一种塔筒刷漆工装

  完成单位：华能新能源股份有限公司河北分公司大苏计风电场

  主要完成人：郑俊斌、丁春兴、赵海玉、乔强、仝晓芩、孙京奥、张强、孙浩、赵长江、许高飞

一、研发背景

风电场的风力发电设备一般分为基础、塔筒和设置于塔筒顶部的机舱、风轮（包括叶片、轮毂和变桨距系统）四大部分；每个部位对于风机发电机组都至关重要，风力发电机组的塔筒是支撑机舱的结构部件，承受着风电机组各部件的各种载荷，同事塔筒内装有动力电缆、通信与控制线缆、爬梯等辅助设备。由于风力发电机组安装在荒野、高山、海岛等地区，需承受日晒雨淋和沙尘盐雾的侵蚀。所以表面防护十分重要，通常表面采用热镀锌、喷锌或者喷漆处理，对表面防锈处理要求应达到20年以上。为了增加设备的使用寿命，降低侵蚀程度，需要定期在塔筒侧壁上进行刷漆，目前塔筒刷漆一般采用人工攀爬或人工起吊等方式，利用人工手动刷漆，刷漆效率低，成本较高。同时因人工起吊刷漆，造成的人身伤亡事件也数不胜数，给国家和行业内部造成巨大的经济损失。

为了解决传统方式塔筒刷漆方式的安全性低，经济成本过高等问题，相关研究团队研发出塔筒刷漆的工装，来确保刷漆工作人员的安全性。提高人工成本，降低经济损失。

二、发明团队情况介绍

1.项目负责人介绍

赵海玉，华能新能源河北分公司大苏计区域中心站站长，从事风场运维和管理工作10余年，熟悉风电场设备的运维特点、管理方法和运行状况，熟悉各岗位工作职责、安全职责、任务要求和规范标准。围绕技能提升、创新创效等工作深入开展技术改造、提质增效等活动，自主设计技改方案4项，荣获新能源公司职工技术成果二等奖1项、三等奖1项，集团职工技术成果二等奖2项，2项国内实用新型专利。在他的带领下，大苏计场站荣获“2020年度百日无故障风电场”、“2021年度百日无故障风电场”称号，他本人也荣获“2021年度十大标杆场站长”等称号。

他倡导员工积极参加技能竞赛，提升员工的专业能力。组织开展无人机巡线工作小组，极大减少了传统巡线方式所造成的经济损失和人工成本。加强无功设备巡视力度，场站实现全年AVC、AGC零考核。在根据历年设备运行状态和检修情况，周密部署，实现定检后平均无故障运行时间超3000小时。在小风期和限电期主动进行风机巡视消缺，利用电网停电期间开展升压站定检预试消缺，减少电量损失，确保设备安全稳定运行。发明团队小组组长，对发明团队小组起全面领导作用。

  2.团队主要技术成员介绍

乔强，华能新能源河北分公司大苏计区域中心站副站长，从事风电行业十余年，积极落实公司管理思路，积极协同各风场为设备安全稳定运行制定整改方案和管理办法，完成大苏计场站日常生产工作，带领员工积极开展安全生产工作，形成“讲规矩、办实事”的工作作风有序开展安全生产工作，为风场顺利运行打下基础，积极培训员工技能水平，制定培训计划，亲自组织开展培训工作，主要负责主持员工科技创新小组具体工作。

仝晓芩，华能新能源河北分公司大苏计区域中心站大苏计场站检修班长，助理工程师，主要负责项目文书、案例、报告编写工作。

孙京奥，华能新能源河北分公司大苏计区域中心站大苏计场站技术员，助理工程师，主要负责项目课题搜集、成果可行性转化，对小组提供技术支持。

张强，华能新能源河北分公司大苏计区域中心站大苏计场站检修员，助理工程师，主要负责项目材料修编，开展项目过程跟踪及项目经费管理。

孙浩，华能新能源河北分公司大苏计区域中心站大苏计场站检修员，助理工程师，负责项目团队创新能力建设及日常工作，负责组织团队日常绩效考评。

赵长江，华能新能源河北分公司大苏计区域中心站大苏计场站检修员，助理工程师，负责项目可行性研究及实验模型及图纸绘制。

许高飞，华能新能源河北分公司大苏计区域中心站大苏计场站检修员，助理工程师，主要负责对项目进度、会议和创新成果材料总结与上报工作。

程泽一，华能新能源河北分公司大苏计区域中心站大苏计场站检修员，助理工程师，主要负责配合孙京奥同志搜集课题资料与原材料采买工作。

刘鹏宇，华能新能源河北分公司大苏计区域中心站大苏计场站检修员，助理工程师，主要负责配合赵长江同志项目可行性研究及实验模型及图纸绘制的工作。

三、专利简介

本实用新型专利的目的是提供一种塔筒刷漆工装，以解决上述现有技术存在的问题，能够实现塔筒刷漆的机械化，无需人工攀爬塔筒，提高了效率，增加了安全性。为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1  实用新型塔筒工装主视示意图

