CN109869280A - 风机塔筒用连杆法兰和风机塔筒 - Google Patents

Abstract

本发明涉及风力发电机领域，具体而言，涉及一种风机塔筒用连杆法兰和风机塔筒。风机塔筒用连杆法兰包括上法兰圈、下法兰圈、连接杆和固定装置；连接杆的一端转动设置在上法兰圈上，连接杆的另一端通过固定装置设置在下法兰圈上。风机塔筒包括筒体和上述的连杆法兰；连杆法兰设置在筒体的外壁上。本发明通过在在法兰上设置连接杆，连接杆具有一定的长度，与桁架或拉索固定后，有效增大了底部结构的直径，增加了整体结构的静强度；通过在筒体上设置加强筋，提高风机塔筒的静刚度，有利于抑制变形，有效提高风机塔筒屈曲临界载荷因子，提高低阶整体模态频率，有利于塔筒刚性模态设计，还可以大幅改变涡节能量，有利于防涡激振动设计。

Description

风机塔筒用连杆法兰和风机塔筒

技术领域

本发明涉及风力发电机领域，具体而言，涉及一种风机塔筒用连杆法兰和风机塔筒。

背景技术

塔筒作为支撑结构，是风力发电系统的主要组成部分。在风荷载作用下，塔筒自身的受力和动力学响应对整个发电机结构的影响很大；并且与风轮的转动相互作用，整个结构系统的受力非常复杂，且塔筒与风轮发生耦合作用，所以对塔筒进行结构分析很有必要。

塔筒结构固定于地面，其力学模型相当于悬臂梁，在横向荷载作用下，上部截面较小，下部截面较大，风轮作为大型结构位于塔架顶端。

目前主流塔筒主要有全钢柔性塔筒、砼钢混合塔筒以及全混凝土三种技术路线，100米以上塔筒更多采用全钢柔性和砼钢混合塔筒。塔筒的形式有如下几种：钢质塔筒、混凝土塔筒、桁架式塔架、新型片状塔筒。

钢质塔筒是目前主流的塔架结构形式，一般采用从下到上直径线性减小的圆筒形，底部直径可以达到4.2m，壁厚30mm，项部直径2.37m，壁厚30mm。由于塔架高度很大，通常分段制造(钢管壁厚也可以分段改变)，现场吊装，通过法兰连接。圆筒式塔架便于工厂加工，现场装配速度快，机械化程度高。缺点：钢筒直径收到运输的限制，底部直径设计已到极限。

混凝土塔筒自重大，可以采用预制和现浇两种方式生产施工。由于重量大，预制筒体可以分段预制，以减轻重量，但同样由于风力发电机组单机容量的增长，预制构件的尺寸重量也不断增长，导致运输和吊装的困难，而现浇混凝土塔架则不存在这个问题。除此，也有下部为混凝土筒，上部为钢筒混合式塔架，可以解决塔架底部太大，难以运输的问题。缺点：混凝土需要建设搅拌站，且需要预应力处理。

钢桁架式塔架接近于输电线塔，相比于钢筒式塔架，桁架式塔架用料省，构件运输方便。缺点：现场人工费用高，安装大量使用螺栓，螺孔之间不易对齐问题。

新型分片式塔筒将纵向分为多瓣，运输便利，到现场后再通过纵向法兰组装在一起。缺点：设计复杂，需要采用大量螺栓连接。

发明内容

本发明的目的在于提供一种风机塔筒用连杆法兰，其能够降低在安装时的螺栓使用数量，同时使螺孔能够精准对齐，易于安装。

本发明的另一目的在于提供一种风机塔筒，其能够通过加强筋的设置，提高塔筒静刚度、屈曲和模态等关键指标，改善涡激振动，通过连杆法兰增加风机塔筒的连接强度，进而增加底部直径，且便于运输。

本发明的实施例是这样实现的：

一种风机塔筒用连杆法兰，其包括上法兰圈、下法兰圈、连接杆和固定装置；

所述连接杆的一端转动设置在上法兰圈上，所述连接杆的另一端通过所述固定装置设置在所述下法兰圈上。

通过将上法兰圈设置在风机塔筒上，将下法兰圈设置在桁架上，再通过连接杆将上法兰圈和下法兰圈连接在一起，进而增加了风机塔筒上筒体与桁架的连接强度，也便于将筒体在桁架上的安装，减少了安装时螺栓的使用数量，保证螺栓的精准对齐。

在本发明较佳的实施例中，所述上法兰圈上设置有转动基座，所述转动基座上设置有第一转动孔，所述连接杆的一端设置有连接叉，所述连接叉上设置有第二转动孔，转动销的一端穿过所述第一转动孔和所述第二转动孔，用于使所述连接杆转动设置在所述上法兰圈上。

