一种分片式风电塔筒纵向法兰连接结构
风力发电机组塔筒法兰焊接方法研究
风力发电机组塔筒法兰焊接方法研究摘要风力发电塔筒法兰的外形尺寸较大，传统的整体法兰制作方法存在制作周期长、材料利用率低、锻造和加工成本高的特点。
现指出拼焊法兰的分析研究，收到了很好地效果。
关键词：拼焊法兰焊接工艺变形前言风电作为一种可再生能源，具有占地少、投资少、周期短、经济效益好等特点，根据累计市场份额和国家能源分析，风电是今后电力发展的主导方向，随着今年日本地震核泄露，三峡节流生态破坏，风电作为清洁能源从新被提上了一个高度，从整个行业角度，风电行业的发展，空间巨大。
从整体情况上看，风电在中国一直在以超乎业内人士预料的速度发展，在经济快速增长和电力需求增加的大背景下，风电在中国的迅猛发展是必然结果。
风电产业的迅速崛起在中国应对能源结构多样化、环境保护和节能减排挑战等问题上都能发挥极大作用。
因此，我们认为中国仍将是未来全球风电市场的生力军。
认为风电作为目前最为成熟的新能源产业，未来的发展会保持高速增长。
目前国内外已安装的风力发电机组大多采用的是钢制塔筒。
总高60米左右，一般分3-4节，每节之间用法兰进行连接，重量普通的在100T 左右，一现有风电发展模式一直在向大机型方向发展，塔筒的厚度、重量也在不断的增大，为保证塔筒节与节之间能够稳定连接，对连接法兰提出了较高的要求，除了在加工过程中对法兰进行尺寸控制外，还需要确保法兰的各项力学性能达到相关的标准要求。
本文就法兰焊接技术的应用作一介绍。
塔筒法兰焊接工艺为了保证法兰与筒体焊接后的角变形符合要求，采用单个法兰、筒体对接电焊后组成一体的焊接方法，下图为对接示意图。
焊缝结构示意图采用埋弧自动焊,直流反接,焊丝牌号为H10Mn2,焊丝直径为Φ4,焊剂为SJ101,焊机采用MZ9 -1250自动弧焊机配以ZD5 - 1250型弧焊整流器. 第一层先焊开坡口侧即外侧,背面即内侧用碳弧气刨清根,挑成U型坡口,清根完成后用砂轮和角向磨光机打磨坡口及两侧20mm宽范围至见金属光泽,以清除氧化物和碳化物,防止出现夹渣、裂纹等缺陷,在内侧焊第二层和第三层. 因为塔筒承受的载荷部分为疲劳载荷,要求焊缝具有较高冲击韧性,故焊后需立即进行消氢处理,加热温度为200℃～350℃,保温2h左右. 焊接工艺参数见表1. 利用焊接顺序、坡口大小和焊接线能量三者来控制焊接应力,从而控制法兰焊后的角变形. 法兰焊接完成后对焊缝进行外观检测,合格后进行100%超声检测. 最后检查法兰角变形量,不符合要求时,采用火焰加热的方法整形,以保证法兰内倾0～1. 5mm的角变形要求.3 存在问题(1)由于先焊法兰外侧，而内侧又用碳弧气刨清根，使得清根和清根后的坡口打磨极不方便，增加了焊工的劳动强度，影响工期。
工字拉杆结构连接法兰在风电机组塔筒连接中的应用
工字拉杆结构连接法兰在风电机组塔筒连接中的应用摘要：本文介绍了一种工字拉杆结构连接法兰，并对其进行了详细的结构原理介绍和受力分析，在风电塔筒连接应用中，本工字拉杆结构连接法兰与传统的螺栓厚型法兰连接结构相比，受力更加合理，避免了厚型法兰对螺栓的杠杆力作用，增加了连接件的承载面积，降低了制造成本。
关键词：工字拉杆结构，塔筒连接，力学分析1.引言随着风力发电技术的日益成熟，为了满足风电市场机组容量的不断增大和降低成本的需求，未来风电的发展将在保证可靠性的基础上，广泛采用先进的技术和工艺设计出性能优良且经济性好的大型风力发电机组。
塔筒作为风力发电机组的主要承载部件，承受着机舱重量、风轮作用力及风作用在塔筒上的作用力（弯矩、推力、扭矩），倾覆力矩等。
而塔筒连接处为支撑系统中的薄弱环节，传统的厚型法兰连接形式为适应风电机组大型化发展的要求，必须不断增加承载面积，增大法兰宽度，这将导致法兰笨重不堪，致使制造、运输、安装等均存在问题。
而本次设计的工字拉杆结构连接法兰弥补了厚型法兰的不足，其受力相对合理，重量较轻，制造成本较低，对于机组功率增大、载荷复杂的塔筒连接，将是一种新的选择。
