CN109854458A - 筒节、塔筒段及筒节的成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种筒节、塔筒段及筒节的成型方法，筒节用于塔筒段，筒节为具有中空腔的筒状结构，筒节包括沿其自身周向相继分布的基础部以及加强部；其中，基础部与加强部为一体式结构，在筒节的径向上，加强部的厚度大于基础部的厚度。本发明实施例提供的筒节、塔筒段及筒节的成型方法，筒节易于塔筒附件的设置，且筒节所应用的塔筒段承载能力高，能够提高塔筒整体的使用寿命及使用安全，利于风力发电机组的发电效益。

Description

筒节、塔筒段及筒节的成型方法

技术领域

本发明涉及风电技术领域，特别是涉及一种筒节、塔筒段及筒节的成型方法。

背景技术

随着风电技术的发展进步，技术路线由粗放型向精细化不断转型，更加精益化的设计越来越重要，塔筒作为风力发电机组的大部件，是机组服役时的重要组成部分。

塔筒的主要作用为用于支撑风力发电机组的机舱、发电机以及叶轮，同时为了风力发电机组更好的运行，塔筒相应的塔筒段上通常会设置一些塔筒附件，例如塔筒平台以及设置于塔筒上的门洞等，上述塔筒附件的设置将会降低塔筒段相应筒节的承载能力，进而影响塔筒的使用寿命及使用安全，不利于风力发电机组的发电效益。

因此，亟需一种新的筒节、塔筒段及筒节的成型方法。

发明内容

本发明实施例提供一种筒节、塔筒段及筒节的成型方法，筒节易于塔筒附件的设置，且筒节所应用的塔筒段承载能力高，能够提高塔筒整体的使用寿命及使用安全，利于风力发电机组的发电效益。

一方面，根据本发明实施例提出了一种筒节，用于塔筒段，筒节为具有中空腔的筒状结构，筒节包括沿其自身周向相继分布的基础部以及加强部；其中，基础部与加强部为一体式结构，在筒节的径向上，加强部的厚度大于基础部的厚度。

根据本发明实施例的一个方面，加强部在面向中空腔的一侧以及远离中空腔的一侧均凸出于基础部。

根据本发明实施例的一个方面，在筒节的轴向的横截面，加强部的轮廓呈弧线，弧线的两个端点与横截面中心点之间的连接线的夹角为20°～160°，和/或，弧线的长度为1m～10m。

根据本发明实施例的一个方面，在筒节的轴向上，加强部的高度为3m～30m。

根据本发明实施例的一个方面，加强部的厚度为30mm～100mm，和/或，基础部的厚度为10mm～50mm。

根据本发明实施例的一个方面，筒节进一步包括塔筒附件，塔筒附件设置于加强部，塔筒附件包括门洞或塔筒平台。

另一方面，根据本发明实施例提出了一种塔筒段，包括两个以上层叠设置的筒节，在层叠方向上，位于最外侧的两个筒节远离彼此的端面上分别设置有端法兰，其中，至少一个筒节为上述的筒节。

又一方面，根据本发明实施例提出了一种筒节的成型方法，包括以下步骤：

提供板体，板体沿其自身长度方向包括相继分布的基础板以及加厚板，加厚板的厚度大于基础板的厚度；

沿长度方向对板体进行卷绕，并对板体在长度方向的两端进行连接，以形成筒节。

根据本发明实施例的又一个方面，提供板体，板体延其自身长度方向包括相继分布的基础板以及加厚板，加厚板的厚度大于基础板的厚度的步骤中：基础板的数量大于加厚板的数量，板体在长度方向上的两端均为基础板；或者，基础板的数量等于加厚板的数量，板体在长度方向上的两端中的一者为基础板且另一者为加厚板。