在本发明较佳的实施例中，所述转动销的一端设置有阻挡槽，所述阻挡槽内设置有卡簧，用于防止所述转动销从所述第二转动孔中脱离；

所述转动销的另一端设置有阻挡部，用于防止所述转动销完全穿过所述第二转动孔。

在本发明较佳的实施例中，所述连接杆的一端与所述连接叉螺纹连接。

在本发明较佳的实施例中，所述固定装置包括设置在所述下法兰圈上的支撑基座，所述支撑基座上设置有与所述连接杆连接的连接孔。

在本发明较佳的实施例中，所述连接孔为螺纹孔。

在本发明较佳的实施例中，所述连接杆为对拉螺杆。

在本发明较佳的实施例中，上述的连杆法兰还包括定位装置，所述定位装置用于对所述连接杆的位置进行定位。

一种风机塔筒，其包括筒体和上述任一项所述的连杆法兰；

所述连杆法兰设置在所述筒体的外壁上。

通过连杆法兰将筒体与桁架连接，有效的增大了底部结构的直径，增加了整体结构的静强度。

在本发明较佳的实施例中，所述筒体上设置有加强筋，所述加强筋与所述筒体一体设置。

本发明实施例的有益效果是：通过在在法兰上设置连接杆，连接杆在法兰锻造后固定连接在一起，连接杆具有一定的长度，与桁架或拉索固定后，有效增大了底部结构的直径，增加了整体结构的静强度；通过热轧成型的方式在筒体上设置加强筋，能够有效提高风机塔筒的静刚度，有利于抑制变形，能够有效提高风机塔筒屈曲临界载荷因子，能够显著提高低阶整体模态频率，有利于塔筒刚性模态设计，还可以大幅改变涡节能量，有利于防涡激振动设计，通过连杆法兰增加了风机塔筒的连接强度，进而增加了底部直径，且便于运输和安装。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的风机塔筒用连杆法兰的使用状态参考图；

图2为本发明实施例提供的风机塔筒用连杆法兰的上法兰圈的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的风机塔筒用连杆法兰的下法兰圈和固定装置的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的风机塔筒的筒体的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的风机塔筒结构示意图。

图中：1－上法兰圈；2－连接杆；3－筒体；4－下法兰圈；5－固定装置；6－转动基座；7－第二转动孔；8－连接叉；9－底座；10－连接框；11－连接孔；12－连接销；13－加强筋；14－连杆法兰；15－桁架。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“水平”、“竖直”、等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

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“设置”、“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；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本实施例提供了一种风机塔筒用连杆法兰，如图1－图3所示，其包括上法兰圈1、下法兰圈4、连接杆2和固定装置5；连接杆2的一端转动设置在上法兰圈1上，连接杆2的另一端通过固定装置5设置在下法兰圈4上。

通过将上法兰圈1设置在风机塔筒上，将下法兰圈4设置在桁架15上，再通过连接杆2将上法兰圈1和下法兰圈4连接在一起，进而增加了风机塔筒上的筒体3与桁架15之间的连接强度，也便于将筒体3在桁架15上的安装，减少了安装时螺栓的使用数量，保证螺栓的精准对齐。

在本实施例中，连接杆2的两端分别与上法兰圈1和下法兰圈4连接，将上法兰圈1和下法兰圈4连接在一起形成一个整体，且由于连接杆2的设置，使得在法兰螺栓进行对准时，较为方便。

具体的，在本实施例中，连接杆2为多根，且多根连接杆2以风机塔筒的中心轴为轴线均匀设置，进而能够有效的保证连接杆2对风机塔筒施加的力的平衡性。

需要指出的是，在本实施例中，连接杆2为杆状结构，但其不仅仅局限于杆状，其还可以是绳索等软结构，也就是说，其只要能够实现将上法兰圈1和下法兰圈4连接在一起形成一个整体即可。

在本发明较佳的实施例中，上法兰圈1上设置有转动基座6，转动基座6上设置有第一转动孔，连接杆2的一端设置有连接叉8，连接叉8上设置有第二转动孔7，转动销的一端穿过第一转动孔和第二转动孔7，用于使连接杆2转动设置在上法兰圈1上。

在本实施例中，风机塔筒竖直设置，上法兰圈1水平设置，进而转动基座6也为水平设置，其上水平设置第一转动孔，连接杆2通过转动销和第一转动孔，实现在转动基座6上的上下转动。