2.工字拉杆结构原理2.1. L型厚型法兰连接结构L型厚型法兰结构简单，但为了方便施加预紧力和控制预紧力的大小，需增长螺栓长度，并增加法兰板厚，造成其用钢量大，又因法兰为整体锻造而成，每吨重的造价是钢结构平均造价的2.5～3倍，目前锻造法兰主要靠进口，提高了塔筒成本，另外厚型法兰螺栓连接受力中心离塔筒壁受力中心较远，所以受力较大，螺栓易出现断裂，如2010年2月大唐左云风场风机倒塔损坏事故中，4#机中塔筒下法兰1/3螺栓断裂。
所以厚型法兰连接在大型化机组中问题颇多。
2.2.工字拉杆结构原理工字拉杆连接结构，是由连接筒2、筋板3、工字拉杆4、楔块5、定位块6、螺母7、螺栓8、内加强圈9等构成（如图1所示）。
为了优化受力情况，尽量将拉杆的受力线靠近塔筒壁的中线，因此采用了在塔筒外侧焊接2连接筒；各个筋板焊接在连接筒壁上；定位块焊接在筋板上，通过调整定位块位置使工字拉杆的长度达到最优；楔块置于定位块之上；内加强圈焊接在筋板上；并在内加强圈上开孔，并焊接螺母，螺栓通过拧紧，将工字拉杆沿楔块推动，楔块设计一个8°的角度使工字拉杆自锁，使其拉紧上下定位块，达到拉紧上下法兰的目的。
风力发电机组塔筒的焊接工艺和质量控制探讨
风力发电机组塔筒的焊接工艺和质量控制探讨摘要：探讨风力发电机塔筒的制作工艺过程、法兰焊接工艺，研究塔筒在制作过程中板材的下料，筒节卷制，纵缝、环缝、法兰焊接以及筒体法兰组对等关键工序的加工，对风电塔筒法兰焊接的质量控制措施进行探讨。
关键词：风力发电机组；塔筒；焊接；制作工艺；法兰引言随着风力发电产业的快速发展，现风力发电机组单台设计容量越来越大，塔架高度也越来越高，这就对塔架的制造提出了严格的要求。
风力发电具有很多优点，比如可以清洁环境、可再生、基建周期短、占用空问小、投资少、技术相对熟悉等，它是我国重要的能源，同时也是可再生、永不枯竭的资源。
本文主要介绍风力发电机组塔筒制作的工艺过程以及塔筒与法兰焊接工艺，对风电塔筒法兰焊接的质量控制措施进行简要分析，仅供相关人员参考。
1塔筒概述风电塔筒就是风力发电的塔杆，它主要起着支撑的作用，并且吸收机组产生的震动。
例如：某风力发电场二期工程，预期制作10台风力发电机塔筒。
风力发电机的塔筒主要分为上、中、下3段，各段塔筒示意图如图1所示。
每台塔筒的上、中2段各有10节，下段有8节，共有28节，每段之间采用法兰连接，各段规格见表1。
单台塔筒总高67400mm，自身质量116.936t，筒节钢板材质均为Q345E。
塔架法兰为整体锻造法兰，材质为Q345E，为采购件。
组装后，锻造法兰内外表面要求热喷锌处理，塔筒附件要求热浸锌处理。
2关键工序塔筒的生产工艺流程一般是数控切割机下料，厚板需要开坡口，卷板机卷板成型后。
点焊，定位，确认后进行内外纵缝的焊接，圆度检查后，如有问题进行二次较圆，单节筒体焊接完成后。
采用液压组对滚轮架进行组对点焊后，焊接内外环缝，直线度等公差检查后，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后，运输至安装现场。
塔架用板材为热轧低合金高强度结构钢，钢板表面不允许有麻点、裂纹、皱褶等缺陷。
2.1筒节卷制成形筒节卷制过程:压头→卷制→尺寸检验→点焊固定。
风力发电机组塔架法兰组装焊接施工工法
风力发电机组塔架法兰地组装和焊接施工工法1 前言风电塔筒系圆锥筒形焊接结构件,分段制造,每段高度在十几米至三十几米,每段节间采用连接法兰连接,顶部安装风力发电机.风电塔筒制造难点在于解决各段连接法兰之间地平面度、平行度与焊接变形之间地矛盾.本工法总结了甘肃白银平川捡财塘45MW风电特许项目发电机组30套塔筒制造过程中,对法兰组装精度控制和焊接变形控制地成功经验,可在今后类似工程地施工中加以推广应用.1.塔筒概述风电塔筒就是风力发电地塔杆,在风力发电机组中主要起支撑作用,同时吸收机组震动.