根据本发明实施例的又一个方面，成型方法进一步包括在加厚板上设置门洞，并使得门洞在板体的厚度方向上贯穿加厚板。

根据本发明实施例提供的筒节、塔筒段及筒节的成型方法，筒节为具有中空腔的筒状结构，其包括沿其自身周向相继分布的基础部以及加强部，在筒节在应用至塔筒段时，可以将门洞、塔筒平台等塔筒附件设置于加强部，由于在筒节的径向上，加强部的厚度大于基础部的厚度，使得加强部不仅能够满足塔筒附件的设置，同时能够满足塔筒段在设置塔筒附件位置处的抗疲性能，使得塔筒段的承载能力高，能够提高塔筒整体的使用寿命及使用安全，同时，限定基础部与加强部为一体式结构，能够减少筒节的接缝数量，简化工艺过程且降低成本。

附图说明

下面将参考附图来描述本发明示例性实施例的特征、优点和技术效果。

图1是本发明实施例的塔筒的结构示意图；

图2是本发明一个实施例的塔筒段的结构示意图；

图3是本发明一个实施例的筒节的结构示意图；

图4是本发明另一个实施例的筒节的结构示意图；

图5是本发明另一个实施例的塔筒段的结构示意图；

图6是本发明又一个实施例的筒节的结构示意图；

图7是本发明再一个实施例的筒节的结构示意图；

图8是本发明实施例的筒节成型方法的流程示意图；

图9是板体的主视图；

图10是通过卷板机对板体进行卷绕时的结构示意图。

其中：

100-塔筒段；

10-筒节；101-中空腔；102-基础部；103-加强部；104-门洞；105-接缝；

20-端法兰；

30-板体；301-基础板；302-加厚板；

401-上辊轮；402-下辊轮；

X-周向；Y-径向；Z-轴向；M-长度方向。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明的更好的理解。在附图和下面的描述中，至少部分的公知结构和技术没有被示出，以便避免对本发明造成不必要的模糊；并且，为了清晰，可能夸大了部分结构的尺寸。此外，下文中所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。

下述描述中出现的方位词均为图中示出的方向，并不是对本发明的筒节、塔筒段及筒节的成型方法的具体结构进行限定。在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

为了更好地理解本发明，下面结合图1至图10根据本发明实施例的筒节、塔筒段及筒节的成型方法进行详细描述。

请参阅图1，图1示出了本发明实施例的塔筒的结构示意图。塔筒通常包括多个塔筒段100，多个塔筒段100相互层叠设置，并且相邻两个塔筒段100相互连接，以形成塔筒。风力发电机组的机舱、发电机以及叶轮等重型部件均支撑于塔筒顶部的塔筒段100。

请一并参阅图2，图2示出了本发明一个实施例的塔筒段100的结构示意图，本发明实施例提供的塔筒段100，其包括多个筒节10，多个筒节10相互层叠，在层叠方向上，位于最外侧的两个筒节10远离彼此的端面上分别设置有端法兰20，以形成塔筒段100。相邻两个塔筒段100彼此之间可以通过各自的端法兰20相互连接。由于塔筒整体需要支撑机舱、发电机以及叶轮等重型部件，为了提高塔筒各塔筒段100的承载能力，本发明实施例还提供了一种新型的筒节10。

请一并参阅图3，图3示出了本发明一个实施例的筒节10的结构示意图。本发明实施例提供的筒节10，能够用于上述各示例的塔筒段100，该筒节10为具有中空腔101的筒状结构，并且，筒节10包括沿其自身周向X相继分布的基础部102以及加强部103，其中，基础部102与加强部103为一体式结构，在筒节10的径向Y上，加强部103的厚度大于基础部102的厚度。

本发明实施例提供的塔筒段100，由于在筒节10的径向Y上，加强部103的厚度大于基础部102的厚度，能够满足塔筒段100的抗疲性能，使得塔筒段100的承载能力高，能够提高塔筒整体的使用寿命及使用安全，同时，限定基础部102与加强部103为一体式结构，能够减少筒节10的接缝105数量，简化筒节成型时的工艺过程且降低成本。

