CN108000076A - 塔筒段的制造方法、塔筒段、塔筒和风力发电机组 - Google Patents

塔筒段的制造方法、塔筒段、塔筒和风力发电机组 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种塔筒段的制造方法、塔筒段、塔筒和风力发电机组，所述制造方法包括：制造第一筒节和第二筒节；将第一筒节和第二筒节结合到一起；在第一筒节上开设第一缺口，并在第二筒节上开设第二缺口，第一缺口及第二缺口组成开口，第一缺口的高度小于第一筒节的高度，第二缺口的高度小于第二筒节的高度；制造门框，并且将门框嵌入到开口中并焊接到第一筒节和第二筒节，其中，门框上开设有门孔。根据本发明，门框的制造可更容易，门框与相邻的第一筒节和第二筒节的焊接可更容易操作，容易保证焊接质量，有效减小焊接时焊缝处的应力集中系数，减小变形并保证圆度，并且在对接门框与第一筒节和第二筒节时，可更容易对齐。

Description

塔筒段的制造方法、塔筒段、塔筒和风力发电机组
技术领域
本发明涉及风力发电机组技术领域，更具体地讲，本发明涉及一种塔筒段的制造方法、塔筒段、塔筒和风力发电机组。
背景技术
风力发电机组用于将风能转换成电能。风力发电机组包括塔筒和安装在塔筒顶部的风力发电机。
为了便于人员进入塔筒内部，需要在塔筒上开设门孔并使用门框进行局部加强。现有的门框呈弧形，并且与塔筒之间为T型焊缝，导致门框与塔筒之间的应力集中非常大。另外，现有的门框设计导致门框所在的筒节的厚度增大，增加了塔筒的总重量，因此导致塔筒制造和安装成本增加。
发明内容
本发明的目的在于提供一种便于焊接并且能够有效降低应力集中的具有门框的塔筒段的制造方法、塔筒段、塔筒和风力发电机组。
根据本发明的一方面，提供一种塔筒段的制造方法，所述制造方法包括：制造第一筒节和第二筒节；将所述第一筒节和所述第二筒节结合到一起；在所述第一筒节上开设第一缺口，并在所述第二筒节上开设第二缺口，所述第一缺口及所述第二缺口组成开口，所述第一缺口的高度小于所述第一筒节的高度，所述第二缺口的高度小于所述第二筒节的高度；制造门框，并且将所述门框嵌入到所述开口中并焊接到所述第一筒节和所述第二筒节，其中，所述门框上开设有门孔。
可选地，制造所述门框的步骤可包括：将一块钢板卷制成第一筒体；对所述第一筒体执行回圆工艺；切割所述第一筒体以形成至少一个所述门框。
可选地，制造所述门框的步骤可包括：将两块钢板分别卷制成第二筒体；对所述第二筒体执行回圆工艺；将两个所述第二筒体焊接到一起以形成第三筒体；切割所述第三筒体以形成至少一个所述门框。
可选地，制造所述门框的步骤还可包括：在形成所述门框之后，在所述门框的门框本体的周边形成连接部，所述连接部的厚度小于所述门框本体的厚度并大于所述第一筒节和所述第二筒节的厚度。
可选地，所述门框可以为矩形或梯形，制造所述门框的步骤还可包括：将所述门框的相邻边之间制造成为圆角过渡。
可选地，在制造所述第一筒节和所述第二筒节的步骤中，首先将钢板卷制成筒，然后执行回圆工艺。
根据本发明的另一方面，提供一种塔筒段，所述塔筒段包括：第一筒节，具有第一缺口，所述第一缺口的高度小于所述第一筒节的高度；第二筒节，与所述第一筒节结合，所述第二筒节具有第二缺口，所述第二缺口的高度小于所述第二筒节的高度，所述第一缺口和所述第二缺口共同形成开口；门框，所述门框嵌入到所述开口中并焊接到所述第一筒节和所述第二筒节，所述门框上开设有门孔。
可选地，所述门框的厚度可比所述第一筒节和所述第二筒节的厚度厚，所述门框的外侧可凸出于所述第一筒节和所述第二筒节的外壁，所述门框的内侧可凸出于所述第一筒节和所述第二筒节的内壁。
可选地，所述门框可包括门框本体和形成在所述门框本体外周的连接部，所述连接部的厚度小于所述门框本体的厚度并大于所述第一筒节和所述第二筒节的厚度。