其中100为塔筒刷漆工装，1为塔筒、2为第一夹持部、3为第二夹持部、4为滚轮、5为环状导轨、6为驱动滑块、7为刷漆部、8为夹持环、9为夹持液压缸、10为弧形夹持块、11为调节器、12为伸缩液压缸、13为刷毛、14为防坠环、15为盘形凸轮、16为连杆、17为吊环、18为安全绳。

图2  新型塔筒刷漆工装的第一夹持部俯视示意图

图3  塔筒刷漆工装的环状导轨和刷漆部示意图

（一）塔筒刷漆工装工作原理

一种塔筒刷漆工装100，包括能够套设在塔筒1外壁上，且能够与塔筒1外壁紧密接触的第一夹持部2和第二夹持部3，第一夹持部2和第二夹持部3之间连接有伸缩部，第二夹持部3连接有环状导轨5，环状导轨5上活动安装有驱动滑块6，驱动滑块6内侧固定安装有刷漆部7，刷漆部7通过管道与地面漆桶连通，管道与地面漆桶连接端设置有阀门；管道上安装有压力泵，从而通过第一夹持部2夹持塔筒1侧壁，第二夹持部3脱离塔筒1侧壁，然后依靠伸缩部伸缩带动第二夹持部3上行，上行到伸缩部的伸缩极限后，第二夹持部3夹持塔筒1壁，第一夹持部2松开塔筒1壁，伸缩部继续伸缩，往复交替，实现在塔筒1璧上的移动，过程中压力泵向刷漆部7输送配好的漆料，驱动滑块6带动刷漆部7在环状导轨5上绕塔筒1壁转动，完成刷漆过程。

（二）本新型实用专利的创新点

（1）固定方式牢固

第一夹持部2包括能够拆卸连接的夹持环8，夹持环8上均匀安装有有三个水平设置的夹持液压缸9，夹持液压缸9可采用普通小型液压缸，夹持液压缸9的液压缸杆末端固定连接有弧形夹持块10，弧形夹持块10的弧形凹面能够与塔筒1侧壁紧密接触连接；第二夹持部3和第一夹持部2结构相同。夹持环8能够拆卸，且能够调整大小，便于安装和拆卸，并能够适用于不同直径的塔筒1壁，弧形夹持块10结构使得夹持液压缸9与塔筒1壁接触更紧密，从而加持过程中更牢固可靠，提高了安全性。夹持环8为非封闭式结构，夹持环8上设置有缺口，夹持环8的缺口处固定连接有调节器11；调节器11能够调节夹持环8的大小。

（2）安全性能稳定

为了防止设备断裂发生坠落危险，所以在第一夹持部上方设置有防坠环14，防坠环14采用轻质高强度材料，由两个半圆环对接而成，其中一个接头采用铰链连接，另一个接头采用销钉连接，防坠环两端对称安装有两个能够转动的盘形凸轮15，盘形凸轮15的轴心套设在防坠环14上，且能够相对防坠环14转动，盘形凸轮15的半轴轮廓采用渐开线轨迹，且其边缘包覆有橡胶垫，盘形凸轮15顶部设置有倾斜结构的连杆16，连杆16末端设置有吊环17，第一夹持部通过安全绳18与吊环17固定连接，盘形凸轮15底部放置于第一夹持部顶端。设备正常工作时，盘形凸轮15与第一夹持部顶部接触连接，从而防坠环14跟随设备上下移动，盘形凸轮15在防坠环14重力作用下，始终处于向外侧转动且与塔筒侧壁无接触状态，安全绳无拉力；当夹持部等设备发生断裂而坠落时，第一夹持部与盘形凸轮15脱离，设备快速坠落，在夹持部等设备的重力作用下拉紧安全绳18，此时安全绳18顶部对吊环17有一个巨大的拉力，进而拉动连杆16，使得与连杆16连接的盘形凸轮15下部向内侧转动，从而两个盘形凸轮15转动抱紧塔筒侧壁，防止坠落。

（3）便于人员操作

伸缩部包括三个伸缩液压缸12，伸缩液压缸12可以采用普通小型的液压缸，伸缩液压缸12底部与第二夹持部3顶部固定连接，伸缩部的伸缩液压缸12的液压杆顶部与第一夹持部2底部固定连接。在使用过程中，第二夹持部3固定夹持到塔筒1壁上，伸缩液压缸12的液压杆在液压驱动下带动第一夹持部2伸长，第一夹持部2夹紧塔筒1侧壁，松开第二夹持部3，伸缩液压缸12的液压杆收缩，由于伸缩液压缸12的液压杆与第一夹持部2此时与塔筒1壁固定，伸缩液压缸12底部与第二夹持部3连接的一端为自由端，不再与塔筒1壁紧密接触，因此，收缩过程中，伸缩液压缸12下部带动第二夹持部3上升，上升完成后，第二夹持部3夹紧塔筒壁，第一夹持部2松开塔筒1壁，如此往复，实现在塔筒1壁上的移动。伸缩液压缸12和夹持液压缸9均电连接有控制终端，控制终端与位于地面的操控器电连接。便于人员在地面操作刷漆过程。