请一并参阅图4及图5，图4示出了本发明另一个实施例的筒节10的结构示意图，图5示出了本发明另一个实施例的塔筒段的结构示意图。为了保证风力发电机组的正常运行，通常会在相应的筒节10上设置塔筒附件，即，本发明实施例提供的筒节10，还可以进一步包括塔筒附件，塔筒附件可以为门洞104、爬梯或者塔筒平台等，塔筒附件可以作为筒节10的组成部分设置于筒节10的加强部103上，当塔筒附件为门洞104时，门洞104在筒节10的径向Y上贯穿加强部103。

本发明实施例提供筒节10，在具体实施时，沿筒节10的轴向Z上，加强部103的高度可以与基础部102的高度相等，进一步可选的，加强部103的高度与基础部102的高度可以分别与二者所在筒节10的总高度相等。通过上述设置能够便于筒节10的加工与制造。

请继续参阅图3及图4，作为一种可选的实施方式，基础部102与加强部103的数量可以均为一个，门洞104等塔筒附件设置于加强部103上。在具体实施时，在筒节10的轴向Z上，基础部102以及加强部103在筒节10的周向X上的占比可以根据要求设定，只要能够满足门洞104等塔筒附件的设置，同时保证筒节10所应用塔筒段100的承载能力均可。

在一些可选的示例中，加强部103与基础部102在筒节10周向X上的大小比例为1/18～1/3之间的任意比值，包括1/18与1/3两个端值。

请一并参阅图6，图6示出了本发明又一个实施例的筒节10的结构示意图。作为一种可选的实施方式，在筒节10轴向Z的横截面，加强部103的轮廓呈弧线且弧线的两个端点与横截面中心点之间的连接线的夹角α为20°～160°之间的任意数值，包括20°、160°两个端值，可选的，加强部103两个端点与横截面中心点之间的连接线的夹角α为50°～120°之间的任意数值，进一步可选为60°、80°、90°、100°等数值。

通过限制加强部103与基础部102在筒节10的周向X上的大小比例范围或者限制加强部103两个端点与横截面中心点之间的连接线的夹角α的范围，能够优化筒节10的性能，使其在便于门洞104等塔筒附件设置要求的基础上，不仅能够满足塔筒段100的承载能力要求，同时能够减轻筒节10的重量，节约筒节10的成本。

作为一种可选的实施方式，本发明上述各实施例提供的筒节10，在筒节10的轴向Z的横截面，加强部103的轮廓呈弧线且弧线的长度为1m～10m之间的任意数值，包括1m及10m两个端值，进一步可选为3m～8m之间的任意数值，可选为5m、6m等。通过限制加强部103所投影出的弧线长度，更便于筒节10的下料以及成型，同时，限制弧线的长度，能够更加优化加强部103与基础部102之间的占比关系，使得筒节10以及其所应用的塔筒承载能力更好。

作为一种可选的实施方式，以上各实施例的筒节10，其加强部103可以在面向中空腔101的一侧凸出于基础部102，当然，也可以在远离中空腔101的一侧凸出于基础部102。可选的，在一些其他的示例中，加强部103还可以在面向中空腔101的一侧以及远离中空腔101的一侧均凸出于基础部102，该种设置方式，能够提高加强部103与基础部102相交处的强度，易于筒节10的成型，降低筒节10的加工难度并提高其承载能力，当在加强部103上设置门洞104等塔筒附件时，加强部103从两侧均凸出于基础部102的形式还能够降低加强部103的变形，提高筒节10的性能。

作为一种可选的实施方式，加强部103的厚度可以为基础部102的厚度的2倍至10倍之间的任意倍数，包括2倍及10倍两个端值。

可选的，上述各实施例的筒节10的加强部103的厚度为可以为30mm～100mm之间的任意数值，包括30mm、100mm两个端值，可选的，加强部103的厚度可以为50mm～80mm之间的任意数值，进一步可选为60mm、65mm、70mm等。可选的，基础部102的厚度可以为10mm～50mm之间的任意数值，包括10mm、50mm两个端值，进一步的，基础部102的厚度可以为20mm～40mm之间的任意数值，包括25mm、30mm、35mm等。

