CN105484945A - 一种多边形风电塔架及其制造方法 - Google Patents

一种多边形风电塔架及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多边形风电塔架及其制造方法,该多边形风电塔架包括有至少两段塔架段,塔架段的水平横截面呈多边形结构,两两塔架段之间通过焊接的法兰盘进行对接,并采用螺栓连接两塔架段的法兰盘进行固定,进而将塔架段连成整体,且在法兰盘上还焊接有纵向加强筋来补强,所述纵向加强筋也与相应的塔架段焊接在一起。本发明使得塔架不需要用卷板机生产,可改用钢板拼焊或折弯机制造,并能更充分利用材料,降低成本。

Description

一种多边形风电塔架及其制造方法
技术领域
本发明涉及风电塔架的技术领域,尤其是指一种多边形风电塔架及其制造方法。
背景技术
业内习知,传统大型风力发电机组的塔架,绝大多数采用圆锥形结构,塔架外壳的水平横截面呈圆形。由于是圆锥形结构,故塔架必须分很多个小段,并且每段必须用卷板机生产,这造成了大量的设备投入。同时,卷板机的卷板长度是有限制的,大多数卷板机的卷板长度不超过3米,所以要制作长度几十米的塔架,就必须生产一个个圆锥形外壳小段,然后再把这些小段拼焊起来。这就造成焊接工作量巨大。
由于塔架由许多外壳小段组成,而小段之间采用焊接制作,这些水平焊缝成为塔架疲劳强度最弱的地方。为了让塔架有足够的疲劳强度,就必须增加塔架的厚度,而这样做又造成了钢材的大量浪费。此外,对于外壳横截面为正多边形的风电塔架,目前尚未有制造方法,用传统的卷管机也无法生产。
另外,大型风力发电机组非常笨重,一台机主机的重量可能超过300吨,而支撑大型风电塔架同样也很笨重。塔架直径大、高度高,塔架重量也往往超过150吨,现在绝大多数的风电机组塔架是采用单一的普通低碳合金钢结构制造,比如采用Q345或S355制造。这就造成塔架的钢材用量大,产品重,价格昂贵。同时,由于塔架过重,造成钢铁材料浪费严重,为提供过多的钢铁材料,还需要消耗大量的自然资源和能源。此外,由于塔架过重,造成风力发电机组的运输费用、吊装费用增加,风力发电机组的基础也需要加强设计(需要增加水混钢筋混凝土等用量)。
还有对于塔架,其外壳离地面不同高度的横截面,承载力要求也不一样,越靠近地面载荷越大,而越靠近顶端载荷越小。因此对于风电塔架外壳,离地面近的部分壁厚要厚,而靠近顶端的壁厚要薄一些。传统的设计方案是:采用很多段壳体来拼接制作,再将这一段段壳体焊接拼在一起,形成整体塔架。对于同一段壳体,都采用普通平板来制作,因此这段壳体底部和上部的壁厚都是相同的。对于这一段壳体,靠近底部的钢板承载力大,而靠近上部的承载力小,造成顶部钢材浪费多。如果这一段壳体做得越长,这种浪费会越严重。为避免过度浪费,往往每段壳体都做得比较短。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足,提供一种多边形风电塔架及其制造方法,使得塔架不需要用卷板机生产,可改用钢板拼焊或折弯机制造,并能更充分利用材料,降低成本。
为实现上述目的,本发明所提供的技术方案其多边形风电塔架,包括有至少两段塔架段,塔架段的水平横截面呈多边形结构,两两塔架段之间通过焊接的法兰盘进行对接,并采用螺栓连接两塔架段的法兰盘进行固定,进而将塔架段连成整体,且在法兰盘上还焊接有纵向加强筋来补强,所述纵向加强筋也与相应的塔架段焊接在一起。
所述塔架段采用LP钢板制造,且对于同一段塔架段,将LP钢板厚的一侧设计在底部,而薄的一侧设计在顶部,以使得同一段塔架段的顶部和底部能够做成相同的安全余量。
