CN102678694A - 大型风电机组筒式塔架的无法兰连接方式及其实施方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了大型风电机组筒式塔架的无法兰连接方式及其实施方法，筒式塔架包括上一段塔筒和下一段塔筒，所述上一段塔筒下端焊接有上段连接段，下一段塔筒上端焊接有下段连接段；上、下段连接段包含锥度相等的两个配合锥面；两个配合锥面紧密地套装在一起并通过至少一圈铰制孔用螺栓和螺母连接。本发明相对于大型塔筒的常规连接方式，省掉了一对大法兰，降低了塔筒的制造成本，且连接方式简单，强度可靠。

Description

大型风电机组筒式塔架的无法兰连接方式及其实施方法

技术领域

本发明涉及大型风电机组领域，具体地，涉及一种大型风电机组筒式塔架的无法兰连接方式及其实施方法。

背景技术

目前大型风电机组筒式塔架的圆筒形结构是一种塔架最常见的结构形式。为方便运输圆筒形塔架通常分为几节。各节塔架分别运输至安装现场后再于现场连接起来。通常每节塔架的连接端都焊有一个大法兰，在安装现场用螺栓将法兰连接起来。通常塔架的法兰需要大型环锻设备来制造毛坯，然后进行机加工才能交付使用，成本较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大型风电机组筒式塔架的无法兰连接方式，这种连接方式不需要大型法兰就能实现两段塔筒的现场连接，可降低大型风电机组的塔架成本。

本发明的另一个目的在于提供上述大型风电机组筒式塔架的无法兰连接方式的实施方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种大型风电机组筒式塔架的无法兰连接方式，筒式塔架包括上一段塔筒和下一段塔筒，所述上一段塔筒下端焊接有上段连接段，下一段塔筒上端焊接有下段连接段；上、下段连接段包含锥度相等的两个配合锥面；两个配合锥面紧密地套装在一起并通过至少一圈铰制孔用螺栓和螺母连接。

进一步地，所述上段连接段在外侧，其配合锥面为内锥面，下段连接段在内侧，其配合锥面为外锥面。

进一步地，所述连接段的筒壁的厚度比其相邻的塔筒筒壁厚；且在连接段与相邻塔筒筒壁交界处有一个斜度小于1：4的过渡段，使连接段筒壁厚度逐渐减薄至与相邻塔筒筒壁厚度相同。

进一步地，所述连接段的两个配合锥面范围内按圆周均匀布置了上、下两圈铰制孔用螺栓连接孔，通过六角头铰制孔用螺栓和螺母连接；六角头铰制孔用螺栓轴线垂直于锥面；且上、下两圈铰制孔用螺栓连接孔在圆周上相互交错布置。

进一步地，所述铰制孔用螺栓连接孔直径的公称尺寸与六角头铰制孔用螺栓的配合段直径的公称尺寸相同，其中，六角头铰制孔用螺栓配合段的直径公差为m6，铰制孔用螺栓连接孔的公差为H9。

进一步地，铰制孔用螺栓的螺栓头外侧设置有螺栓头侧垫圈，螺栓头侧垫圈外侧为锥面，内侧为平面，该垫圈与筒壁相邻侧面被点焊在下段连接段的内壁上；螺母内侧也设置有螺母侧垫圈，螺母侧垫圈外侧为平面，内侧为锥面，该垫圈与筒壁相邻侧面被点焊于上段连接段的外壁上，同时螺母点焊于螺母侧垫圈上。

进一步地，所述上段连接段的内锥面上焊有一个矩形定位键，矩形定位键上侧为三面角焊缝，下侧为几点塞焊缝；所述下段连接段的外锥面的上沿与矩形定位键对应地焊有两块定位板，形成一个定位键槽。