通过限制加强部103与基础部102的厚度关系和/或限制加强部103与基础部102的厚度范围，能够使得加强部103的比例更加匀称，成型方便，且具有更好的承载能力以及抵抗变形的能力。

以上各实施例均是以加强部103的高度与筒节10的高度相等为例进行说明，在一些其他的示例中，加强部103的高度也可以小于筒节10的高度，只要能够满足门洞104等塔筒附件的设置同时保证筒节10所应用塔筒段100的承载能力即可。

在一些可选的示例中，在筒节10的轴向Z上，加强部103的高度可以为3m～30m之间的任意数值，包括3m以及30m两个端值，可选为5m～20m之间的任意数值，进一步可选为5m、10m、15m等。通过上述设置，能够更好的保证筒节10的强度，节约成本，且更易于门洞104等塔筒附件的设置，保证门洞104的尺寸要求。

请一并参阅图7，图7示出了本发明再一个实施例的筒节10的结构示意图。可以理解的是，以上各实施例仅以筒节10包括一个加强部103以及一个基础部102为例进行说明，在一些其他的示例中。如图7所示，加强部103的数量以及基础部102的数量还可以均包括两个，当然，在具体实施时，加强部103与基础部102的数量均可以多于两个，只要能够满足门洞104等塔筒附件的设置，并保证其所应用的塔筒段100的承载能力要求均可。

本发明上述各实施例的筒节10，由于其基础部102与加强部103为一体式结构，因此筒节10可以仅包括一条接缝105，一条接缝105可以位于筒节10的基础部102上并在筒节10的轴向Z上与筒节10的高度相等。

综上，本发明实施例提供的筒节10，因其为具有中空腔101的筒状结构，且包括沿其自身周向X相继分布的基础部102以及加强部103，使得筒节10在应用至塔筒段100时，可以将门洞104、塔筒平台等塔筒附件设置于加强部103，由于在筒节10的径向Y上，加强部103的厚度大于基础部102的厚度，使得加强部103不仅能够满足塔筒附件的设置，同时能够满足塔筒段100在设置塔筒附件位置处的抗疲性能，使得塔筒段100的承载能力高，能够提高塔筒整体的使用寿命及使用安全。同时，限定基础部102与加强部103为一体式结构，能够减少筒节10的接缝105数量，简化工艺过程且降低成本。

当塔筒附件为门洞104时，一方面实现作为人员、物资通道的功能，另一方面，由于其是设置在筒节10的加强部103，即，门洞104的周围加厚的设计提高了门洞104处塔筒抗循环载荷作用的性能。与现有技术中其他门洞104加强结构比较，更具有焊缝少、制造工艺经济性、安全性好的优点。

而本发明实施例提供的塔筒段100，其多个筒节10中可以只其中一个筒节10为如图3、图4、图5或图7所示，上述各实施例提及的具有基础部102及加强部103等结构特征的新型的筒节10，该筒节10可以位于塔筒段100的轴向上的端部，当然也可以位于塔筒段100的轴向上靠近其端部的位置或者中部，具体可以根据要求设定，其余筒节10可以采用在各自周向上为等厚的筒体结构。

当然，在一些其他的示例中，塔筒段100的多个筒节10也可以两个以上或者所有的筒节10均如图3、图4、图5或图7所示，上述各实施例提及的具有基础部102及加强部103等结构特征的新型的筒节10，不同筒节10之间的加强部103的厚度可以相同，当然也可以不同，具体根据要求设置即可。

本发明实施例提供的塔筒段100，因其包括上述各实施例的筒节10，不仅能够满足塔筒附件的设置，同时能够满足塔筒段100在设置塔筒附件位置处的抗疲性能，使得塔筒段100的承载能力高，能够提高塔筒整体的使用寿命及使用安全。

