卷板机在风电行业的研究与应用

卷板机在风电行业的研究与应用

泰安华鲁锻压机床有限公司

摘要：根据风电塔筒特殊工艺要求，通过针对性的技术研发，优化创新了卷板机的技术方案和典型结构，满足该行业对设备的精度、效率、安全要求，该产品的推广取得显著的社会效益和经济效益。

关键词：卷板机；风电；塔筒；应用

1 引言

发展风电对于改善能源结构、保护生态环境、保障能源安全和实现经济的可持续发展有着极其重要的意义。经过几十年的发展，风力发电技术已经成熟，近年来，我国风电装机规模迅速扩大，2019年1～6月，全国新增风电装机容量909万kW，其中海上风电40万kW，累计并网装机容量达到1.93亿kW，风电行业兴起推动了风电装备的发展。

塔筒是风电设备重要基础承力部件（图1），加工制造难度系数极大。该件为圆形，需要用卷板机卷制完成，单台风机需要筒体大于30节，因此卷板机卷制工作量大，提高卷制效率对风电设备制造进度和降低成本意义重大。

图1 风电塔筒

快速发展风电卷板机是国内市场的急需，塔筒制造要求一次卷制成形，国内卷板机产品基本不能满足塔筒的卷制要求。为此，华鲁锻压公司成立设计研发团队，从2010年开始，跟踪行业需求，借鉴国外先进技术进行再创新，开发出拥有自主知识产权的系列化多规格风电卷板机，先后开发出了WS11K系列卷制板厚100～220多规格风电专用卷板机，如图2所示，通过验收测试，产品各性能满足设计及风电客户要求，并顺利交付给风电企业。

图2 风电专用卷板机

2 风电塔筒技术参数及精度要求

2.1 塔筒技术参数（表1）

表1 塔筒技术参数

2.2 塔筒精度要求（表2）

表2 塔筒精度要求

3 风电卷板机的技术研究及创新

针对风电行业对卷板机的需求，通过吸收国外先进技术，对国内卷板机技术进行研发与创新。

国内常规卷板机无法有效满足风电行业需求，其主要原因如图3所示。

图3 普通卷板机应用于风电行业的现状

3.1 主传动动力不足

普通卷板机卷制完成时间一般是按3～5次压下卷制（单个工件1h左右），风电塔筒卷制要求1次压下卷制完成（单个工件15min左右），因此风电塔筒要求卷制效率高，普通卷板机的主传动无法提供动力，根本无法一次完成卷制成形，如图4所示。

图4 卷板机工作辊驱动装置

改进措施：主传动功率加大。通过设计计算，卷制180mm厚，3m宽的风电卷板机需要功率300kW，而普通卷板机主传动功率是150kW，可见要满足要求，主传动扭矩成倍加大，才能满足上料后一次性卷制筒体的要求。

3.2 大筒径带来的筒体下陷

①风电塔筒卷板机的塔筒直径在8m以上，自身重量达30多t，在卷制时会出现不同的下陷，成形困难；②卷制过程中需要行车等吊具辅助，辅助时间长；③存在人身设备安全隐患。

改进措施：设置上支撑和侧支撑解决筒体下陷问题。上支撑安装在卷板机的上工作辊的上端，上支撑活动支架可根据需要上下移动托住筒体上端，避免自重及变形下陷；侧支撑安装在机器的前后两侧，可上下摆动，工作时托住筒体下端，筒体保持较好的圆度。如图5所示。

图5 卷板机上、侧支撑装置

3.3 筒体错边问题

在卷制过程中，筒体合口存在着不同程度的径向和轴向的错位（图6）。而传统的解决方法是用辅助工具或焊接工艺块，强行人工操作双向合口，对于厚度100mm以上的钢板过程相当困难，劳动强度很大。

图6 筒体卷制中错边示意图

改进措施：设置纠偏装置。纠偏装置安装在侧支撑上，可夹住工件，在上支撑和侧支撑的配合作用下，对齐工件两端接口实现纠偏。如图7所示。

图7 塔筒体强制纠偏装置

3.4 筒体需要焊接问题

在卷制成形后需要在合缝处焊接，普通卷板机一般将工件移出或人工进入筒体内点焊，从而造成辅助时间增加、操作者劳动强度增加、安全隐患增加、焊接质量不稳定等。

改进措施：设置焊接机械手。焊接机械手安装在一侧机架上，由伺服电机驱动前进后

退或摆动，在卷制完成后对合缝处进行焊接。如图8所示。

3.5 板材长度大、卷制上料困难

板材长达20000mm～30000mm，板材吊装运输不方便，辅助对料时间长，安全性差。

改进措施：送料辊道及对中装置。送料辊道有多组对接长度到30m，对中装置布置在送料辊道两侧。可实现机动送料和对中，保障了工作安全可靠，减少了辅助时间。如图9所示。

图8 机械手焊接装置

图9 对中送料辊道

3.6 改进风电卷板机数控系统

控制系统采用人机界面，动态监控各种动作，通过PLC和各种传感器使位置精度、同步精度更加精确，移动更加快速。如图10所示。

4 小结

图10 控制系统操作界面

通过创新，风电卷板机已经是一个具有综合性能的装备，卷制工艺上的改变，使风电卷板机结构具备六大特点：①卷板机主传动功率是普通卷板机的两倍以上，能满足上料后一次性卷制筒体；②在卷板机上端设置上支撑和侧支撑，支撑大筒径卷制时不下陷，确保筒体的圆度；③设置纠偏装置，在上支撑和下支撑的配合下方便于对料合口；④设置自动机械手点焊；⑤设置送料辊道及对中装置；⑥电器和液压系统控制精确快速。

通过针对性的技术研发，风电卷板机完全满足用户的精度、效率、安全要求，该产品的推广取得显著的社会效益和经济效益。

该产品结构合理、性能优良、技术方案成熟，卷制的塔筒工件质量好，精度高，安全高效，性价比高，解决了行业用户的生产难题，提高了产品质量和生产进度，得到了用户认可，实现了卷板机的升级换代，为国民经济建设做出了突出贡献，用户基本是风电行业中规模较大的知名企业。

5 风电卷板机的发展方向

（1）大型化。在我国风力发电技术已很成熟，而大型（大于10MW）的风电技术正在研发中，随着技术的进步发展，风电设备塔筒也会加大，对风电卷板机的需求向大型化方向发展。

图11 风电塔筒成形过程

（2）成套化。风电塔筒成形过程如图11所示。目前的成形过程由单机单工序独立完成，生产效率低。对现有设备结构性能及接口进行优化，逐步实现各机自动协调工作，自动化操作。风电专用卷板机控制及结构应该向风电塔筒生产线形式发展。

（3）智能化。目前风电卷板机智能化最大的瓶颈是无法在线快速准确测量，这也是国内外同行业想攻克的关键技术。今后重点跟踪前沿技术，对智能检测进行研发，逐步实现该设备的智能化控制。随着信息传递和硬件控制的不断提升智能物流系统运送，大数据网

络连线远程控制，无人工厂将逐步实现。