可选地，所述连接部的厚度可沿所述塔筒段的周向均匀减小。
可选地，所述门框可以为一体结构，或者由两段或更多段门框沿所述塔筒段的轴向拼接而成。
可选地，所述门框为矩形或梯形，所述门框的相邻边之间可圆角过渡。
根据本发明的另一方面，提供一种塔筒，所述塔筒可包括如上所述的塔筒段。
根据本发明的另一方面，提供一种风力发电机组，所述风力发电机组包括如上所述的塔筒。
根据本发明，可保证第一筒节和第二筒节的圆度，门框的制造可更容易，门框与相邻的第一筒节和第二筒节的焊接可更容易操作，容易保证焊接质量，有效减小焊接时焊缝处的应力集中系数，减小变形并保证圆度，并且在对接门框与第一筒节和第二筒节时，可更容易对齐。
另外，根据本发明制造的门框，其精度更高、残余应力更小、不易变形，并且可提高生产效率、废料少、切割工序少且切割质量高。
附图说明
通过下面结合附图进行的详细描述，本发明的上述和其它目的、特点和优点将会变得更加清楚，其中：
图1是根据本发明的实施例的塔筒段的立体图；
图2是图1中的塔筒段的分解视图；
图3是图1中的塔筒段的平面图；
图4是沿图3的A-A线截取的截面图；
图5是图4中的P部分的示意图；
图6是根据本发明的另一实施例的塔筒段的平面图；
图7是根据本发明的实施例的制造塔筒段的流程图；
图8是将第一筒节和第二筒节组合在一起的状态的示意图；
图9是在第一筒节和第二筒节上开设开口的示意图；
图10是用于形成门框的第一筒体的示意图；
图11是切割第一筒体以形成多个门框的示意图；
图12是用于形成门框的第三筒体的示意图；
图13是切割第二筒体以形成多个门框的示意图；
图14是根据本发明的实施例的门框的示意图；
图15是将门框安装到第一筒节和第二筒节上的开口中的示意图；
图16是在门框上开设门孔的示意图；
图17和图18是根据现有技术的门框产生角变形的示意图；
图19是根据本发明的门框未产生角变形的示意图。
具体实施方式
以下，将参照图1至图16描述根据本发明的实施例的塔筒段、塔筒段的制造方法、塔筒和风力发电机组。
首先，将参照图1至图6描述根据本发明的实施例的塔筒段。
如图1至图6所示，根据本发明的实施例的塔筒段包括：第一筒节10，具有第一缺口11，第一缺口11的高度小于第一筒节10的高度；第二筒节20，与第一筒节10结合，第二筒节20具有第二缺口21，第二缺口21的高度小于第二筒节20的高度，第一缺口11和第二缺口21共同形成开口30；门框40，门框40嵌入到开口30中并焊接到第一筒节10和第二筒节20，门框40上开设有门孔43。
如图1所示，第一筒节10和第二筒节20可由钢板制成，并可卷制成筒状，第一筒节10和第二筒节20的端部可彼此对准，并且可通过焊接彼此结合到一起。
如图1至图3所示，第一筒节10和第二筒节20为圆柱形，且第一筒节10和第二筒节20的直径可彼此相等，从而第一筒节10和第二筒节20可构成的塔筒段可构成圆柱形塔筒的一部分。然而，本发明不限于此，第一筒节10和第二筒节20还可以为截圆锥形，即，第一筒节10和第二筒节20的直径均可以是逐渐变化的，从而第一筒节10和第二筒节20构成的塔筒段可构成圆锥形塔筒的一部分。
另外，第一筒节10和第二筒节20的高度可彼此相等或不等，而不受具体限制。
第一筒节10上可形成有第一缺口11，第二筒节20上可形成有第二缺口21，第一缺口11和第二缺口21可共同形成开口30。其中，第一缺口11的高度可小于第一筒节10的高度，第二缺口21的高度可小于第二筒节20的高度，从而第一筒节10和第二筒节20可形成360°环。