具体的，在本实施例中，在连接杆2的上端设置有连接叉8，连接叉8为U型，U型的两端水平设置有第二转动孔7，将第二转动孔7和第一转动孔同轴设置后，转动销穿过一个第二转动孔7后，进而第一转动孔，再穿过第一转动孔后，进入另一侧的第二转动孔7后，从第二转动孔7伸出，将连接叉8和转动基座6转动连接在一起。

连接叉8的U型结构设置，使得在转动基座6的两侧均有第二转动孔7，通过转动销将转动基座6和连接叉8进行转动连接时，能够保证转动基座6与连接叉8之间的受力均衡性，进而保证转动基座6和连接叉8的使用寿命。

在本实施例中，转动基座6的数量和连接杆2的数量一一对应。

转动销将转动基座6和连接叉8进行转动连接后，为了避免转动销从第一转动孔和第二转动孔7中脱离，在本发明较佳的实施例中，转动销的一端设置有阻挡槽，阻挡槽内设置有卡簧，用于防止转动销从第二转动孔7中脱离；转动销的另一端设置有阻挡部，用于防止转动销完全穿过第二转动孔7。

也就是说，转动销依次插入到第二转动孔7、第一转动孔和第二转动孔7之后，会由于阻挡部的原因，不能继续轴向移动，进而能够避免转动销完全穿过转动基座6和连接叉8，使连接叉8和转动基座6分离。

同时，当转动销将连接叉8和转动基座6转动连接在一起后，在于阻挡部相对的另一端的卡槽上设置卡簧，实现对转动销的定位，使得插入到第二转动孔7后的转动销不能抽回，进而保证连接叉8与转动基座6的连接稳定性。

需要指出的是，在本实施例中，转动销通过卡簧进行定位，但其不仅仅局限于这一种定位方式，其还可以是其他的定位方式，如还可以是销轴定位，也可以是顶针螺栓等方式进行定位，也就是说，只要能够避免转动销从第二转动孔7和第一转动孔中抽出，保证连接叉8与转动基座6之间的连接稳定性即可。

在本发明较佳的实施例中，所述连接杆2的一端与所述连接叉8螺纹连接。

在本实施例中，连接杆2与连接叉8之间进行螺纹连接，使得连接杆2能够与连接叉8分离，进而在连接叉8或连接杆2损坏后，能够进行更换维护，降低了维护难度，提高了资源利用率。

需要指出的是，在本实施例中，连接杆2与连接叉8之间的连接方式可以是螺纹连接，但其不仅仅局限于螺纹连接，其还可以是其他的连接方式，如还可以是销轴连接等，也就是说，只要是将连接杆2和连接叉8之间进行可拆卸连接即可。

还需要指出的是，连接杆2和连接叉8之间可以是可拆卸连接，其也可以是不可拆卸连接，如焊接、一体连接、铆接等，也就是说，只要能够将连接叉8固定设置在连接杆2上，进而是连接杆2通过连接叉8实现与转动基座6之间的转动连接即可。

在本发明较佳的实施例中，所述固定装置5包括设置在所述下法兰圈4上的支撑基座，所述支撑基座上设置有与所述连接杆2连接的连接孔11。

在本实施例中，下法兰圈4上设置有多个支撑基座，且支撑基座的位置与上法兰圈1上的转动基座6的位置一一对应，在支撑基座上设置有连接孔11，通过连接孔11实现支撑基座与连接杆2之间的连接。

具体的，在本实施例中，支撑基座包括底座9和连接框10，连接框10与底座9通过连接销12转动连接，连接孔11设置在连接框10的上方，连接杆2能够插入到连接孔11内，实现与连接框10的连接。

具体的，在本发明较佳的实施例中，连接孔11为螺纹孔。

连接杆2与连接框10进行螺纹连接，此时，连接杆2上端和下端均具有螺纹，且两端的螺纹旋向相反，形成对拉螺杆，使得连接杆2在转动时，能够使上法兰圈1和下法兰圈4之间的间距靠近或减小，进而实现上法兰圈1和下法兰圈4之间的连接。

在本发明较佳的实施例中，上述的连杆法兰14还包括定位装置，所述定位装置用于对所述连接杆2的位置进行定位。

具体的，在本实施例中，定位装置包括设置在连接杆2上的多个定位孔，以及穿过定位孔后的定位销。多个定位孔均穿过连接杆2的轴线，且多个定位孔的轴线不在同一平面上，使得连接杆2转动到任意方向上后，均能够通过定位杆对连接杆2进行定位。

