CN104019003B - 一种法兰连接结构及含有其的防雷分段组合式塔架 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种法兰连接结构，包括内、外法兰盘，内、外法兰盘的水平圆盘面分别用于与一个筒体连接。内、外法兰盘插合，插合部分的内法兰盘外侧壁与外法兰盘内侧壁交汇，交汇处形成一个矩形槽；矩形槽分为多段，且在相邻段间的内法兰盘的分段处为楔形条带插入口；该法兰连接结构还包括与矩形槽的段数相等的多组楔形条带；每组由上下两只楔形条带组成，且每组中的两只楔形条带分别从同一段矩形槽两端插入矩形槽内，形成过盈配合；在矩形槽分段处还固定有定位堵头；上述连接结构简单、生产效率高、维护工作小且费用低。本发明还公开了一种含有上述法兰连接结构的防雷分段组合式塔架，不但提高了塔架连接的可靠性，还提高了塔架的雷电流传导性能。

Description

一种法兰连接结构及含有其的防雷分段组合式塔架

技术领域

本发明涉及法兰连接领域，具体地，涉及一种法兰连接结构及含有其的防雷分段组合式塔架，尤其适用于风力发电机组塔架的连接。

背景技术

风力发电是一种洁净的可再生绿色能源，其开发利用已成为二十一世纪世界各国争相采用的一种新的能源形式。

塔架高度的增加是提高风力发电功率的重要技术手段。因此，大型风力发电机组的塔架设计和制造就成为风电技术中的一个重要环节。目前塔架高度已从40多米达到了100多米。现在塔架一般分为三段或四段，每段长度一般在20m～30m左右，组合方式目前均采用螺栓连接。一般塔底与基础环使用M56～M42的螺栓，以上各层使用M42～M27的螺栓，螺栓的直径、数量和性能等级依据塔架高度及机组的等级确定。每一组合段使用的螺栓数量一般在90到130多件，具体数量依塔架直径而确定。

螺栓连接存在的问题有：一、螺接安装(含检验)工序复杂；二、在风电机组运行期间维护工作量大，需要日常维护、半年维护和全年维护以保证塔架的可靠连接；三、在风电机组运行期间需要大量的螺栓连接副备件。以下专利均为螺栓连接方式：1)CN201320209770.8-实用新型-一种风电塔架内法兰结合面防开裂结构；2)CN201120566761.5-实用新型-防雷风电塔筒，也均存在上述问题。

另外，塔架高度的增加也提高了风电机组雷电袭击概率，在以往的塔架中为提高雷电流的传导性能需要在塔架各组合部位加装导流电缆，导致连线较多，不便塔筒内操作与维修。

由此可见，上述现有的风力发电机组分段组合式塔架在连接结构上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。如何能创设一种简单易行、生产效率高、维护工作小、维护费用低的连接结构，成为当前业界极需改进的目标。

发明内容

本发明的目的在于提供一种简单易行、生产效率高、维护工作小、维护费用低的法兰连接结构。

发明的另一个目的在于提供一种防雷分段组合式塔架，使其连接简单可靠、生产效率高、维护工作小、维护费用低且可实现雷电流的可靠传导。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种法兰连接结构，用于连接两个筒体，包括内法兰盘和外法兰盘，所述内法兰盘和外法兰盘的水平圆盘面分别用于与一个筒体连接；所述内法兰盘与外法兰盘插合，且插合部分的内法兰盘外侧壁与外法兰盘内侧壁交汇，所述内法兰盘外侧壁上及外法兰盘内侧壁上分别设置有沿侧壁一周的凹槽，所述两条凹槽对合，形成一个截面为矩形的矩形槽；所述矩形槽分为多段，且在相邻段间的内法兰盘的分段处设有开口，所述开口为楔形条带的插入口，所述法兰连接结构还包括多组楔形条带，所述楔形条带的组数与矩形槽的段数相等；每组楔形条带由上下两只楔形条带组成，且每组楔形条带中的上下两只楔形条带分别反向从同一段矩形槽的两端插入矩形槽内，与矩形槽形成过盈配合；在相邻段的开口部分还固定有定位堵头。