如果第一缺口的高度等于第一筒节的高度且第二缺口的高度等于第二筒节的高度，则第一筒节和第二筒节形成小于360°环，则在制造第一筒节和第二筒节时，无法执行回圆工艺，只能在焊接门框后一起执行回圆工艺，由于门框的厚度一般比筒节的厚度厚，因此目前基本不能对筒节和门框一起执行回圆工艺。根据本发明，由于第一筒节10和第二筒节20形成360°环，因此可在制造第一筒节10和第二筒节20时，对第一筒节10和第二筒节20执行回圆工艺，从而能够保证第一筒节10和第二筒节20的圆度。
另外，第一缺口11和第二缺口21的高度可彼此相等或不等，而不受具体限制。
根据本发明，门框40可嵌入到开口30中并可焊接到第一筒节10和第二筒节20，门框40上开设有门孔43，以便于人员进出塔筒。根据本发明，门框40也可由钢板制成。如图3所示，门孔43可呈长圆形或椭圆形。
如图1所示，第一筒节10和第二筒节20形成圆柱，门框40可具有沿着该圆柱的母线方向的两条直边以及沿着该圆柱的圆周方向的两条弧形边，其中，两条弧形边与该圆柱的弧度基本一致，并与该圆柱共同围成360°环。如图3所示，从平面图上来看，当第一筒节10和第二筒节20形成圆柱形时，门框40可呈矩形。因此，“门框40为矩形”指的是从平面图来看，门框40呈矩形。
应理解的是，当第一筒节10和第二筒节20形成截圆锥时，在平面图上，门框40可呈梯形，即，门框40也可具有沿着该截圆锥的母线方向的两条直边以及沿着该截圆锥的圆周方向的两条弧形边，其中，两条弧形边与该截圆锥的弧度基本一致，并与该截圆锥共同围成360°环。因此，“门框40为梯形”指的是从平面图来看，门框40呈梯形。
根据本发明，当门框40呈矩形或梯形时，门框40的制造可更容易，并且门框40与相邻的第一筒节10和第二筒节20的焊接可更容易操作，容易保证焊接质量。相反，当从平面图上看，门框呈弧形时，首先，制造弧形门框的工艺复杂，难以保证制造精度，另外，当焊接门框时，门框与相邻筒节形成的焊缝为立体曲线，难以对准并且难以执行焊接工艺，导致焊接质量降低。
如图4和图5所示，门框40的厚度可比第一筒节10和第二筒节20的厚度厚，门框40的外侧凸出于第一筒节10和第二筒节20的外壁，且门框40的内侧凸出于第一筒节10和第二筒节20的内壁。通过对门框40进行加厚，可以有效提高门框40周围塔筒的屈曲和疲劳的承载力。
另外，如图4和图5所示，根据本发明的实施例，门框40可包括门框本体41和形成在门框本体41的外周(例如，门框本体41的四个边缘)处的连接部42。如图5所示，连接部42的厚度可小于门框本体41的厚度并大于第一筒节10和第二筒节20的厚度t2。另外，连接部42的厚度沿塔筒段的周向可均匀减小，连接部42与第一筒节10接触的部分的最小厚度t1仍大于第一筒节10和第二筒节20的厚度t2。
根据本发明，通过形成连接部42并使连接部42的厚度沿塔筒段的周向均匀减小，与未形成连接部42的情况相比，可以实现门框40与第一筒节10和第二筒节20之间的平滑过渡，可便于将门框焊接到第一筒节10和第二筒节20，并可有效减小焊接时焊缝处的应力集中系数，减小变形并保证圆度。另外，根据本发明，连接部42的最小厚度t1大于第一筒节10和第二筒节20的厚度t2，相较于连接部42的最小厚度t1等于第一筒节10和第二筒节20的厚度t2的情况，在对接门框40与第一筒节10和第二筒节20时，可更容易对齐，有利于保证焊接质量。
另外，根据本发明，门框40可以为一体结构或者由两段或更多段门框沿塔筒段的轴向拼接而成。
图6是根据本发明的另一实施例的塔筒段的平面图，如图6所示，门框40的相邻边之间圆角过渡，以便焊缝的顺利过渡，保证焊接施工的方便可操作性。
另外，应理解的是，虽然在图1至图6中仅示出了在第一筒节10和第二筒节20上形成一个开口30的示例，但本发明不限于此，可在第一筒节10和第二筒节20上形成多个开口30(即，在第一筒节10上形成多个第一缺口11，在第二筒节20上形成多个第二缺口21，多个第一缺口11和多个第二缺口21形成多个开口30)，并将多个门框40嵌入到多个开口30中。例如，可在图1中的开口30的相对侧开设另一开口，并可在另一开口上安装门框40。