具体的，在进行定位时，定位杆插入到其中一个定位孔内，使得定位杆的一端与风机塔筒的筒体3外壁相抵，进而避免连接杆2产生转动，形成对连接杆2的定位。

需要指出的是，在本实施例中，定位装置的结构是销孔结构，但其不仅仅局限于这一种结构，其还可以是其他的结构，其只要能够实现对连接杆2的转动角度进行定位即可。

一种风机塔筒，如图4和图5所示，其包括筒体3和上述任一项的连杆法兰14；连杆法兰14设置在筒体3的外壁上。

通过连杆法兰14将筒体3与桁架15连接，有效的增大了底部结构的直径，增加了整体结构的静强度。

在本发明较佳的实施例中，筒体3上设置有加强筋13，加强筋13与筒体3一体设置。

设计一种带有加强筋13的钢板用来卷制风机塔筒，一般钢板上的加强筋13都是通过焊接的方式制作的，本发明使用热轧的方式直接在钢板上成型加强筋13，通过调整筋间距、筋高、基板厚度、筋宽、筋斜角以及过渡圆角等参数确定合适的塔筒用加筋板。加筋板通过卷板焊接的工艺制作成加筋钢筒。

在本实施例中，在筒体3上设置加强筋13后，具有以下效果：

1.加强筋13与桁架15混合的风机塔筒静刚度可以提高50％，有利于抑制变形。

2.加强筋13与桁架15混合的风机塔筒屈曲临界载荷因子提高30％。

3.加强筋13与桁架15混合的风机塔筒能够显著提高低阶整体模态频率，一阶提高26％，二阶提高18％，有利于塔筒刚性模态设计。

4.具有加强筋13的风机塔筒可以大幅改变涡节能量，减小30％以上，有利于防涡激振动设计。

综上所述，具有加强筋13的桁架15结构可以在静刚度、屈曲和模态等关键指标大幅提高性能，改善涡激振动。

本发明实施例的有益效果是：

通过在在法兰上设置连接杆2，连接杆2在法兰锻造后固定连接在一起，连接杆2具有一定的长度，与桁架15或拉索固定后，有效增大了底部结构的直径，增加了整体结构的静强度；通过热轧成型的方式在筒体3上设置加强筋13，能够有效提高风机塔筒的静刚度，有利于抑制变形，能够有效提高风机塔筒屈曲临界载荷因子，能够显著提高低阶整体模态频率，有利于塔筒刚性模态设计，还可以大幅改变涡节能量，有利于防涡激振动设计，通过连杆法兰14增加了风机塔筒的连接强度，进而增加了底部直径，且便于运输和安装。

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，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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)

1.一种风机塔筒用连杆法兰，其特征在于，包括上法兰圈、下法兰圈、连接杆和固定装置；

所述连接杆的一端转动设置在上法兰圈上，所述连接杆的另一端通过所述固定装置设置在所述下法兰圈上。

2.根据权利要求1所述的风机塔筒用连杆法兰，其特征在于，所述上法兰圈上设置有转动基座，所述转动基座上设置有第一转动孔，所述连接杆的一端设置有连接叉，所述连接叉上设置有第二转动孔，转动销的一端穿过所述第一转动孔和所述第二转动孔，用于使所述连接杆转动设置在所述上法兰圈上。

3.根据权利要求2所述的风机塔筒用连杆法兰，其特征在于，所述转动销的一端设置有阻挡槽，所述阻挡槽内设置有卡簧，用于防止所述转动销从所述第二转动孔中脱离；

所述转动销的另一端设置有阻挡部，用于防止所述转动销完全穿过所述第二转动孔。

4.根据权利要求1所述的风机塔筒用连杆法兰，其特征在于，所述连接杆的一端与所述连接叉螺纹连接。

5.根据权利要求1所述的风机塔筒用连杆法兰，其特征在于，所述固定装置包括设置在所述下法兰圈上的支撑基座，所述支撑基座上设置有与所述连接杆连接的连接孔。

6.根据权利要求5所述的风机塔筒用连杆法兰，其特征在于，所述连接孔为螺纹孔。

7.根据权利要求6所述的风机塔筒用连杆法兰，其特征在于，所述连接杆为对拉螺杆。

8.根据权利要求1所述的风机塔筒用连杆法兰，其特征在于，还包括定位装置，所述定位装置用于对所述连接杆的位置进行定位。

9.一种风机塔筒，其特征在于，包括筒体和权利要求1－8任一项所述的风机塔筒用连杆法兰；

所述连杆法兰设置在所述筒体的外壁上。

10.根据权利要求9所述的风机塔筒，其特征在于，所述筒体上设置有加强筋，所述加强筋与所述筒体一体设置。