所述LP钢板采用折弯机折成多边形的分瓣结构,每段塔架段由多个分瓣拼焊在一起,形成为多边形管体。
所述LP钢板为Q345结构钢、Q550结构钢或Q690结构钢或其它可用钢材,且不同段的塔架段采用不同的结构钢制造,以实现塔架的轻量化设计。
所述法兰盘采用环锻件或焊接件制作。
本发明所述的多边形风电塔架的制造方法,包括以下步骤:
1)先制作需要尺寸的长钢板;
2)采用折弯机将每块长钢板折成多边形的分瓣;
3)将需要的几个分瓣拼焊在一起,形成多边形管体;
4)将事先做好的法兰盘与多边形管体拼焊在一起;
5)将事先做好的纵向加强筋焊接在多边形管体及法兰盘上;
6)到风场装配时,再用螺栓将塔架段连成整体。
本发明与现有技术相比,具有如下优点与有益效果:
1、由于采用多边形结构,使得塔架可以不需要卷板机生产,而采用折弯机折弯,实现了不用卷板机也能生产风电塔架的可行性。
2、采用多边形结构、法兰盘焊接、法兰面在风场用螺栓连接,可以将塔架的每段做得很长,不需要水平焊缝,从而实现了塔架整体长度可以继续加长,克服了卷板机卷板长度不足及产品过长运输困难的问题。
3、采用多个分瓣结构,然后拼焊在一起,解决了被折钢板宽度过宽无法轧制和运输的问题。
4、塔架的水平面没有了焊缝或焊缝处作了补强处理,从而避免了薄弱现象,具体是法兰面处的水平焊缝位置,额外用纵向加强筋补强,大幅度提高此处的强度,也解决了此处强度加强及加强筋无法连接的问题。
5、塔架采用LP钢板制造,且对于同一段塔架段,将LP钢板厚的一侧设计在底部,而薄的一侧设计在顶部,这样使得同一段塔架段的顶部和底部能够做成相同的安全余量,即使每个分段的长度增加,仍不会造成材料浪费,因此采用LP钢板制作塔架,可以有效减少塔架材料浪费,并且可以延长每段的长度,进而减少拼接工作量,可以进步降低成本。
6、采用不同钢材混合,选择性价比更好的钢材,最大限度发挥钢材性能,以实现塔架的轻量化设计,并能够有效降低成本。
附图说明
图1为LP钢板的折弯前后对比图。
图2为多个分瓣拼焊在一起构成的多边形管体示意图。
图3为法兰盘与多边形管体焊接后的示意图。
图4为多边形管体焊接上纵向加强筋和法兰盘后的剖视图。
图5为多段塔架段对接固定后的剖视图。
图6为图5的A局部放大图。
图7为塔架段连成整体构成的多边形风电塔架示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
如图1至图7所示,本实施例所述的多边形风电塔架,包括有至少两段塔架段,每段塔架段的水平横截面呈多边形结构,由于采用多边形结构,使得塔架可以不需要卷板机生产,可改用折弯机制造;两两塔架段之间通过焊接的法兰盘1(采用环锻件或焊接件制作)进行对接,并采用螺栓2连接两塔架段的法兰盘1进行固定,进而将塔架段连成整体,且在法兰盘1上还焊接有纵向加强筋3来进行补强,所述纵向加强筋3也与相应的塔架段焊接在一起。这样塔架的水平面没有了焊缝或焊缝处作了补强处理,从而避免了薄弱现象。且由于采用多边形结构、法兰盘焊接、法兰面在风场用螺栓连接,可以将塔架的每段做得很长,不需要水平焊缝,从而实现了塔架整体长度可以继续加长,克服了卷板机无法卷出长度很长的分段及产品过长运输困难的问题。