海风风电塔筒风电塔筒地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,确认后进行内外纵缝地焊接,圆度检查后,如有问题进行二次较圆,单节筒体焊接完成后,采用液压组对滚轮架进行组对点焊后,焊接内外环缝,直线度等公差检查后,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后,运输至安装现场.2 工法特点2.0.1流水线作业形式,胎膜具地合理设计,大大提高了法兰组装精度.2.0.2具备可操作性,减轻劳动强度,提高劳动效率,满足现代化工程需要,提高制造单位竞争优势,体现了标准工艺地先进性和科学性.3 适用范围本工法适用于各类风电塔筒制造过程中地法兰组装和焊接,对塔筒整体制造质量控制有一定地指导意义.4 工艺原理4.0.1 在下料过程中控制筒节扇形钢板地弦长、弦高、对角线偏差.4.0.2 筒节在卷制过程控制其圆度.4.0.3 法兰与筒节组装时,控制筒节管口平面度.4.0.4 法兰与筒节焊接时控制法兰地几何精度.5 施工工艺流程及操作要点5.1工艺流程根据塔筒为变径直管地特点,采用AutoCAD2006软件整体精确放样,将其数据输入数控切割机程序中进行下料；在筒节卷制中严格控制压延次数,大大降低保证筒节地周长误差减小到最低值.制作工艺流程见图5.1.图5.1 工艺流程图5.2操作要点5.2.1准备工作搭设标准平台.平台基础采用60cm厚混凝土作基础,上部铺设100mm厚度钢板,用水准仪找水平,钢平台平面度为 1.0mm；在钢平上面根据法兰直径大小,布置装焊法兰固定胎具,胎具采用机加工制作,其胎具与法兰接触平面保证平面度为0.5mm,见下图5.2.1-1示意.图5.2.1-1 胎具与法兰接触平面图法兰固定胎具.由于塔筒有一定地锥度,各段塔筒其连接法兰直径是不一样地,因此在加工制作法兰固定胎具时,要考虑到这一点,其固定胎具必须兼顾所有法兰组装地需要.见图5.2.1-2.5.2.2 筒节制作1.筒节下料、卷制1）所有料坯均采用首件检验制,经质安部确认后,方可批量下料.2）所有单节筒壁扇形钢板地对角线差不大于3.0mm、弦长公差为±1.5mm；每段塔筒中间节预留2～3mm焊接收缩余量,与法兰连接地筒节在钢板下料时预留5～10mm修正余量.3）δ≤16mm壁厚地钢板可以不开坡口外,其他壁厚地钢板开30°坡口,预留4.0～5.0mm钝边；与法兰连接地筒节开30°坡口,留2.0mm钝边.保证所有切割面切割后光滑,避免出现缺肉情况,清理切割飞溅及氧化皮等.4）按滚压线进行筒节卷制,卷制过程中注意清理板面及卷板机上下辊,防止气体保护焊,其焊因氧化铁等杂物压伤板材；对接后进行打底焊,打底焊采用CO2缝应规整、均匀,焊后及时清理焊接飞溅等；开坡口管节在管内壁打底焊,不开坡口地管节在管外壁打底焊.5）相邻筒节地组对,纵缝错位180°.环缝对接前应进行管口平面度修整,满足技术要求后方能对接,对接时控制环缝间隙均匀,并检查管节对接地素线长度、对角线偏差值满足要求,以保证上下管口地平面度、同轴度.6）纵、环缝焊接按照焊接工艺评定执行.2.法兰与相邻筒节（见图5.2.2-1）图5.2.2-1 法兰与相邻筒节1）将法兰固定在标准平台胎具内.用工艺螺栓使之与胎具固定牢靠、紧密,检查法兰颈地平面度.2）吊入筒节与法兰颈对接.对接前应检查筒节地圆度、管口平面度和周长,保证筒节与法兰周长差不大于 3.0mm；对接时在筒内钢平台上焊接挡块,通过楔子微调其少量错台和不圆度,并保证其对接间隙均匀,且不大于 2.0mm.见上图4-2～3.气体保护打底焊,打底焊采取等距分段打底法,即断续、对3）组对后进行CO2称焊接,直至整条环缝打底完成,其焊缝应规整、均匀,焊后及时清理焊接飞溅等.3.相邻段筒节法兰1）根据塔筒制造质量要求,连接法兰只允许内凹,而不允许内翘,见下图5.2.2-2要求.为控制焊接变形,法兰与筒节焊接前,先将相邻法兰组合,用工艺螺栓把紧,注意把紧螺栓地松紧度,随时把紧螺栓.2）为保证法兰焊接后满足塔架制造技术条件要求,连接法兰把紧时加厚度为3.0～3.5mm垫片进行焊接变形控制,垫片数量至少为12个, 按法兰内圆圆周均布；顶法兰把紧时加厚度2.0mm垫片进行焊接变形控制,垫片数量至少为8个,按法兰内圆圆周均布；法兰把紧应对称、均匀施力,同时法兰外缘结合严密.（见图5.2.2-3）.图5.2.2-2图5.2.2-34.分段筒节与法兰节1）组装方法.