中国能源资讯网海上风电的发电效率远高于陆上风电场，而且不占用土地，受景观、噪声以及电磁波等问题的限制少，未来海上风电必将迎来蓬勃发展。海上风电塔筒是整个风力发电系统的骨架结构，对风电机组起关键支撑作用，其重要性不言而喻，塔筒相关的制造工艺及关键技术直接影响其在海上的使用寿命。
在风电塔筒的建造过程中，风电塔筒的椭圆度、直线度控制和合理装配，一直是整个塔筒建造过程中的难点和重点，相关的工艺优化和控制直接影响整个产品的品质。
本文对风机塔筒的制造过程及相关技术进行详细描述，供业内人士参考！
塔筒制造流程
海上风电塔筒是海上风电重要的支撑结构，在进行风电塔筒的制造过程中，要严格控制制造质量，确保其在使用过程中安全耐用。制造部门需对设计图纸进行分解、消化，并转化为生产加工图纸，同时与设计厂家技术部门进行沟通确认，对设计细节进行充分分析，及时修正设计之中的不合理之处。同时，还需对重点环节进行细化设计，明确所需的制造工艺和制造流程，提高图纸的可操作性和指导性。另外，在正式开始设备制造之前，还要组织设计人员与生产人员进行沟通交流，设计人员需向生产人员讲解设计图纸及生产过程中需要注意的关键点，使生产人员明确生产需求，避免因生产人员的理解偏差造成产品质量不达标。除了上述工作之外，原料采购工作对于风电塔筒的制造同样至关重要，采购人员需做好市场调研工作，在进行钢材、法兰等原材料的采购过程中严把质量关。在进行塔筒的制作过程中，需要生产部门严格执行生产工艺流程要求，质量部门对产品质量进行严格检查，只有产品质量达到要求后，才可将其交付给用户。
风电塔筒制造技术
风电塔筒的生产工艺流程一般如下：数控切割机下料，厚板需要开坡口，卷板机卷板成型后，点焊，定位，再进行内外纵缝的焊接，圆度检查后，如有问题进行二次校圆；单节筒体焊接完成后，采用液压组对滚轮架进行组对点焊，焊接内外环缝，焊接法兰后，进行焊缝无损探伤和平面度检查；喷砂，喷漆处理后，完成内件安装和成品检验，再运输至安装现场。
图1 海上风电塔筒组成示意图
1、材料选择与检测
钢材、法兰等材料作为风电塔筒的主体材料，其质量的好坏关乎后续生产出的产品是否满足质量要求。因此，在材料购置进厂之后，需要对其进行严格的质量检验，从标识确认所采购的材料材质、规格尺寸是否满足设计要求，从外观质量、无损检测及理化检测等方面，确保材料各项性能满足国家相关标准要求。
2、钢板下料
选择好符合条件的材料后，通常采用数控切割机进行钢板材料加工。以设计图纸为依据，通过数控编程的方式进行设计，反复验证程序是否与图纸设计需求相符，而后开展钢板切割工作。对切割完成的钢板，需要采用无应力钢字头移植项目名称、产品编号、钢板编号、材料、炉批号等信息。标识需要满足在防腐后仍能清晰可见，并尽量避免损伤母材。下料切割后，必须处理切口及切口周围表面损坏和硬化区域，直至没有凹坑、裂纹，需去除切口边缘飞边毛刺。坡口加工时表面需要做到没有分层、裂纹、夹渣等缺陷。
3、卷板及校圆
在风电塔筒的建造过程中，塔筒的椭圆度、直线度控制一直是塔筒建造的难点。不同的工艺流程，不同的作业次序，都会影响建造精度的控制。
在筒节卷制前需要进行以下准备工作：（1）按设计圆弧尺寸制作内圆弧样板（必要时，应制作外圆弧样板），除非有另外要求，大小口端圆弧样板弦长不得小于600mm。筒节直径≥4500mm时，大小口端圆弧样板弦长不得小于800mm。（2）检查钢板表面质量，并清理异物，特别是切割边缘的割渣是否清理干净。（3）核对筒节号及相关标志，以便于正确选择圆弧样板。（4）钢板进入卷制前必须打磨纵缝对接坡口及边缘25mm以上，以免影响焊接质量。
正式卷制时，需要注意：（1）上料时应以中辊配合钢板输送床进行端部对齐，以防窜角。（2）将上辊保持在一定的倾斜度上，先预弯一端头部约200～300mm范围至要求的圆弧，并用样板检查大小口端部，合格后方可进行连续卷制，必要时，在板料上画5～7条素线。（3）卷制过程中应随时将剥落的氧化皮清理干净，并注意观察成型情况，同时用相应的内圆弧样板随时检查大小口端部的圆弧，局部凹凸应符合规范要求，钢板卷圆后应考虑一定的回弹量，保证同一断面内其最大内径与最小外径之差不得大于3mm，同一节锥段最长与最短母线差不得大于1mm，每一段端口处的外圆周长允许偏差为±5mm。（4）经过数圈的卷制，上辊的逐步加压，使钢板成圆合口，合口时需用电焊每500mm点一个50～100mm的点焊点，为控制变形，利用对称点焊，纵缝保证在2～3mm间隙，错皮不超过皮厚的十分之一或3.2mm，二者取最小值，圆管两端错皮不超过1.5mm。（5）圆筒的卷制、定位在卷板机上一次性完成，板缝两端用至少100mm长同材质同等厚度的钢板作为引熄弧板固定，中间部分用有过焊孔的同材质马板固定，马板长度为母材厚度的10倍。（6）圆筒焊接完成后，圆度必须再次检测，特别要注意焊接周围圆筒的外部。