（三）刷漆工装实施过程

本实用新型使用时，操作人员打开调节器11，将第一夹持部2和第二夹持部3的夹持环8套设于塔筒1壁外侧，然后将弧形导轨块拼接到第二夹持部3底部或伸缩部下端内侧，拼接后通过螺栓或卡箍等结构固定，同时通过螺栓或卡扣等与第二夹持部3底部固定连接，拼接过程中，将驱动滑块6活动设置于弧形导轨5上，完成安装；通过地面操作，控制第二夹持部3固定夹持到塔筒1壁上，伸缩液压缸12的液压杆在液压驱动下带动第一夹持部2伸长，然后第一夹持部2夹紧塔筒1侧壁，松开第二夹持部3，伸缩液压缸12的液压杆收缩，由于液压杆与第一夹持部2此时与塔筒1壁固定，因此，收缩过程中，伸缩液压缸12下部带动第二夹持部3上升，上升完成后，第二夹持部3夹紧塔筒1壁，第一夹持部2松开塔筒1壁，如此往复，实现在塔筒1壁上的移动；每移动到一个位置后，打开压力泵，通过管道将漆料输送到刷漆部7内部，并经喷漆头喷出，由于喷漆头周围设置有多个密集的刷毛13，因此，喷出的漆料一部分溅射到塔筒1壁上，一部分沾染到刷毛13上，此时操控驱动滑块6在弧形导轨5上移动，刷毛13与塔筒1壁接触滑动，实现该位置塔筒1壁的刷漆操作，驱动滑块6转动几圈后，关闭压力泵，继续提升第一夹持部2和第二夹持部3到另一位置刷漆，直至将整个塔筒1壁刷漆完成。刷漆过程中，为了使得刷漆均匀，同时避免喷漆头喷出的漆沾染刷过的塔筒1壁，因此可以自塔筒1壁上端逐步下降到下端，自上而下完成刷漆，如此，刷下部时，上部刷过的部分将不会受喷漆头的喷漆影响。

四、专利转化情况说明

今年5月份，大苏计场站在2号风力发电机组上进行了试验，使得塔筒刷漆工装成功在第三节塔筒指定位置进行刷漆，并可以将塔筒一周进行刷漆。施工周期缩短接近一半，施工操作简单，安全性能高。人工成本大幅降低。每台费用大概节省一半。

今年7月份塔筒刷漆工装在大苏计场站33台风机进行应用，雇佣人员少，工期快、安全性高等优势显露出来，为场站创造出6万元的经济效益。同时也提高场站安全管理能力。

五、经济效益与社会效益介绍

1.经济效益

传统塔筒刷漆工作需要人工吊篮方式进行，根据塔筒刷漆的面积和塔筒刷漆部位高度而费用不一。高度越高，费用也会升高。导致第三、第四节塔筒刷漆维护因成本过高，安全风险高，导致人工成本过高。塔筒刷漆维护质量却不高。已大苏计场站为例，要进行33台风机塔筒刷漆工作，需雇佣人员为2组，每组为6人。共计12人，每台刷漆平均8个小时。在刷漆原材料一致的条件下，施工刷漆总面积为169m²，总费用为15万元。而塔筒刷漆工作周期过长，导致风力发电机组所导致的损失电量过高。经济损失也较大。

采用新型塔筒刷漆工装一台材料成本为8000元，而制作费用一台为500元，成本为8500元。以大苏计场站为例，大苏计场站共计33台风机，制作2台塔筒刷漆工装需要费用1.7万元。节省人工费500元每人每天，需雇佣人员为2组，每组两人。在刷漆原材料一致的情况下总费用为8万元。同时每台施工周期为4小时每台。极大地减少了损失电量。因减小了作业的危险性，塔筒刷漆不会因为高度的变化而提高成本，使得每台风力发电机组价格一致。取得了显著的经济效益。

2.社会效益

每年国家塔筒刷漆所造成的不安全事故频发，高处坠落事故屡次发生。甚至有些公司为了避免不安全事件的发生，停止塔筒刷漆工作。塔筒刷漆工装结构简单，自动化程度高，刷漆效率高，且增加了安全性。夹持液压缸的液压缸杆末端固定连接有弧形夹持块，弧形夹持块的弧形凹面能够与塔筒侧壁紧密接触连接；夹持环能够拆卸，且能够调整大小，便于安装和拆卸，并能够适用于不同直径的塔筒壁，弧形夹持块结构使得夹持液压缸与塔筒壁接触更紧密，从而加持过程中更牢固可靠，提高了安全性。通过一种塔筒刷漆工装可以有效提高塔筒刷漆工作的安全性，提高刷漆工作的效率。节约公司的经济成本的同时，也能更好的提升行业内安全生产水平和技术水平。