所述塔架段采用LP钢板(即一侧厚、一侧薄的钢板)制造,且对于同一段塔架段,将LP钢板厚的一侧设计在底部,而薄的一侧设计在顶部,这样使得同一段塔架段的顶部和底部可以做成相同的安全余量,即使每个分段的长度增加,仍不会造成材料浪费,因此采用LP钢板制作塔架,可以有效减少塔架材料浪费,并且可以延长每段的长度,进而减少拼接工作量,可以进步降低成本。此外,所述LP钢板采用折弯机折成多边形的分瓣结构,每段塔架段是由多个分瓣拼焊在一起,形成为多边形管体,这样解决了被折钢板宽度过宽无法轧制和运输的问题。
对于焊接结构,高强钢的屈服强度高于普通结构钢,而高强钢和普通结构钢焊缝的疲劳强度接近。对于塔架的外壳设计,由于不同截面需要的屈服强度和疲劳强度不一致,因此根据实际需要,每个高度段的塔架外壳选合适强度等级的钢材,最终形成的塔架外壳从上到下混合不同的钢材型号,从而达到最大限度利用钢材性能,降低重量、减少成本的目的。而在本实施例中,所述LP钢板可以选择Q345结构钢、Q550结构钢或Q690结构钢或其它可用钢材,且不同段的塔架段可以采用不同的结构钢制造,以实现塔架的轻量化设计。具体是塔架底部外壳采用高强度结构钢,如Q690;中部选用另一种高强度结构钢,如Q550;塔架顶部外壳采用普通结构钢,如Q345。对于塔架法兰面,根据需要选用更合适的钢材,比如用Q550或Q690,替代当前的Q345。
本实施例上述多边形风电塔架的制造过程如下:
1)先制作需要尺寸的长钢板(平板);
2)采用折弯机将每块长钢板折成多边形的分瓣,效果如图1所示;
3)将需要的几个分瓣拼焊在一起,形成多边形管体,如图2所示;
4)将事先做好的法兰盘与多边形管体拼焊在一起,如图3所示;
5)将事先做好的纵向加强筋焊接在多边形管体及法兰盘上,如图4所示;
6)到风场装配时,再用螺栓将塔架段连成整体,如图5、图6、图7所示。
以上所述之实施例子只为本发明之较佳实施例,并非以此限制本发明的实施范围,故凡依本发明之形状、原理所作的变化,均应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种多边形风电塔架,其特征在于:包括有至少两段塔架段,塔架段的水平横截面呈多边形结构,两两塔架段之间通过焊接的法兰盘进行对接,并采用螺栓连接两塔架段的法兰盘进行固定,进而将塔架段连成整体,且在法兰盘上还焊接有纵向加强筋来补强,所述纵向加强筋也与相应的塔架段焊接在一起。
2.根据权利要求1所述的一种多边形风电塔架,其特征在于:所述塔架段采用LP钢板制造,且对于同一段塔架段,将LP钢板厚的一侧设计在底部,而薄的一侧设计在顶部,以使得同一段塔架段的顶部和底部能够做成相同的安全余量。
3.根据权利要求2所述的一种多边形风电塔架,其特征在于:所述LP钢板采用折弯机折成多边形的分瓣结构,每段塔架段由多个分瓣拼焊在一起,形成为多边形管体。
4.根据权利要求2或3所述的一种多边形风电塔架,其特征在于:所述LP钢板为Q345结构钢、Q550结构钢或Q690结构钢,且不同段的塔架段采用不同的结构钢制造,以实现塔架的轻量化设计。
5.根据权利要求1所述的一种多边形风电塔架,其特征在于:所述法兰盘采用环锻件或焊接件制作。
6.一种权利要求1至5任一项所述的多边形风电塔架的制造方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)先制作需要尺寸的长钢板;
2)采用折弯机将每块长钢板折成多边形的分瓣;
3)将需要的几个分瓣拼焊在一起,形成多边形管体;
4)将事先做好的法兰盘与多边形管体拼焊在一起;
5)将事先做好的纵向加强筋焊接在多边形管体及法兰盘上;
6)到风场装配时,再用螺栓将塔架段连成整体。
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