风力发电机组叶片扬举车山地运输配重加载及工装关键部位强度要求分析.pdf

2023年第4 期（总第3 0 4 期）doi:10.3969/j.issn.1009-3230.2023.04.008应用能源技术31风力发电机组叶片扬举车山地运输配重加载及工装关键部位强度要求分析罗鹏,黄楠?（1.东方电气集团大件物流有限公司，四川成都6 10 0 6 5；2.东方电气集团大件物流有限公司德阳分公司，四川德阳6 10 0 8 1)摘要：随着3 0 6 0“双碳政策”的不断推进和落实，清洁能源将逐步增加比重和份量，“水、风、光”电能陆续成为主流。由于近年来风力发电的不断发展壮大，陆上风力发电机组的装机容量越来越大,机组关键部件叶片的规格也随着增大。近年来的D90型叶片，长度达到8 8 m，为确保公路运输能顺利到达山地的机位，叶片专用运输扬举车被设计制造出来，从第一代到第九代，叶片扬举车随着叶片的规格变大而更新换代，运输能力不断增强；工装车的最基础和最本质的，是工装车的配重加载和举升环节的关键部位强度，近几年因为配重加载不合理、举升关键部位强度不足造成的重特大安全事故屡有发生，因此，文中将逐一分析第九代工装车的实际情况，以此避免安全事故的发生。关键词：风力发电机叶片；专用扬举车；运输配重加载工装关键部位强度要求中图分类号：TK83Analysis of Weight Loading and Critical Strength Requirements forthe Transport and Elevation Key Components of Wind TurbineBlades Lifting Vehicles during Mountainous Transportation(1.Dongfang Electric Group Oversize Cargo Logistics Co.Ltd.,Chengdu 610065,China;2.Dongfang Electric Group Oversize Cargo Logistics Co.Ltd.,Deyang Branch,Abstract:With the continuous advancement and implementation of the 3060 Dual Carbon policy,the proportion and significance of clean energy will gradually increase,with hydro,wind,andsolar power becoming mainstream.Due to the continuous growth and development of wind power inrecent years,the installed capacity of onshore wind turbines has increased,and the specifications ofkey components such as blades have also grown larger.In recent years,the D90-type blades havereached a length of 88 m.To ensure smooth transportation to mountainous sites,special liftingvehicles for blade transportation have been designed and manufactured.From the first generation tothe ninth generation,these lifting vehicles have been continuously upgraded as blade specificationshave increased,enhancing their transportation capacity.The fundamental and essential aspect of thelifting vehicle is the weight loading and the critical strength of key components during the liftingprocess.In recent years,serious safety accidents have occurred due to unreasonable weight loadingand insufficient strength in critical lifting components.Therefore,this paper will analyze the actualsituation of the ninth-generation lifting vehicle to prevent the occurrence of safety accidents.Key words:wind turbine blades;special lifting vehicle;strength requirements for key parts of trans-portation counterweight loading and tooling收稿日期：2 0 2 3-0 3-0 3 修订日期：2 0 2 3-0 3-2 4作者简介：罗鹏（196 7）,男，本科,研究方向为大件运输项目管理、技术管理、车队管理、安全质量管理等。