进一步地，所述上段连接段的配合锥面以上一定距离处焊有一个环状加强筋板，所述下段连接段的配合锥面以下一定距离处焊有一个环状加强筋板。

进一步地，所述两个环状加强筋板上在一定的直径上均匀钻有一定直径的圆孔，圆孔的数量为一圈螺栓数量的三分之一。

上述大型风电机组筒式塔架的无法兰连接方式的实施方法，包括如下步骤：

（1）工厂制造阶段：

①上段连接段毛坯的制造，包含制造上段的环状加强筋板；

②对上段连接段进行车加工，包括内配合锥面、下端面、上部过渡锥面和上段焊接坡口；

③钻孔：完成上段的环状加强筋板的钻孔工序；

④按以上相同工艺完成下段连接段的制造加工；

⑤铰制孔用螺栓连接孔的加工：将上、下段连接段合装在一起，组装到位后完成上、下连接段上、下两圈铰制孔用螺栓连接孔的钻、铰工序；

⑥完成垫圈、螺母、铰制孔用螺栓的装配与点焊；

⑦定位键和定位板的焊接：完成定位键和定位板的焊接，两块定位板，形成一个定位键槽；

⑧分别完成将上、下段连接段与上一段塔筒、下一段塔筒的焊接；

⑨按其它正常工艺完成整段塔筒的制造；

⑩塔筒制造完成后将连接段分解；

（2）安装现场塔筒的连接：

塔筒分段运至施工现场后，可先将下一段塔筒安装完成后，利用专门吊具将上一段塔筒吊起，使其下端的上段连接段与下一段塔筒上端的下段连接段对正后稍稍落下套住下段连接段的上端；然后人工转动塔筒，使上段连接段的定位键对准下段连接段的定位键槽，然后完全落下；在必要的部位将长螺栓穿入上、下段的环状加强筋板的圆孔内，将上段向下拉，使上、下段的铰制孔用螺栓连接孔完全重合；这时就可以将铰制孔用螺栓逐个装入，按规定的工艺要求和拧紧力矩将螺栓拧紧，即完成了一段塔筒的组装。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

1、本发明的塔筒连接方式由于无需用大法兰，省掉了大法兰的采购环节，降低了整个塔架的制造成本。

2、连接方式简单，强度可靠。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明大型风电机组筒式塔架的无法兰连接方式的基本结构示意图；

图2为图1中的B向视图；

图3为图2中的A-A向剖视图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1-3所示，本发明的大型风电机组筒式塔架的无法兰连接方式，筒式塔架包括上一段塔筒1和下一段塔筒12，上一段塔筒1下端焊接有上段连接段2，下一段塔筒12上端焊接有下段连接段11；上、下段连接段2、11包含锥度相等的两个配合锥面；两个配合锥面紧密地套装在一起并通过至少一圈铰制孔用螺栓和螺母连接。通过上述连接方式，可以省掉大法兰，降低整个塔架的制造成本。

在上述实施例中，优选地，上段连接段2在外侧，其配合锥面为内锥面，下段连接段11在内侧，其配合锥面为外锥面。

在上述实施例中，优选地，连接段（上段连接段2、下段连接段11）的筒壁的厚度比其相邻的塔筒筒壁（上一段塔筒1筒壁、下一段塔筒2筒壁）厚，以保证连接强度；且在连接段与相邻塔筒筒壁交界处有一个斜度小于1：4的过渡段，使连接段筒壁厚度逐渐减薄至与相邻塔筒筒壁厚度相同，以便与相邻塔筒筒壁焊接。

在上述实施例中，优选地，连接段的两个配合锥面范围内按圆周均匀布置了上、下两圈铰制孔用螺栓连接孔，通过六角头铰制孔用螺栓6和螺母9（六角螺母）连接；六角头铰制孔用螺栓6轴线垂直于锥面；且上、下两圈铰制孔用螺栓连接孔在圆周上相互交错布置。

在上述实施例中，优选地，铰制孔用螺栓连接孔直径的公称尺寸与六角头铰制孔用螺栓的配合段直径的公称尺寸相同，其中，六角头铰制孔用螺栓配合段的直径公差为m6，铰制孔用螺栓连接孔的公差为H9。

在上述实施例中，优选地，六角头铰制孔用螺栓6的螺栓头侧设置有螺栓头侧垫圈7，螺栓头侧垫圈7外侧为锥面，内侧为平面，该垫圈与筒壁相邻侧面被点焊在下段连接段11的内壁上；螺母9内侧也设置有螺母侧垫圈8，螺母侧垫圈8外侧为平面，内侧为锥面，该垫圈与筒壁相邻侧面被点焊于上段连接段2的外壁上，同时螺母9点焊于螺母侧垫圈8上。其中，直径较大处相对于直径较小处为“外”，相反者为“内”。