进一步地，所述矩形槽为偶数段，各段均匀分布。

进一步地，所述矩形槽为四段以上的偶数段。

进一步地，所述定位堵头通过六角螺栓固定安装在所述分段的开口处与外法兰盘连接。

进一步地，所述楔形条带为金属材质。

一种防雷分段组合式塔架，包括多段塔筒，所述相邻塔筒之间通过上述的法兰连接结构连接。

进一步地，所述内法兰盘连接在上一段塔筒的下端，所述外法兰盘连接在下一段塔筒的上端。

进一步地，还包括基础环，所述基础环为外法兰盘，所述最底段塔筒的下端连接内法兰盘，该处的内法兰盘与外法兰盘采用上述的法兰连接结构。

进一步地，所述法兰盘与塔筒采用溶焊方式连接。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明的法兰连接结构采用楔形条带连接，其张力和强度可以满足两组合段可靠连接的需求，具有结构紧凑、连接可靠、制造方便的特点，由于无需采用多个螺栓连接，克服了螺栓连接装配效率低，螺栓易疲劳断裂，运行维护量大等不足，用于分段组合式塔架上，安装简单快捷，大大提高了塔架吊装效率，降低了机组运行维护工作量，减少了运行维护备件；且由于内外法兰盘的接触形式为面接型，大大降低了塔架各段的接触电阻，提高了塔架自身的雷电流传导性能，使塔架具有防雷功能。

2、对于直径较大的筒体，采用整环分段式矩形槽法兰盘(即矩形槽为多段)，提高了楔形条带在安装中产生的张力，使之可靠连接且使安装工作更加简便。

3、通过在分段的开口处安装定位堵头，使分段式矩形槽形成封闭的结构体，大大提高了法兰盘的刚性，防止了楔形条带的窜出，也承载了塔架在运行中产生的旋转力矩。

4、分段处设置在内法兰盘上，是为了便于安装，也可以避免设置在外法兰盘上对整体结构强度的影响及组装的困难。

5、通过内法兰盘在上和外法兰盘在下的配合插合设置，更适合塔筒的连接，使受力更加合理。

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为法兰连接结构的结构原理图(局部截面图)；

图2为内法兰盘结构示意图；

图3为外法兰盘结构示意图；

图4为楔形条带组的结构示意图；

图5为定位堵头侧视结构示意图；

图6为定位堵头主视结构示意图；

图7为三段式防雷组合式塔架结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点得到更好的阐述，结合具体实例和附图，对本发明作详细说明。

为了克服现有螺栓连接式法兰存在的问题，本发明提供了一种新的法兰连接结构，可用于连接任意两个筒体结构，下面仅以风力发电机组分段组合式塔架的连接为例来进行说明。

风力发电机组分段组合式塔架，包括多段塔筒，如图7所示，为含有三段式塔筒的塔架，相邻塔筒之间采用楔形条带连接式的法兰连接结构a。

该法兰连接结构具体如图1-3所示，包括内法兰盘1和外法兰盘2，内法兰盘1和外法兰盘2的水平圆盘面11、21分别用于与一个筒体(塔筒)连接，与塔筒连接时，最佳的连接方式为与塔筒的端面进行熔焊连接。

其中，内法兰盘1与外法兰盘2通过插合配合，且插合部分的内法兰盘外侧壁12与外法兰盘内侧壁22交汇，内法兰盘外侧壁12上及外法兰盘内侧壁22上分别设置有沿侧壁一周的凹槽13、23，两条凹槽13、23对合，形成一个截面为矩形的矩形槽。

对于大直径的塔筒，矩形槽分为多段，且在相邻段间的内法兰盘1设有一定宽度的开口3，上述法兰连接结构还包括多组楔形条带4，所述楔形条带的组数与矩形槽的段数相等；每组楔形条带4由上下两只楔形金属条带41、42组成(配合图4所示)，且每组楔形条带4中的上下两只楔形金属条带41、42分别反向从开口3插入同一段矩形槽内，与矩形槽形成过盈配合；在开口还固定有定位堵头5(配合图5、6所示)。

上述楔形条带连接原理是依靠每组楔形条带4在装入同一矩形槽段中产生的巨大张力将两组合段塔筒连接起来，该连接方式具有结构简单、安装简便易行的特点。楔形条带连接式法兰盘的最大的优点是法兰盘的受力方式为面接触型，使法兰盘的连接面受力均匀而提高了塔架连接的可靠性。同时，面接触型可大大降低两塔筒对接面的接触电阻，提高塔架自身的雷电流传导性能。

上述矩形槽为偶数段，矩形槽的分段设置可以方便连接并有利于提高每组楔形条带4的张力。本实施例以4段为例，该段数最好是4段以上的偶数段。

上述定位堵头5通过六角螺栓固定在开口3处并与外法兰盘2连接，通过在开口3处安装定位堵头5，使分段式内法兰盘形成封闭的结构体，可大大提高法兰盘的刚性，防止楔形条带的窜出，也承载了塔架在运行中产生的旋转力矩。