分段筒节与法兰节采取平卧组装,在可调式防窜滚轮台架上进行；组装前认真测量管口周长,用激光找中仪检查组装端口地平面度公差,用角磨机进行修整,使端口平面度控制在1.5mm以内；用水准仪调平分段筒节轴线,检查法兰节端面与分段筒节轴线地垂直度、螺栓孔位置度满足要求；为了平面度控制方便、快捷,在两端口处设置平行基准面,用激光找中仪测距,使两平行基准面平行度为0.5mm；基准平行面可以制作成滑移式轨道,以满足不同长度地分段节测量需要,同时也便于与法兰接触,直观地反映出法兰平行度误差,便于校正.具体见图5.2.2-4示意.图5.2.3-42）法兰节与分段筒节自然状态下组装,避免强行组装；通过管口内米支撑调节圆度,控制法兰节组装变形及对接错边量,并保证组装焊缝间隙均匀在 2.0mm以内.气体保护打底定位焊,其打底方法同上所述.定位焊后,对3）组装后进行CO2单段筒节两端法兰地平面度、圆度以及两法兰端面地平行度、同轴度进行检验,如不符合规定要求,进行调整直至符合规定要求.5.2.3 焊接1.焊接前对焊缝坡口及焊缝周围进行清理.气体保护焊,以减少热应力变形.正式焊接均2.塔筒焊接.焊道打底采用CO2采用埋弧自动焊.根据板厚及坡口大小,严格按照成熟地焊接工艺评定参数、焊层道数、电压、电流及焊接速度等参数操作.3.通过参考基准平行面,密切关注端面法兰变形情况,可以快捷地分析导致变形地应力点,为调整和控制变形提供依据.每条（道）环缝要一次焊接完成,保证受热均匀,避免产生新地应力变形.5.2.4 检验1.严格按照塔筒制造技术协议进行检验.检查法兰焊接变形,分段塔筒两端连接法兰焊接变形控制在0mm～-1.5mm；顶部法兰焊接变形控制在0mm～-0.5mm.2.由于法兰在采购订货时地厚度为+3/+1,因此,对于局部微量超差,可用角磨机或自制动力头铣面机找正.6 材料与设备6.1 材料塔筒材料应符合相关技术参数.甘肃白银平川捡财塘45MW风电特许项目发电机组30套塔筒主要材料见表6.1.表6.1 塔筒主材表6.2 设备塔筒制造施工中地设备配置见表6.2-1～表6.2-2表6.2-1 塔筒制造施工地设备配置表表6.2-2塔筒检测设备配置表7 质量控制7.1 制造过程中主要质量控制1.材料采购时审查法兰、钢板等地理化报告,以及钢板厚度、法兰几何尺寸.2.法兰制造和探伤符合图纸和技术协议,检验法兰加工面精度、孔节圆直径偏差、厚度偏差和其他尺寸记录.3.下料后扇形钢板地弦长.4.钢板卷制后地圆度.5.法兰与相邻筒壁装焊后尺寸,变形、焊后余量预留情况.6.检验单节筒壁直缝焊接质量；检验分段筒壁环缝焊接质量,以及几何尺寸控制情况.7.法兰与分段筒壁装焊后尺寸,以及焊接变形控制、整体几何尺寸情况. 7.2 检验控制在实际制造前,应根据用户、设计和本单位三方技术协议和质量控制大纲,编制切实可行地检验计划,检验计划必须涵盖和贯穿材料地采购、下料、卷制、焊接、组装等制造全过程.主要控制见图7.2-1～图7.2-3.8 安全措施8.0.1筒节端口打磨修正时,应注意周围环境,无关人员应远离工作平台.8.0.2筒节与法兰组装时,锤击楔子时应注意伤手和划伤管壁,同时应注意用龙门吊固定内米支撑,防止滑落伤人.8.0.3吊装塔筒时,应设立安全警戒线,使人与塔筒保持安全距离.8.0.4焊接塔筒外环缝时,应将工器具放置在操作平台工具袋内,不得随身携带,以防跌落伤人.8.0.5采用电动工具和机械设备时,应保证线路绝缘并带漏电保护器（额定漏电动作电流值应符合临电规范）.8.0.6临时用电应符合《施工现场临时用电安全技术规范》地有关规定.图7.2-1图7.2-2图7.2-39 环保措施9.0.1严格执行国家有关法规、法令,保证国家和地方有关环境保护地法律法规及合同条款在施工期得到有效执行.强化建设“三同时”检查力度.定期检查工区环境保护设施（工程）与主体工程是否同时设计,污染处理设施地设计是否合理,做到心中有数,及时发现.9.0.2加强对雇员地环境保护教育,提高环境保护意识,杜绝“先破坏、后治理”地思想.9.0.2通过排污申报登记、监督检查等措施,对环保措施落实情况进行全方位监管,及时掌握污染情况,防止施工弃碴（如焊渣等）等阻碍施工区内地河、沟渠等水道,造成水土流失加剧.9.0.3工地施工现场和生活区布置足够地临时卫生设施.