请一并参阅图8及图9，图8示出了本发明实施例的筒节10的成型方法的流程示意图，图9示出了板体30的主视图。本发明实施例还提供一种筒节10的成型方法，包括以下步骤：

S100、提供板体30，板体30沿其自身长度方向M包括相继分布的基础板301以及加厚板302，加厚板302的厚度大于基础板301的厚度。

S200、沿长度方向M对板体30进行卷绕，并对板体30在长度方向M的两端进行连接，以形成筒节10。

如图9所示，在步骤S100中，所提供的板体30包括的基础板301的数量大于加厚板302的数量，板体30在长度方向M上的两端均为基础板301，在一些可选的示例中，所提供的板体30可以包括两个基础板301以及一个加厚板302，两个基础板301在板体30的长度方向M上分布在加厚板302的两侧。

请一并参阅图10，图10示出了对板体30进行卷绕时的结构示意图。在步骤S200中，可以使用三辊卷板机的下辊轮402和上辊轮401卷制板体30，可以先卷制左侧的基础板301，卷至基础板301与加厚板302的过渡处时调大三辊卷板机的下辊轮402和上辊轮401之间的距离，然后卷制加厚板302，待再次卷至加厚板302与另一基础板301之间的过渡处时，再次调节三辊卷板机的下辊轮402和上辊轮401之间的距离，使之变小，继续卷制另一个基础板301，使得板体30整体呈筒状，然后将板体30在自身长度方向M的两端先进行点焊，后进行熔透焊，形成筒节10。

由加厚板302卷制的部分形成了上述各实施例的筒节10的加强部103，由两个基础板301卷制形成的部分相互对接形成了上述各实施例的筒节10的基础部102。执行步骤S200后可以对形成的筒节10进行回圆校正，使得成型的筒节10更加规则。

可以理解的是，在步骤S100中，所提供的板体30所包括的基础板301的数量不限于大于加厚板302的数量，即，所提供板体30在自身长度方向M的两端连接的接缝105不限于在两个基础板301的对接处。在一些可选的示例中，基础板301的数量等于加厚板302的数量，板体30在长度方向M上的两端中的一者为基础板301且另一者为加厚板302，即，所提供板体30在自身长度方向M的两端连接的接缝105还可以在基础板301与加厚板302的对接处。并且，在对板体30的各基础板301以及加厚板302进行卷制时，不限于先卷制基础板301，在一些其他的示例中，也可以先卷制加厚板302。

进一步的，本发明实施例提供的筒节10的成型方法，还进一步包括在加厚板302上设置门洞104，并使得门洞104在板体30的厚度方向上贯穿加厚板302，所设置的门洞104可以为圆形、椭圆形、腰圆形或者多边形。

作为一种可选的实施方式，本发明实施例提供的筒节10的成型方法，进一步包括板体30成型步骤，该步骤包括根据设计需求动态的改变轧辊，首先轧制较薄部分，以形成其中一个基础板301。到达设定时间后，调节轧辊高度，使金属板成形变厚，维持一段时间，得到较厚部分，以形成加厚板302。再次向下调节轧辊高度，轧制出剩余较薄部分，以形成另一个基础板301。诸如此类，可根据不同的设计要求设定轧辊高度和轧制时间，从而得到不同规格的不等厚度钢板体30。

当成型塔筒段100时，若塔筒段100的各筒节10均为不等厚的板材制成时，可以重复上述筒节10的成型方法，制备多个筒节10，然后将多个筒节10相互层叠并连接，具体可以采用熔透焊的方式进行连接，在外侧的两个筒节10上设置端法兰20即可成型塔筒段100。若塔筒段100的其中一个或两个以上筒节10为等厚的形式时，可以采用等厚的板材卷绕形成即可。