根据本发明的另一实施例，可提供一种塔筒段的制造方法。以下，将参照图7至图16描述根据本发明的实施例的塔筒段的制造方法，为了避免冗余，将省略与以上塔筒段的描述重复的描述。
根据本发明的实施例，塔筒段的制造方法可包括：制造第一筒节10和第二筒节20(S10)；将第一筒节10和第二筒节20结合到一起(S20)；在第一筒节10上开设第一缺口11，并在第二筒节20上开设第二缺口21，第一缺口11及第二缺口21组成开口30(S30)，第一缺口11的高度小于第一筒节10的高度，第二缺口21的高度小于第二筒节20的高度；制造门框40并将门框40嵌入到开口30中并焊接到第一筒节10和第二筒节20(S40)，门框40上开设有门孔43。
在步骤S10中，可首先制造第一筒节10和第二筒节20。可通过例如卷板机将钢板卷制成筒，然后执行回圆工艺，来制造第一筒节10和第二筒节20。可将第一筒节10和第二筒节20卷制成圆柱形或者截圆锥形。
在步骤S20中，如图8所示，可通过例如焊接将第一筒节10和第二筒节20焊接到一起。
在步骤S30中，如图9所示，可在第一筒节10和第二筒节20上开设开口30。可根据将要安装的门框40的外形尺寸在第一筒节10和第二筒节20上开设开口30。开口30可包括设置在第一筒节10上的第一缺口11和设置在第二筒节20上的第二缺口21，第一缺口11的高度小于第一筒节10的高度，第二缺口21的高度小于第二筒节20的高度。
如果第一缺口的高度等于第一筒节的高度且第二缺口的高度等于第二筒节的高度，则第一筒节和第二筒节形成小于360°环，则在制造第一筒节和第二筒节时，无法执行回圆工艺，只能在焊接门框后一起执行回圆工艺，由于门框的厚度一般比筒节的厚度厚，因此目前基本不能对筒节和门框一起执行回圆工艺。根据本发明，由于第一筒节10和第二筒节20形成360°环，因此可在制造第一筒节10和第二筒节20时，对第一筒节10和第二筒节20执行回圆工艺，从而能够保证第一筒节10和第二筒节20的圆度。
根据本发明，在形成开口30之后，可对开口30周围的钢板进行打磨处理并开坡口，以便于焊接门框40。
在步骤S40中，制造门框40并将门框40安装到开口30中。
图10和图11示出了门框高度未超出卷板机的卷板长度的制造方法的示例。如图10和图11所示，可先将一块钢板卷制成第一筒体40a，然后对第一筒体40a执行回圆工艺，最后根据将要形成的门框40的尺寸对第一筒体40a进行切割，以形成至少一个门框40。
对于利用钢板卷制成弧形门框的方案，实际使用的下料钢板的尺寸要大于门框设计尺寸才能保证门框设计的形状，门框最终的尺寸是通过切除多余的钢材的方式来实现的，此方案废料较多，成本高，另外此方案无法执行回圆工艺，导致弧形门框容易回弹变形。然而，根据本发明，通过将一块钢板卷制成第一筒体40a，然后切割形成多个弧形的门框40，与直接将钢板卷制成弧形门框相比，精度更高、残余应力更小、不易变形，并且可提高生产效率、废料少、切割工序少且切割质量高。
图12和图13示出了门框高度超出卷板机的卷板长度的制造方法的示例。可先将两块钢板分别卷制成第二筒体40b，并分别对两个第二筒体40b执行回圆工艺，然后将两个第二筒体40b焊接到一起以形成第三筒体40c，最后根据将要形成的门框40的尺寸切割第三筒体40c以形成至少一个门框40。