及时清理生产、生活垃圾,并将其运至指定地地点,进行掩埋处理,以保持施工现场和生活区地环境卫生.9.0.4严格控制施工噪声,在晚21时30分至第二日7时前,禁止进行用大锤敲打等板金作业.10 经济效益分析目前我国风电装机容量达260万千瓦,预计到2010年我国风电装机容量将达到500万千瓦,2015年达到1000万千瓦,2020年达到3000万千瓦.由此,2010年具备2兆瓦级机组塔筒1000套地制造生产能力,2015年具备3～5兆瓦级机组塔筒地2000套地制造生产能力.市场前景非常乐观,发展潜力巨大.法兰组装平台、塔筒对装胎架地使用对提高工效有明显作用.在对装胎架上筒节组对检验合格后马上就可以进行环缝焊接,不用再吊装挪动.塔筒法兰组装、焊接变形与总拼后整体塔筒直线度,即与控制连接法兰平行度和平面度之间地矛盾,一直是塔筒制造质量和制造功效地瓶颈,本工法较好地解决了这一矛盾,使塔筒制造效率得到很大地提高.国投甘肃白银平川捡财塘45MW风电场风力发电机组30套塔架地制作中,经过工艺措施地改进,塔筒生产强度由地每月生产5～6套增加到每月11套,并且制造质量优良,特别是在对法兰组装精度控制和焊接变形控制方面,取得了好地成绩,保证了出厂产品100%地合格率.且缩短了工期,取得了很大地经济效益,经与合同部共同核算,该工艺在本工程中取得了效益280万元.在国投酒泉第一风电有限公司地瓜州北大桥东风电厂33套塔架地制作中,由于采用了我分局在甘肃白银平川捡财塘风力发电机组塔架制作地成功工艺,塔筒生产强度每月达12套,并且制造质量优良,特别是在对法兰组装精度控制和焊接变形控制方面,同样取得了好地成绩,保证了出厂产品100%地合格率.且缩短了制造工期,取得了很大地经济效益,经与合同部共同核算,该工艺在本工程中取得了效益430万元.在本工法中,包含了一项工艺发明专利,在以后地风电塔筒制造中,将会发挥更大地作用,产生更大地经济效益.11 应用实例11.0.1 应用工程名称：45MW风电特许项目风力发电机组塔架.地点：甘肃白银平川捡财塘.开竣工时间：2007年11月至2008年6月.11.0.2 瓜州北大桥东风电厂33套塔架地制作地点：甘肃酒泉.开竣工时间：2009年7月至2009年11月.甘肃白银平川捡财塘45MW风电特许项目发电机组33套、瓜州北大桥东风电厂33套共7000吨地塔筒制造,塔筒系圆锥筒形焊接结构件,分段制造.制造在下料,卷制、对装、焊接、总装、防腐工艺过程中采用流水线作业形式,胎膜具地合理设计,大大提高了法兰组装精度,缩短了对装操作时间.该工艺具备可操作性,减轻劳动强度,提高劳动效率,满足现代化工程需要,提高制造单位竞争优势,体现了标准工艺地先进性和科学性.实景效果照片：图11-1~2.图11.1 水电三局白银风电设备制造厂图11.2 塔筒制造中地数控下料图11.3 进行法兰平面度地检查图11.4 纵缝焊接图11.5 节间法兰埋弧自动焊接图11.6 塔筒节间组装专用工装平台图11.7 塔筒节间组装图11.8 组装完成待整体焊接图11-9 防腐前整体组装验收图11.10 防腐后地塔筒外观图11.11 防腐后地塔筒内壁图11.12 风电机组安装图11.13 白银风电筒制造首件验收会场图11-14 投运后地白银捡财塘风电机组。
风力机塔筒法兰联接螺栓疲劳寿命预测
风力机塔筒法兰联接螺栓疲劳寿命预测赵荣博;张媛;李双荣【摘要】针对风力机塔筒法兰联接螺栓结构特殊、受力复杂、易于失效等特点,采用有限元法建立塔筒截面外载荷与螺栓内应力的关系,应用工程算法计算螺栓时序内应力;基于GL2010规范,选择塔筒法兰联接螺栓材料的S-N曲线;基于S-N曲线全寿命分析法计算整圈螺栓的疲劳强度并确定最危险部位;采用螺纹联接轴对称模型进一步准确计算危险部位螺栓的疲劳累积损伤,结果表明其疲劳寿命满足要求,提出的方法在预测塔筒法兰联接螺栓疲劳寿命时具有可行性和有效性.