对于本实施例中的风力发电机组分段组合式塔架，其中内法兰盘1连接在上一段塔筒的下端，外法兰盘2连接在下一段塔筒的上端。对于最下段塔筒而言，其下端连接一个内法兰盘，与塔架的基础环配合，基础环采用上述的外法兰盘结构，对于最上端的塔筒，其上端安装一只螺接式法兰盘与偏航轴承相连接。

配合图7所示，本实施例的风电机组防雷分段组合式塔架的组装步骤如下：

1)将第一组合段100(或称塔底段)的下端面内法兰盘插入到基础环的外法兰盘中；

2)将一只楔形条带从尖部自法兰盘的第一象限向第二象限的方向插入；

3)将另一只楔形条带从尖部自法兰盘的第二象限向第一象限的方向完全插入(利用压力装置)；

4)将一只楔形条带从尖部自法兰盘的第三象限向第四象限的方向插入；

5)将另一只楔形条带从尖部自法兰盘的第四象限向第三象限的方向完全插入(利用压力装置)；

6)将一只楔形条带从尖部自法兰盘的第一象限向第四象限的方向插入；

7)将另一只楔形条带从尖部自法兰盘的第四象限向第一象限的方向完全插入(利用压力装置)；

8)将一只楔形条带从尖部自法兰盘的第二象限向第三象限的方向插入；

9)将另一只楔形条带从尖部自法兰盘的第三象限向第二象限的方向完全插入(利用压力装置)；

10)将四只基础环的定位堵头用六角螺栓固定在内法兰盘的四个分段处；

11)将第二组合段200(或称塔架中段)的下端面内法兰盘插入到第一组合段100上端面的外法兰盘中；

12)按工步2)到工步9)的方式完成四组楔形条带的安装；

13)将四只定位堵头用六角螺栓固定在法兰盘的四个分段处；

14)将第三组合段300(或称塔架上段)的下端面内法兰盘插入到第二组合段200上端面的外法兰盘中；

15)按工步2)到工步9)的方式完成四组楔形条带的安装；

16)将四只定位堵头用六角螺栓固定在法兰盘的四个分段处。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的一个实例而已，并不用于限制本发明，尽管参照上述实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，依然可以对上述实例所给出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 (9)

1.一种法兰连接结构，用于连接两个筒体，其特征在于，包括内法兰盘和外法兰盘，所述内法兰盘和外法兰盘的水平圆盘面分别用于与一个筒体连接；

所述内法兰盘与外法兰盘插合，且插合部分的内法兰盘外侧壁与外法兰盘内侧壁交汇，所述内法兰盘外侧壁上及外法兰盘内侧壁上分别设置有沿侧壁一周的凹槽，所述凹槽对合，形成一个截面为矩形的矩形槽；

所述矩形槽分为多段，且在相邻段间的内法兰盘的分段处设有开口，所述开口为楔形条带插入口，所述法兰连接结构还包括多组楔形条带，所述楔形条带的组数与矩形槽的段数相等；每组楔形条带由上下两只楔形条带组成，且每组楔形条带中的上下两只楔形条带分别反向从同一段矩形槽两端插入矩形槽内，与矩形槽形成过盈配合；在矩形槽分段处还固定有定位堵头。

2.根据权利要求1所述的法兰连接结构，其特征在于，所述矩形槽为偶数段，各段均匀分布。

3.根据权利要求2所述的法兰连接结构，其特征在于，所述矩形槽为四段以上的偶数段。

4.根据权利要求1所述的法兰连接结构，其特征在于，所述定位堵头通过六角螺栓固定安装在所述分段的开口处与外法兰盘连接。

5.根据权利要求1～4任一项所述的法兰连接结构，其特征在于，所述楔形条带为金属材质。

6.一种防雷分段组合式塔架，包括多段塔筒，其特征在于，所述相邻塔筒之间通过权利要求1～5任一项所述的法兰连接结构连接。

7.根据权利要求6所述的防雷分段组合式塔架，其特征在于，所述内法兰盘连接在上一段塔筒的下端，所述外法兰盘连接在下一段塔筒的上端。

8.根据权利要求7所述的防雷分段组合式塔架，还包括基础环，其特征在于，所述基础环为外法兰盘，所述防雷分段组合式塔架的最底段塔筒的下端连接内法兰盘，所述内法兰盘与外法兰盘采用权利要求1～5任一项所述的法兰连接结构。

9.根据权利要求7所述的防雷分段组合式塔架，其特征在于，所述法兰盘与塔筒采用溶焊方式连接。