文献标志码：ALUO Peng,HUANG Nan?Deyang 610081,China)文章编号：10 0 9-3 2 3 0(2 0 2 3)0 4-0 0 3 1-0 6320引言由于近年来风力发电的不断发展壮大,陆上风力发电机组的装机容量越来越大，从前期的0.85、1.5M W,到现今的2.0、2.2、3.0、5.0 MW等,机组的部件规格和重量也随之变大。同时,陆上风力发电机组的选址，由前期的道路交通条件便捷到现今的道路交通条件苛刻，许多风场地理位置偏僻，多为山区狭窄道路,风场道路为县、乡道，道路等级为三级、四级公路，路况较差，道路条件情况不明，道路上阻碍叶片运输的障碍物繁多。风力发电机组叶片作为风力发电机组的动力来源,具有长度超长、重量较轻、材质特殊等特点，一般运输采用后悬式专用运输车，现今一套5.0MW风力发电机组，根据不同生产厂家的设计制造标准,叶片长度接近90 m,重量达到2 5t，若采用常规性的运输方式，无法实现叶片上山到达机位的运输，因此，叶片专用山地运输扬举车应表1（1）解除叶片叶根和叶尖部分的固定支架应用能源技术运而生，能大大减小减少叶片运输车量的总体长度、降低转弯半径,提高弯道同行能力。从前期的小型叶片上山运输，到现今的90 m及以上大型叶片的上山运输，扬举车经历了多个更新换代，现第九代叶片专用扬举车已经生产并投人使用，可实现90 m以内的叶片上山运输。1风电叶片扬举车装载方式风电叶片山地运输,要考量其稳定性,首先需了解扬举车的装车方式。风电叶片的运输装车方式，采用可以实现以下三种形式的变化，以保证在运输时通过不同的道路障碍：（1）叶片的叶根固定、叶尖部分上下方向举升；(2)整体叶片前后左右方向的四周旋转；(3)叶片自身围绕叶根中心自转；风电扬举车对叶片的装载主要程序参见表1。风电扬举车对叶片的装载程序简述表2023年第4 期（总第3 0 4 期）（2）采用双吊机抬吊的方式，对叶片进行吊装（3）扬举车做好倾角，倾角一般在斜向上510 度，叶片叶根部分的螺栓穿人扬举车的托盘对应销控（4)紧固螺栓，按照叶片的自重以及重心位置，配置合适的配重，以保障装车后的平衡。2风电叶片扬举车主要技术参数最新的叶片扬举车为第九代叶片扬举车，主要的技术参数参如图1、图2 所示。350012006231.99089900.007210900074图1第九代叶片扬举车主要技术参数图（正视图）130013002023年第4 期（总第3 0 4 期）应用能源技术3310218.82266231.99089900.007210900.007413001300图2 第九代叶片扬举车主要技术参数图（俯视图）叶片运输的道路上的路障多为路旁的树枝，跨空电力、电信线路，民房等，为躲避道路障碍，叶片运输车辆必须实行在运输中不断变化叶片的位置,通常实施措施为：障碍物前驻车一根据障碍物的情形调整叶片位置一缓慢通过障碍物，以确保以确保顺利通过障碍物。叶片扬举车可实现的运输途中叶片动态变化参如图3、图4 所示。图3 第九代叶片扬举车变弧范围变弧35001200回旋配放带件6231.99089900.007210900.007413001300图4 第九代叶片扬举车变桨、变弧、回转示意图343风电叶片扬举车运输稳定性的影响参数风电叶片扬举车运输的装载模型图如图5所示。装载后影响车辆稳定的主要参数：叶片装车后，根据叶片扬举车的动态，影响叶片的装车稳定的主要参数有两个方面，一是变弧部分，二是回旋部分。（叶片变桨不会改变受力，因此变桨部分不会影响运输稳定，不作考虑）（1)工装运输稳定角的选择和配重的加载根据工装车运输的实施通行状态，回旋部分应用能源技术的稳定是以叶片装载后，工装和叶根以回转中心为支点，与叶尖部份达到力矩平衡。工装自重、叶片重量、工装距离回转中心的长度、叶片重心距离工装车回转中心的长度、配重加载重心点距离回转中心的长度均为定值，未确定的数值为配重重量，这也是调配工装车运输稳定性的关键。根据运输经验和通行的障碍物情况，一般选择叶片运行的稳定角度为8（调整的角度数在工装车内部角度指针可详细查阅），在该情况下，工装车装载叶片后的平衡关系参如图6 所示。2023年第4 期（总第3 0 4 期）图5第九代扬举车装运D90型叶片的模型图812083500SH6231.908902000.04图6 第九代扬举车装运D90型叶片的平衡关系图（稳定角为8）图中：G叶叶片重量，G叶=2 5t；G 工装加的重量（可变）；Gx叶片根部任一处环切叶片，环切后根部重量（参见表9叶根重量分配表）；L配叶片工装上专用配重块加载重心距离工装回转中心的长度，L配=8 150 mm;L工装叶片根部托盘工装重心距离工装回转中心的长度，L工装=7 590 mm;L重叶片重心点距离工装回转中心的长度，L工装=17 50 0 mm;Lx叶片根部沿工装回转中心进行环切，环切后叶根部分的重心距离工装回转中心的长度,Lx=3750mm。