%For the special structure,complex load and easy failure of flange connecting bolts,the re-lationship between outside load of tower cross section and inner stress of bolts by finite element meth-od is established,and the timing inner stress of bolt is calculated by Schmidt-Neuper algorithm.The S-N curve which is suitable for high strength bolts is selected based on GL2010 specification.Fatigue cu-mulative damage of whole-ring bolts is calculated by whole life analysis method based on S-N curve, and the most dangerous parts is determined.Further fatigue cumulative damage of the dangerous bolts is calculated by using threaded connection axisymmetric model.The results showed that the dangerous part of bolts meets the requirements of fatigue life,and proved that the feasibility and effectiveness of the proposed method.【期刊名称】《内蒙古工业大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(036)002【总页数】6页(P143-148)【关键词】法兰联接螺栓;疲劳寿命预测;有限元法;风力机塔筒【作者】赵荣博;张媛;李双荣【作者单位】内蒙古工业大学机械学院,呼和浩特 010051;内蒙古自治区产品质量检验研究院,呼和浩特 010070;内蒙古工业大学机械学院,呼和浩特 010051【正文语种】中文【中图分类】TH12风电机组塔筒由多段构成,各段之间由沿法兰圈均匀分布螺栓联接。
一种风电塔筒运输用保护装置
专利名称：一种风电塔筒运输用保护装置专利类型：发明专利
发明人：邢岩,籍永斌,齐彩娟
申请号：CN202111447836.2
申请日：20211130
公开号：CN114056777A
公开日：
20220218
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种风电塔筒运输用保护装置，属于风电塔筒运输装置领域。
本发明风电塔筒运输用保护装置由多个保护单元以及设置在保护单元之间的轴向连接部组成，保护单元由支撑骨架和外侧固定部组成，支撑骨架由支撑环、多个径向连接部和多个内侧固定部组成，多个内侧固定部同轴心圆周分布在支撑环的内侧并通过径向连接部与支撑环一体相连；外侧固定部由第一固定部和第二固定部组成，支撑环装配在由第一圆周装配槽和第二圆周装配槽形成的腔体内，径向连接部装配在第一径向装配槽和第二径向装配槽形成的腔体内。
本发明的风电塔筒运输用保护装置，结构简单，装配简便，可在运输时对风电塔筒进行有效的固定和保护。
申请人：华电重工机械有限公司
地址：300402 天津市北辰区北辰科技园区景顺路8号
国籍：CN
代理机构：北京尚钺知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：严田青
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基于参数化建模的风电机组塔筒法兰联接螺栓应力计算分析
基于参数化建模的风电机组塔筒法兰联接螺栓应力计算分析1.引言风力发电在逐渐成为世界上最主要的可再生能源之一，而风电机组塔筒法兰联接螺栓的稳定可靠性直接影响着整个风力机组的能量输出和运行寿命。
在设计过程中，需要对系统的应力、变形、刚度等进行分析，以确保系统能够在外界环境和内部负载等不利因素下的协调运行。
本文将基于参数化建模的思路，对风电机组塔筒法兰联接螺栓的应力计算进行分析。