综上，本发明实施例提供的筒节10的成型方法，操作步骤简单，易于上述各实施例的筒节10的成型。采用整张不等厚板体30相比于传统的均匀厚度补强板开口拼接的方案(例如两块不等厚钢板拼接的筒节10)，能够有效的避免了大面积的切除材料造成的浪费。

并且，所成型的筒节10只需焊接一道纵缝，减少了工艺过程、降低了工艺成本以及由焊缝引起的应力集中，减少了对无损探伤操作人员的身体危害，节省塔筒材料、减轻结构重量、降低塔筒成本，避免了在高应力区施焊，能够进一步提高具有门洞104等塔筒附件的筒节10的抗疲劳性能，进而提高其所应用的塔筒段100甚至塔筒的使用寿命，保证风力发电机组的发电效益。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种筒节(10)，用于塔筒段(100)，其特征在于，所述筒节(10)为具有中空腔(101)的筒状结构，所述筒节(10)包括沿其自身周向(X)相继分布的基础部(102)以及加强部(103)；

其中，所述基础部(102)与所述加强部(103)为一体式结构，在所述筒节(10)的径向(Y)上，所述加强部(103)的厚度大于所述基础部(102)的厚度。

2.根据权利要求1所述的筒节(10)，其特征在于，所述加强部(103)在面向所述中空腔(101)的一侧以及远离所述中空腔(101)的一侧均凸出于所述基础部(102)。

3.根据权利要求1所述的筒节(10)，其特征在于，在所述筒节(10)的轴向(Z)的横截面，所述加强部(103)的轮廓呈弧线；

所述弧线的两个端点与所述横截面中心点之间的连接线的夹角为20°～160°；和/或，所述弧线的长度为1m～10m。

4.根据权利要求1所述的筒节(10)，其特征在于，在所述筒节(10)的轴向(Z)上，所述加强部(103)的高度为3m～30m。

5.根据权利要求1所述的筒节(10)，其特征在于，所述加强部(103)的所述厚度为30mm～100mm，和/或，所述基础部(102)的所述厚度为10mm～50mm。

6.根据权利要求1至5任意一项所述的筒节(10)，其特征在于，所述筒节(10)进一步包括塔筒附件，所述塔筒附件设置于所述加强部(103)，所述塔筒附件包括门洞(104)或塔筒平台。

7.一种塔筒段(100)，其特征在于，包括两个以上层叠设置的筒节，在层叠方向上，位于最外侧的两个所述筒节远离彼此的端面上分别设置有端法兰(20)，其中，至少一个所述筒节为如权利要求1至6任意一项所述的筒节(10)。

8.一种筒节(10)的成型方法，其特征在于，包括以下步骤：

提供板体(30)，所述板体(30)沿其自身长度方向(M)包括相继分布的基础板(301)以及加厚板(302)，所述加厚板(302)的厚度大于所述基础板(301)的厚度；

沿所述长度方向(M)对所述板体(30)进行卷绕，并对所述板体(30)在所述长度方向(M)的两端进行连接，以形成筒节(10)。

9.根据权利要求8所述的筒节(10)的成型方法，其特征在于，所述提供板体(30)，所述板体(30)延其自身长度方向(M)包括相继分布的基础板(301)以及加厚板(302)，所述加厚板(302)的厚度大于所述基础板(301)的厚度的步骤中：

所述基础板(301)的数量大于所述加厚板(302)的数量，所述板体(30)在所述长度方向(M)上的两端均为所述基础板(301)；

或者，所述基础板(301)的数量等于所述加厚板(302)的数量，所述板体(30)在所述长度方向(M)上的两端中的一者为所述基础板(301)且另一者为所述加厚板(302)。

10.根据权利要求8或9所述的筒节(10)的成型方法，其特征在于，所述成型方法进一步包括在所述加厚板(302)上设置门洞(104)，并使得所述门洞(104)在所述板体(30)的厚度方向上贯穿所述加厚板(302)。