D190型叶片（长度8 8 m，重心距离叶根25m,自重2 5t)从叶根向叶尖方向,距离Lx米时，沿该点对叶片进行环切，环切的叶根部分重量为Gxt,则叶尖部分部分重量为G叶-Gxt,参见图装叶片根部连接工装的重量，G工装=12 t；G 配保证叶片装载后整体平稳在工装后部所附根据D190型叶片类型情况，Lx与Gx的关系参见表2。7所示。2023年第4 期（总第3 0 4 期）应用能源技术35LTGx图7 D90型叶片重量分部模型图表2Lx/mGx/tLx/mGx/tLx/mGx/tLx/mGx/tLx/mGx/tLx/mGx/tLx/mGx/Lx/mGx/t由此可得:Gx=6.6 t根据力矩平衡关系可得：L配G配+L工装G工装+GxLx=(25-6.6)0.99 17 500-6.6 0.99 3 750-12 7 590G配一G配=2 4.93 2 2 1 t顶部的配重重量还可以通过在工装框架内专用储存筒增加砂石、后部增加专用配重块的方式共同增加重量。D90型叶片Lx与Gx的关系表121.62.412138.68.9232411.912.2343515.215.5454617.81856572020.2676822.222.478792424.133.2149.22512.53615.84718.25820.46922.68024.244159.52612.83716.14818.45920.67022.88124.354.7169.82713.13816.44918.66020.871238224.48150工装车的内部设置有平衡指针，确保配重加载时的平衡。(2)工装上部变桨部分的结构强度分析：如图8 所示。65.41710.12813.43916.65018.861217223.28324.5由此可得：76.11810.42913.74016.851196221.27323.48424.6(Gt-Gx)cos8 Li86.71910.7301441175219.26321.47423.68524.797.320113114.34217.25319.46421.67523.78624.8107.92111.33214.64317.45419.66521.87623.88724.9118.32211.63314.94417.65519.866227723.98825(1)3500A6231909960.00721090.0074图8 第九代扬举车装运D90型叶片的平衡关系图（稳定角为0）36Fu-Cum-Cmn)xL(Cm/a+Cra/r+Ca xL)上图主要参数介绍：G叶叶片重量，G叶=2 5t;G工装叶片根部连接工装的重量，G工装=12 t;G配根据叶片的重量以保证上部工装平稳所附加的重量，G配=2 4.93 t;G根叶片根部沿B环切叶片，环切根部的重量，参见表9,G根=3 t;L1叶片根部距离叶片重心的长度，L1=25000mm;L2叶片根部第二支点（油缸举升的关节点，简称动点）和第一支点（固定变弧中心点，简称静点）的距离，L2=2800mm;Ls叶片重心距离第二支点的长度，L3=21600mm;L工叶片根部托盘工装重心距离工装回转中心的长度，L工装=7 590 mm;Ls叶片根部重心点距离第二支点的长度，Ls=1400mm;L配叶片工装上专用配重块加载重心距离工装回转中心的长度，L配=8 150 mm。影响该装置平稳的主要指标为：A、B点的关节强度、油缸的举升能力，分析如下：B点所受最最小举升压力F（举升油缸最小举升能力）根据力矩平衡可得：（G 叶-G粮）L=G配L配+G工装L+G根Ls+F拉L2(G叶-G根）L-（G 配 L配+G工装L+G根 Ls)F啦=根据第九代扬举车装载19 0 D型叶片（叶片总长8 8 m,重2 5t)的现状，主要参数如下：带人数据可得：F=112.76 tF 拉=6 3.12 t 举升油缸为双油缸设计，单缸举升能力最低不小于112.7 6-2=56.3 8 t;同样原理,环扣拉力同样为双装置，单装置拉破力不低于6 3.12 2=31.56 t。4结束语影响叶片扬举车在山地运输时的稳定性因素较多,道路横坡、纵坡、弯道、路面条件等均会在较大程度上影响运输稳定。根据第九代叶片扬举车的现状，叶片运输车辆在重载情况下进行山地运输，由于道路的复杂性，加之叶片扬举时的重心不断发生变化,从而对叶片运输整车的稳定性造成影响，叶片扬举车的稳定性的首要条件，即是工装应用能源技术L2FLz=（L 2+L)G 叶-L配G配-LI.G工装(L+L,)Gt-Lm Cm-LI Gr袋F=A 点所受最小拉破力F拉L2车的强度,按照该强度进行设计,同时考虑到山地运输弯道多、急，叶片运输车辆在转弯时，转弯侧翻临界速度影响运输的稳定性，安全速度、扬举高度、道路要求等一些列客观条件，将影响叶片扬举车山地运输稳定性等因素，才能从本质上保障叶片运输车的稳定。参考文献【1全国人大常务委员会中华人民共和国公路法，2017.2肖剑英.公路大件运输技术，人民交通出版社，2015.3质监总局及国标委机动车运行安全技术条件(GB7258 2017),2017.4闵行.材料力学J西安交通大学出版社，2019.5中国力学学会.工程力学J.清华大学土木工程系,2 0 19.2023年第4 期（总第3 0 4 期）(2)L2(3)