根据该方法来制造门框也可具有以上描述的有益效果。另外，如果首先形成两个弧形门框，然后对两个弧形门框直接进行焊接，对接位置在焊接过程中会产生大量的热，焊缝冷却过程中焊缝收缩，使得两个弧形门框产生角变形，很难校正。图17和图18示出了直接焊接两个弧形门框1产生的角变形，如果产生角变形，则两个弧形门框1之间的夹角小于180°(图17)或大于180°(图18)，而不等于180°。根据本发明，通过先将两个第二筒体40b焊接到一起形成第三筒体40c后对第三筒体40c切割来形成门框40，与焊接两个弧形门框1相比，两个筒体焊接变形小，容易控制，无需额外控制变形，且可以进行自动焊，效率高。因此根据本发明，对于门框40由多段门框拼接而成的情况，可使得多段门框40之间的夹角为180°(如图19所示)。
另外，应理解的是，图10至图13描述了第一筒节10和第二筒节20呈圆柱形、从平面图上看门框40呈矩形的门框40的制造方法，在这种情况下，可将第一筒体40a和第二筒体40b卷制成圆柱形。当第一筒节10和第二筒节20呈截圆锥形、从平面图上看门框40呈梯形的门框40，可将第一筒体40a和第二筒体40b卷制成截圆锥形。
根据本发明的实施例，制造门框40的步骤还可包括：在形成门框40之后，在门框40的门框本体41的周边(例如，门框本体41的四个边缘)形成连接部42。例如，可通过打磨来形成连接部42。在描述塔筒段时已经详细描述了连接部42的具体结构，在此不做赘述。在形成连接部42之后，可对门框40的边缘开坡口，以便于焊接。
根据本发明的实施例，可将门框40的相邻边之间制造成为圆角过渡，如图6中示出的门框40，以便焊缝的顺利过渡，保证焊接施工的方便可操作性。
如图15所示，可将图14中示出的制造好的门框40嵌入到开口30中然后将门框40焊接到第一筒节10和第二筒节20。在焊接后，可对焊缝进行打磨以实现门框40与第一筒节10和第二筒节20之间的平滑过渡。最后，如图16所示，可在门框40上开设门孔43，形成最终的塔筒段。
应理解的是，虽然按照以上顺序描述了制造塔筒段的方法，但除非有明显的先后步骤关系，否则制造塔筒段的方法不受上述先后顺序的限制。
根据本发明的另一实施例，可提供一种塔筒，该塔筒可包括如上所述的塔筒段。此外，根据本发明的另一实施例，可提供一种风力发电机组，该风力发电机组可包括如上所述的塔筒。
根据本发明，由于第一筒节和第二筒节形成360°环，因此可在制造第一筒节和第二筒节时，对第一筒节和第二筒节执行回圆工艺，从而能够保证第一筒节和第二筒节的圆度。另外，根据本发明，当从平面图上看，门框呈矩形或梯形，因此门框的制造可更容易，并且门框与相邻的第一筒节和第二筒节的焊接可更容易操作，容易保证焊接质量。
根据本发明，通过形成连接部，与未形成连接部的情况相比，可以实现门框与第一筒节和第二筒节之间的平滑过渡，可便于将门框焊接到第一筒节和第二筒节，可有效减小焊接时焊缝处的应力集中系数，减小变形并保证圆度，并且在对接门框与第一筒节和第二筒节时，可更容易对齐，有利于保证焊接质量。
根据本发明，通过将一块钢板卷制成筒体，然后切割形成多个弧形的门框，与直接将钢板卷制成弧形门框相比，精度更高、残余应力更小、不易变形，并且可提高生产效率、废料少、切割工序少且切割质量高。另外，通过先将两个筒体焊接到一起然后切割来形成门框，与焊接两个弧形门框相比，两个筒体进行焊接变形小，容易控制，无需额外控制变形，且可以进行自动焊，效率高。
尽管已经参照附图具体描述了本发明的示例性实施例，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节上的各种改变。

Claims (14)

1.一种塔筒段的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括：
制造第一筒节(10)和第二筒节(20)；
将所述第一筒节(10)和所述第二筒节(20)结合到一起；
在所述第一筒节(10)上开设第一缺口(11)，并在所述第二筒节(20)上开设第二缺口(21)，所述第一缺口(11)及所述第二缺口(21)组成开口(30)，所述第一缺口(11)的高度小于所述第一筒节(10)的高度，所述第二缺口(21)的高度小于所述第二筒节(20)的高度；
