越多，对于现场工艺把控是越难的。我们来看另外一种，新开发的这种只需要圆较段和平板段两种模具，可以实现全部的生产，也就是说现场工艺非常容易把控。

从运输构件的浇筑角度来讲，我们也可以看这样一个高度，浇筑起来内腔压力非常大，这样对模具也是一个附加的影响。作为新开发的这种是平躺式浇筑，工艺也非常容易把控。

我们再来看一下摆放的问题，锥筒式这种只能是并排摆放对堆场面积要求大，而方圆形式的圆角段可叠放，平板段可侧放，对堆放场地的要求较小，对整个经济也有一个极为正向的影响。

还有锥筒形式预制构件运输宽度限制，最小的要分成2半或者3半运输，不然无法进行吊装。新开发的圆角段每车一片，平板段每车三片，而且可以通过工装改变角度，限高4米的要求是达到的。

我们来看一下吊装，新开发的这种构件长度近16米，节段数量少，吊装效率高。所以，我认为钢混塔筒技术的关键点主要在于设计形式、模具形式、工艺把控、吊装周期。谢谢！

（根据速记整理）