在上述实施例中，优选地，上段连接段2的内锥面上焊有一个矩形定位键4，矩形定位键4上侧为三面角焊缝，下侧为几点塞焊缝；下段连接段11的外锥面的上沿与矩形定位键4对应地焊有两块定位板5，形成一个定位键槽；定位键及定位键槽的设置，用以保证在现场安装时螺栓能准确穿入两层筒壁的孔内。

在上述实施例中，优选地，上段连接段2的配合锥面以上一定距离处焊有一个环状加强筋板3，下段连接段11的配合锥面以下一定距离处焊有一个环状加强筋板10，可以增强塔筒连接段的径向刚度。

两个环状加强筋板3、10上在一定的直径上均匀钻有一定直径的圆孔，圆孔的数量约为一圈螺栓数量的三分之一。在现场组装时，通过在圆孔处插入长螺栓，可以下拉上一段塔筒，使两段塔筒连接段更好地配合。

本发明的一种大型风电机组筒式塔架的无法兰连接方式的实施方法，包括如下步骤：

（1）工厂制造阶段：

①上段连接段毛坯的制造：按图纸进行下料、拼焊、卷板、再拼焊等工序，完成上段连接段毛坯的制造，包括上段的环状加强筋板，完成毛坯件的整形工序；

②车加工：按图纸完成上段连接段的车加工，包括内配合锥面、下端面、上部过渡锥面和上段焊接坡口；

③钻孔：完成上段的环状加强筋板的钻孔工序；

④按以上相同工艺完成下段连接段的制造加工；

⑤铰制孔用螺栓连接孔的加工：按图纸将上、下段连接段合装在一起，组装到位后按图完成上、下连接段上、下两圈铰制孔用螺栓连接孔的钻、铰工序；

⑥完成垫圈、螺母、螺栓的装配与点焊；

⑦定位键和定位板的焊接：按图完成定位键和定位板的焊接，两块定位板，形成一个定位键槽；

⑧分别按图完成将上、下段连接段与其相邻塔筒（上一段塔筒、下一段塔筒）的焊接；

⑨按其它正常工艺完成整段塔筒的制造；

⑩塔筒制造完成后将连接段分解；

（2）安装现场塔筒的连接：

塔筒分段运至施工现场后，可先将下一段塔筒安装完成后，利用专门吊具将上一段塔筒吊起，使其下端的上段连接段与下一段塔筒上端的下段连接段对正后稍稍落下套住下段连接段的上端；然后人工转动塔筒，使上段连接段的定位键对准下段连接段的定位键槽，然后完全落下；在必要的部位将长螺栓穿入上、下段的环状加强筋板的圆孔内，将上段向下拉，使上下段的铰制孔用螺栓连接孔完全重合；这时就可以将铰制孔用螺栓逐个装入，按规定的工艺要求和拧紧力矩将螺栓拧紧，即完成了一段塔筒的组装。

在接头具体的设计和工艺方面要注意以下几点：

1、需根据塔筒连接部位塔筒所受的各种最大载荷确定接头中所有螺栓的规格、数量以及连接段塔筒的壁厚，同时还需对以上零件进行疲劳强度的校核。

2、铰制孔用螺栓连接孔直径的公称尺寸应与铰制孔用螺栓的配合段直径的公称尺寸相同。铰制孔用螺栓配合段的直径公差推荐为m6，铰制孔用螺栓连接孔的公差推荐为H9。

3、现场组装前，螺栓的螺纹表面、螺栓配合段表面以及螺栓头的摩擦面上均需涂规定的润滑脂。螺栓的拧紧力矩可按摩擦面涂油条件下的常规拧紧力矩。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.大型风电机组筒式塔架的无法兰连接方式，筒式塔架包括上一段塔筒和下一段塔筒，其特征在于，所述上一段塔筒下端焊接有上段连接段，下一段塔筒上端焊接有下段连接段；上、下段连接段包含锥度相等的两个配合锥面；两个配合锥面紧密地套装在一起并通过至少一圈铰制孔用螺栓和螺母连接。

2.根据权利要求1所述的大型风电机组筒式塔架的无法兰连接方式，其特征在于，所述上段连接段在外侧，其配合锥面为内锥面，下段连接段在内侧，其配合锥面为外锥面。

3.根据权利要求1所述的大型风电机组筒式塔架的无法兰连接方式，其特征在于，所述连接段的筒壁的厚度比其相邻的塔筒筒壁厚；且在连接段与相邻塔筒筒壁交界处有一个斜度小于1：4的过渡段，使连接段筒壁厚度逐渐减薄至与相邻塔筒筒壁厚度相同。