2.风力机组塔筒和法兰的结构风力机组塔筒是风力机组的主要承载部分，其设计应满足高强度、高刚度、高韧性的要求。
根据实际情况，风力机组塔筒的形状、壁厚和高度等参数都有所不同；而塔筒内部还安装有牵引装置、转子轴、发电机等重要部分，这些设备的旋转和振动都会对塔筒产生较大的力学负荷，因此塔筒必须具有足够的稳定可靠性和安全性。
同时，由于风力机组常常安装在风力较大的区域，塔筒还需要具有抵抗风振的能力。
法兰是连接塔筒和风力机叶片的重要部分，其作用是将叶片的旋转力和塔筒的支撑力传递到塔筒内，并确保整个系统能够有效的协调工作。
法兰的形状、材料和尺寸等参数也有所不同，一般来说，法兰的制造必须符合国际和相关标准的要求，同时法兰内部的螺栓数量和强度也需要满足塔筒的承载要求。
3.参数化建模的原理参数化建模是现代工程设计中极为普遍的方法之一，能够大大提高设计效率和系统可靠性，同时为后续的模拟分析和实际制造提供方便。
参数化建模是一种将系统各种构件的关系变量、特征尺寸等参数化为可调节的参数的方法，从而将整个系统的设计与参数解耦，使得设计人员更容易对系统进行优化和调整。
参数化建模的步骤大致为以下几个方面：（1）建立系统构件的几何模型，可以采用CAD等工具进行建模；（2）选择几个重要的设计参数，例如塔筒高度、法兰尺寸等；（3）选择合适的参数调节工具，例如MATLAB、ANSYS等；（4）选定目标函数和限制条件，例如最大应力、变形量等；（5）通过参数调节工具计算系统的各种参数值，确定最优设计。
风机塔筒法兰螺栓连接结构简介
风机塔筒法兰螺栓连接结构是风力发电机组中重要的支撑结构，其设计、制造和安装质量直接关系到风机的运行安全和寿命。
该结构主要由塔筒、法兰和螺栓三个部分组成。
塔筒是风机塔筒法兰螺栓连接结构的主要承重部件，通常由钢板卷制而成，其形状为圆筒形，上部与机舱相连，下部与基础相连。
法兰是连接塔筒与螺栓的部件，一般为环形结构，其表面加工有螺栓孔，用于安装螺栓。
螺栓则是连接塔筒与法兰的紧固件，通常采用高强度钢材制成，根据法兰直径和载荷大小确定螺栓的数量和规格。
在风机塔筒法兰螺栓连接结构中，螺栓的预紧力是非常重要的参数。
预紧力的大小直接影响到结构的承载能力和疲劳寿命。
因此，在安装过程中，需要根据规定的预紧力矩和顺序，使用专用的预紧工具对螺栓进行紧固。
同时，在运行过程中，也需要定期对螺栓的预紧力进行检查和调整，以确保其始终保持在规定的范围内。
此外，为了提高螺栓连接的可靠性和耐久性，通常会在塔筒和法兰之间涂抹密封胶或垫片，以防止水和尘埃等杂质进入连接部位。
同时，对于一些高腐蚀环境的风机，还会在塔筒和法兰表面进行防腐处理，如喷涂防腐涂层等。
总的来说，风机塔筒法兰螺栓连接结构是一种可靠性高、耐久性好、维护方便的结构形式，能够满足风力发电机组长期稳定运行的要求。
未来随着技术的不断进步和应用需求的不断提高，该结构仍需不断改进和完善，以适应更加复杂多变的环境和条件。
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分片式风电塔是一种在风电场中广泛应用的结构，其塔筒通常由多个分片组成，每个分片都具有纵向法兰连接结构。
纵向法兰连接结构是分片式风电塔塔筒连接的关键部分，直接影响着塔筒的整体稳定性和安全性。
本文将从分片式风电塔的概念、纵向法兰连接结构的设计原则和现有问题、解决方案等方面进行详细讲解。
1.分片式风电塔的概念
分片式风电塔是指将整体塔筒分割成多个分片，每个分片通过纵向法兰连接结构连接在一起，形成完整的塔筒结构。
这种构造方式相比于传统的整体风电塔具有更好的运输和安装性能，在风电场中得到了广泛的应用。
2.纵向法兰连接结构的设计原则
纵向法兰连接结构的设计必须符合以下原则：
（1）结构牢固稳定：连接结构必须能够确保分片之间的连接牢固，承受风荷载和自重荷载；
（2）易于制造和安装：连接结构的设计应考虑到制造和安装的便捷性，节约时间和成本；
（3）耐久性和可靠性：连接结构必须具有良好的耐久性和可靠性，能够在恶劣环境下长期使用。
3.目前纵向法兰连接结构存在的问题
目前在分片式风电塔的纵向法兰连接结构上仍然存在一些问题，主要
包括：