校圆过程中重点测量筒节的弧度，大、小口的各方向直径差等，测量尺寸时要完全松开压辊，让筒节处于松弛自然放置状态。确认筒节的圆度，直径差，最大、最小直径差等数据合格后，才能吊离卷板机，进入下道工序。样板与纵缝坡口边缘间隙由管径确定，管径400mm～700mm，间隙为0～2mm；管径700mm～1000mm，间隙为1～3mm；管径1000mm以上，间隙为2～4mm。对于压制没有达到要求的应调整胎模再压制直到满足要求为止。（7）凡卷制大直径的筒节时必须使用吊车或卷板机的辅助架配合，以避免由于钢板的自重使已卷制好的工件变形，但应注意吊车或辅助装置不能提升过高而导致已成型的圆弧段产生永久变形。（8）带预弯头的筒节，二次切割时要求尺寸准确，厚度方向的切割面应与钢板表面垂直。
图2 塔筒卷制
4、组对
筒节与筒节组对采用外壁对齐或者中对齐，相邻不同厚度对接时当板厚t≥4 mm时应对较厚板做削薄处理，采取t/h≤1/4的圆滑过度。若设计要求中心对齐时，可按中心对齐确定错边量。筒节与筒节环缝对口间隙一般为0～2 mm，相邻筒节纵缝错开180°，筒节与筒节错边量偏差。
如制造单位在组对筒节时出现外壁错边的情况，应对本筒节错边长度及错边最大值进行测量，依据技术规范查看是否在允许范围之内，如超出标准要求，则应向制造单位进行反馈，并要求制造单位制定返修方案，返修方案经设计方和监理方共同认可后方可实施，返修完成检验合格后才可以进入下一道工序。
5、焊接
焊条、焊剂在使用前须按相关规定进行烘干、保温、领用。焊前先用砂轮打磨去除坡口内及两侧25 mm范围内的所有杂物、锈斑和油污等，直至露出金属光泽后才可进行施焊。焊接环境温度应大于5 ℃（低于5 ℃时，应在施焊处100 mm范围内加热到15 ℃以上）。雨、雪环境下，焊接工作区必须采取适当的措施防风雨。
焊缝区域要根据材料类型和部件厚度充分预热。如果引入热量少或者热量散失快，工件必须预热，如果局部温度过高也会影响机械性能，施焊时应避免。焊接门框时门框和焊接筒体两个部件都必须充分预热。要求两个部件必须在距离焊缝100 mm处加热到100～125 ℃。整个焊接过程中不低于预热温度。
法兰与筒节焊合时，应将筒节纵焊缝置于法兰的相邻两螺栓孔之间。门框与筒体焊接应在法兰焊合后进行，门框与筒体的焊接采用气体保护焊，焊缝全熔透。门框中线与相邻筒节纵、环缝应相互错开，纵向焊缝与门框中线相错90°。附件焊接采用手工电弧焊，焊接位置不得位于焊缝上。焊接接头必须以尽可能最佳的顺序焊接。焊接（顺序）计划中确定的工艺必须保证进行焊接的部件具有较低的内部应力，并且可以不受限制地收缩。
6、防腐
喷砂处理前，塔筒内外表面不能留有任何外来的残留物，如焊缝熔流金属、焊渣、毛刺，润滑油，润滑脂，盐类等。喷砂除锈等级应达到GB/T 8923《涂裝前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》的Sa2.5级，涂装前钢材表面粗糙度应为Ra40～80 微米，按照GB/T 13288《涂装前钢材表面粗糙度等级的评定（比较样块法）》标准进行。
表面处理与涂装第一道底漆的间隔时间越短越好，一般不宜超过4 h。高湿度、高盐雾环境下其间隔时间不宜超过2 h。如果表面处理后与涂装作业间隔时间超过了规定的涂装间隔施工时间，那么涂装前必须检测并重新处理待涂装基材的表面状况。涂漆只能使用圆刷或者采用无气喷涂法，不能使用滚刷，涂层外观应无流挂、漏刷、针孔、气泡，薄厚应均匀，颜色一致，平整光亮，且每层漆膜厚度必须进行检验并形成记录，具体要求参见防腐技术规范。
图3 风电塔筒清洗补漆
7、附件安装
装配附件时要注意保护好塔筒表面涂层（在塔筒内垫放地毯），码道板端头必须使用毛毡等干净软物包裹。安装严格按安装配图纸进行，电气件安装后必须通电试验。出厂前必须严格检查内附件有无缺件、错装、多装等。附件装配应按图纸进行，待装配的各零件应符合图纸和技术规范的要求。平台装配踏板应平整，板间间隙要均匀，不许有凹凸不平和翘边现象。底段电柜托架平台踏板与外围踏板间，在装配时须放置厚度为5-10mm的发泡橡胶条。平台上的防护栏杆应光滑，平台爬梯应无尖锐处、毛刺和任何人手可感受不适的地方。防坠落安全（或钢丝绳）应按照供应商要求安装，不允许弯曲、错位和表面损伤，以防使用时出现滑块卡滞现象。塔筒门装配应保证与塔筒门框贴合紧密，使门密封条有一定均匀适当的压缩量，开、关门应顺利无阻滞现象。塔筒门处应安装有门保护装置当门开启的时候保护门；门锁装配要保证关上门后，门无明显内外晃动迹象。
结语
随着生态文明建设、绿色低碳发展战略等工作的持续推进，近年来我国海上风电高速发展，步入了规模化开发阶段，正逐步向深远海迈进。塔筒作为整个风机的关键结构件，其品质对保障风机安全、稳定运行至关重要，研究塔筒制造工艺和关键技术，优化制造流程，提高生产质量和效率，对推动海上风电健康发展具有重要实际意义。