4.根据权利要求1所述的大型风电机组筒式塔架的无法兰连接方式，其特征在于，所述连接段的两个配合锥面范围内按圆周均匀布置了上、下两圈铰制孔用螺栓连接孔，通过六角头铰制孔用螺栓和螺母连接；六角头铰制孔用螺栓轴线垂直于锥面；且上、下两圈铰制孔用螺栓连接孔在圆周上相互交错布置。

5.根据权利要求4所述的大型风电机组筒式塔架的无法兰连接方式，其特征在于，所述铰制孔用螺栓连接孔直径的公称尺寸与六角头铰制孔用螺栓的配合段直径的公称尺寸相同，其中，六角头铰制孔用螺栓配合段的直径公差为m6，铰制孔用螺栓连接孔的公差为H9。

6.根据权利要求2所述的大型风电机组筒式塔架的无法兰连接方式，其特征在于，铰制孔用螺栓的螺栓头侧设置有螺栓头侧垫圈，螺栓头侧垫圈外侧为锥面，内侧为平面，该垫圈与筒壁相邻侧面被点焊在下段连接段的内壁上；螺母内侧也设置有螺母侧垫圈，螺母侧垫圈外侧为平面，内侧为锥面，该垫圈与筒壁相邻侧面被点焊于上段连接段的外壁上，同时螺母点焊于螺母侧垫圈上。

7.根据权利要求2所述的大型风电机组筒式塔架的无法兰连接方式，其特征在于，所述上段连接段的内锥面上焊有一个矩形定位键，矩形定位键上侧为三面角焊缝，下侧为几点塞焊缝；所述下段连接段的外锥面的上沿与矩形定位键对应地焊有两块定位板，形成一个定位键槽。

8.根据权利要求2所述的大型风电机组筒式塔架的无法兰连接方式，其特征在于，所述上段连接段的配合锥面以上一定距离处焊有一个环状加强筋板，所述下段连接段的配合锥面以下一定距离处焊有一个环状加强筋板。

9.根据权利要求8所述的大型风电机组筒式塔架的无法兰连接方式，其特征在于，所述两个环状加强筋板上在一定的直径上均匀钻有一定直径的圆孔，圆孔的数量为一圈螺栓数量的三分之一。

10.根据权利要求1-9任一项所述的大型风电机组筒式塔架的无法兰连接方式的实施方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）工厂制造阶段：

①上段连接段毛坯的制造，包含制造上段的环状加强筋板；

②对上段连接段进行车加工，包括内配合锥面、下端面、上部过渡锥面和上段焊接坡口；

③钻孔：完成上段的环状加强筋板的钻孔工序；

④按以上相同工艺完成下段连接段的制造加工；

⑤铰制孔用螺栓连接孔的加工：将上、下段连接段合装在一起，组装到位后完成上、下连接段上、下两圈铰制孔用螺栓连接孔的钻、铰工序；

⑥完成垫圈、螺母、铰制孔用螺栓的装配与点焊；

⑦定位键和定位板的焊接：完成定位键和定位板的焊接，两块定位板，形成一个定位键槽；

⑧分别完成将上、下段连接段与上一段塔筒、下一段塔筒的焊接；

⑨按其它正常工艺完成整段塔筒的制造；

⑩塔筒制造完成后将连接段分解；

（2）安装现场塔筒的连接：

塔筒分段运至施工现场后，可先将下一段塔筒安装完成后，利用专门吊具将上一段塔筒吊起，使其下端的上段连接段与下一段塔筒上端的下段连接段对正后稍稍落下套住下段连接段的上端；然后人工转动塔筒，使上段连接段的定位键对准下段连接段的定位键槽，然后完全落下；在必要的部位将长螺栓穿入上、下段的环状加强筋板的圆孔内，将上段向下拉，使上、下段的铰制孔用螺栓连接孔完全重合；这时就可以将铰制孔用螺栓逐个装入，按规定的工艺要求和拧紧力矩将螺栓拧紧，即完成了一段塔筒的组装。

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