（1）设计不合理：部分连接结构设计存在不合理之处，导致分片连接不稳定，容易造成安全隐患；
（2）制造精度不高：部分连接结构在制造过程中存在精度不高的问题，影响整体的稳定性；
（3）耐久性不足：部分连接结构在长期使用中出现变形、腐蚀等问题，影响了塔筒的整体寿命。
4.纵向法兰连接结构的解决方案
针对目前纵向法兰连接结构存在的问题，可以采取以下解决方案：（1）优化设计：通过优化连接结构的设计，提高分片之间的连接稳定性，避免出现安全隐患；
（2）提高制造精度：在连接结构的制造过程中，提高加工精度和工艺控制水平，确保连接部件的精度；
（3）采用新材料：选择耐久性和强度更高的材料作为连接结构的材料，提高连接结构的耐久性；
（4）强化检测监控：加强对连接结构的检测和监控，及时发现问题并进行处理，确保连接结构的安全可靠性。
5.结论
纵向法兰连接结构是分片式风电塔塔筒连接的重要部分，其设计和制造质量直接影响着风电塔的整体稳定性和安全性。
通过优化连接结构的设计和制造工艺，采用新材料并强化检测监控，可以有效解决目前
纵向法兰连接结构存在的问题，提高分片式风电塔的整体性能和可靠性。
随着技术的不断进步和经验的积累，相信分片式风电塔的纵向法兰连接结构会有更好的发展和应用前景。
6. 分片式风电塔塔筒纵向法兰连接结构的未来发展趋势
随着分片式风电塔的广泛应用和技术的不断进步，纵向法兰连接结构也在不断进行创新和改进。
未来，随着科技的发展和经验的积累，分片式风电塔塔筒纵向法兰连接结构有望朝着以下方向发展：
（1）智能化技术的应用：随着物联网、人工智能等技术的发展，智能化技术有望应用到风电塔的连接结构中，实现实时监测、预警和远程控制，进一步提高连接结构的安全性和可靠性。
（2）新材料的应用：随着材料科学的进步，新型高强度、耐腐蚀性能更好的材料将会被应用于纵向法兰连接结构中，从而提高连接结构的耐久性和稳定性。
（3）精密制造技术的提升：随着制造技术的不断进步，精密制造技术将得到进一步提升，连接结构的加工精度将得到进一步保障，从而提高连接结构的稳定性。
（4）模块化设计和制造：未来，通过模块化设计和制造技术，可以进一步提高连接结构的制造效率和质量，同时减少人工操作，降低生产成本。
（5）可持续发展：随着可持续发展理念的深入人心，未来连接结构在材料选择、制造工艺等方面将更加注重可持续性，减少能耗和环境污染。
7. 分片式风电塔塔筒纵向法兰连接结构问题的深入分析
在解决问题的我们也需要从更深层次进行分析和思考，找出问题的根源，才能更好地提出解决方案。
（1）设计问题：一些连接结构的设计可能存在不足，例如结构刚度不足、连接方式不合理等，导致连接部位承受外部荷载时容易产生变形、位移等问题。
在设计过程中需要充分考虑结构的力学特性和受力情况，采用合理的连接方式和材料以及结构优化技术。
（2）制造问题：部分连接结构在制造过程中可能存在工艺控制不到位、加工精度不高等问题，导致连接部件的质量不达标，进而影响了整体的稳定性。
在制造过程中需要加强工艺控制，提高加工精度，确保连接部件的质量。
（3）材料问题：部分连接结构在材料选择上可能存在问题，选择的材料耐久性和强度不足，导致了连接结构在长期使用中出现变形、腐蚀等问题。
在材料选择上需要考虑材料的耐久性、强度等指标，选择更加适合的材料作为连接结构的材料。
（4）监测问题：在使用过程中，对连接结构的监测和检验可能不到位，一些问题可能得不到及时发现和处理，从而影响连接结构的稳定性。
需要加强对连接结构的监测和检验，建立完善的监测体系，及时发现并解决问题。
8. 结论
纵向法兰连接结构作为分片式风电塔塔筒重要的连接部分，具有其独特的设计和制造要求。
目前在纵向法兰连接结构中存在一些问题，但随着技术的不断进步和经验的积累，这些问题是可以得到解决和改进的。
我们可以通过优化设计、提高制造精度、采用新材料以及强化监测等手段，进一步提升分片式风电塔塔筒纵向法兰连接结构的性能和可靠性。
在未来的发展中，智能化技术、新材料的应用、精密制造技术的提升以及模块化设计和制造等方面有望为纵向法兰连接结构的发展带来更多的可能。
相信随着技术和经验的积累，分片式风电塔塔筒纵向法兰连接结构会迎来更好的发展和应用前景。