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济南打桩锤用“替打环”领跑世界

发布时间:2021-11-19 03:03

  2019年1月24日,在河南洛阳,由中信重工自主研制的直径7.3米、重234吨特大型海工装备替打环锻件成功锻造完成,打破了国外生产企业的垄断,充分彰显了中国企业在大型锻件和重型装备制造领域的强大实力,引发各媒体争相报道,在业界引起一股强大的冲击波。

  2020年11月21日,济南再次创造了历史:由伊莱特能源装备股份有限公司(以下简称“伊莱特股份”)等单位共同研发的重达165吨、直径7.6米的3500千焦大型海洋液压打桩锤用替打环锻件在济南轧制成功,突破了直径7.5米的瓶颈,刷新了国内同类部件的最大尺寸纪录,标志着我国超大规格的异形环锻件制造技术领跑国际,并有望冲击直径8米的“新纪录”。

  替打环锻件是大型海洋液压打桩锤的关键部件之一,将用于国内自主研发的3500千焦超大型海洋液压打桩锤上。其成功制造是我国在大型锻件近净成形领域的重要探索。“这意味着今后我们国家完全有能力制造打击能力更强、施工直径更大的打桩设备,对未来10兆瓦以上海上风机的开发和安装具有极为重要的意义。”伊莱特股份技术研发中心副总经理银伟说。

  打桩锤主要应用于海上风电单管桩的基础施工,其原理就像一把“定海神锤”,通过巨大的打击能量,可以将重达2000多吨的钢管桩整根打进海床里并牢牢“钉”住,为后续的海上风机安装提供牢固的基础。与生活中锤头比钉子大不同,海上风电的“钉子”——桩管,往往比“锤头”还大很多,这时候就需要用一种叫做替打环的装置来稳固桩管、传递打桩锤的打击能量。

  这件直径7.6米的替打环,其每次要承受的打击力相当于将一把100吨的铁锤从3.5米高度自由落体到地面时产生的能量,这就要求替打环必须特别“抗揍”。打击过程中一旦出现意外,就有可能出现锤毁桩倒的情况,直接影响整个风场的建设进度。

  国产打桩锤问世之前,海上风电打桩市场长期被荷兰IHC和德国MENCK牢牢把控,中国海上风电现役的20多台打桩锤多从这两家公司进口。近年来,随着国内相关机构的努力,我国先后制造出了2000千焦、2500千焦等具有自主知识产权的国产打桩锤,上下游产业链也日臻完善。但替打环属于消耗性部件,每支替打环的打击次数都是固定的,寿命到期后只能再从国外继续进口,路途远,生产和运输时间长。同时,由于欧洲海上风电市场发展同样势猛,打桩设备供不应求,国外厂商谈判意向也不强烈,经常坐地起价,还无法保证交货时间,给国内风电企业的发展带来很大的困扰。

  此前,包括中信重工等单位也曾做过尝试,并在2019年成功使用1.85万吨液压机制造出直径7.3米的同类部件。不过,由于自由锻压机立柱空间有限,使用该工艺很难造出直径7.5米以上的替打环,无法满足未来大兆瓦海上风电的施工要求。

  同时,传统替打环在万吨级液压机上用自由锻方法锻造,内外部质量不稳定、制造成本居高不下,且生产周期很长。为了解决这一难题,伊莱特股份积极探索,并得到中机(济南)精密成形工程技术有限公司和山东大学材料学院的大力支持,取得了突破性进展。他们最终与机械总院集团北京机电研究所合作,利用伊莱特全球最大的轧制直径16米超级轧环装备,通过超纯净钢的冶炼、锻造轧制成形过程的数值仿真、大型胎模锻制轧环坯、异形轧辊及轧制工艺设计等综合技术的应用,成功轧制出3500千焦大型海洋液压打桩锤用替打环(直径7.5米以上)。与传统的自由锻工艺相比,其尺寸精度更高、加工余量更少、机械性能更优,经济社会效益更显著。

  据世界风能协会统计,中国海上风电新增装机量已经连续两年位居全球第一,2020年一季度国内海上风电同比增长142%,预计2025年我国海上风电累计装机将达到25吉瓦,超越英国成为全球最大市场,整个中国海上风电产业链市场规模将达到万亿级。

  伊莱特股份等单位在国内率先使用了近净成型、径轴向轧制的工艺,不仅成功突破了7.5米瓶颈,也为今后我国8米级替打环的制造打下了坚实的基础,为10兆瓦以上风机的建设提供了坚实的基础。他们通过这次“产学研”深度合作,发奋图强、敢为人先,走出了一条从装备设计到关键部件制造高度自主化的产业链完善之路,对于今后我国海工装备构建以国内大循环为主体,国内国际双循环相互促进的发展战略做出了示范。

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