制造门框(40)，并且将所述门框(40)嵌入到所述开口(30)中并焊接到所述第一筒节(10)和所述第二筒节(20)，其中，所述门框(40)上开设有门孔(43)。
2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，制造所述门框(40)的步骤包括：
将一块钢板卷制成第一筒体(40a)；
对所述第一筒体(40a)执行回圆工艺；
切割所述第一筒体(40a)以形成至少一个所述门框(40)。
3.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，制造所述门框(40)的步骤包括：
将两块钢板分别卷制成第二筒体(40b)；
对所述第二筒体(40b)执行回圆工艺；
将两个所述第二筒体(40b)焊接到一起以形成第三筒体(40c)；
切割所述第三筒体(40c)以形成至少一个所述门框(40)。
4.根据权利要求2或3所述的制造方法，其特征在于，制造所述门框(40)的步骤还包括：
在形成所述门框(40)之后，在所述门框(40)的门框本体(41)的周边形成连接部(42)，所述连接部(42)的厚度小于所述门框本体(41)的厚度并大于所述第一筒节(10)和所述第二筒节(20)的厚度。
5.根据权利要求2或3所述的制造方法，其特征在于，所述门框(40)为矩形或梯形，制造所述门框(40)的步骤还包括：将所述门框(40)的相邻边之间制造成为圆角过渡。
6.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，在制造所述第一筒节(10)和所述第二筒节(20)的步骤中，首先将钢板卷制成筒，然后执行回圆工艺。
7.一种塔筒段，其特征在于，所述塔筒段包括：
第一筒节(10)，具有第一缺口(11)，所述第一缺口(11)的高度小于所述第一筒节(10)的高度；
第二筒节(20)，与所述第一筒节(10)结合，所述第二筒节(20)具有第二缺口(21)，所述第二缺口(21)的高度小于所述第二筒节(20)的高度，所述第一缺口(11)和所述第二缺口(21)共同形成开口(30)；
门框(40)，所述门框(40)嵌入到所述开口(30)中并焊接到所述第一筒节(10)和所述第二筒节(20)，所述门框(40)上开设有门孔(43)。
8.根据权利要求7所述的塔筒段，其特征在于，所述门框(40)的厚度比所述第一筒节(10)和所述第二筒节(20)的厚度厚，所述门框(40)的外侧凸出于所述第一筒节(10)和所述第二筒节(20)的外壁，所述门框(40)的内侧凸出于所述第一筒节(10)和所述第二筒节(20)的内壁。
9.根据权利要求7所述的塔筒段，其特征在于，所述门框(40)包括门框本体(41)和形成在所述门框本体(41)外周的连接部(42)，所述连接部(42)的厚度小于所述门框本体(41)的厚度并大于所述第一筒节(10)和所述第二筒节(20)的厚度。
10.根据权利要求9所述的塔筒段，其特征在于，所述连接部(42)的厚度沿所述塔筒段的周向均匀减小。
11.根据权利要求7所述的塔筒段，其特征在于，所述门框(40)为一体结构，或者由两段或更多段门框沿所述塔筒段的轴向拼接而成。
12.根据权利要求7所述的塔筒段，其特征在于，所述门框(40)为矩形或梯形，所述门框(40)的相邻边之间圆角过渡。
13.一种塔筒，其特征在于，所述塔筒包括如权利要求7至12中任一项所述的塔筒段。
14.一种风力发电机组，其特征在于，所述风力发电机组包括如权利要求13所述的塔筒。
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