CN110671279B - 一种反向平衡法兰连接节点及其制作方法和应用 - Google Patents

一种反向平衡法兰连接节点及其制作方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种钢塔筒双环直承式反向平衡法兰连接节点，包括上法兰塔筒和下法兰塔筒，所述上法兰塔筒内壁焊接有上加劲板，下法兰塔筒内壁焊接有下加劲板，所述上加劲板内侧焊接有上平衡环，下加劲板内侧焊接有下平衡环，所述上加劲板上表面通过结构胶连接有上法兰板，下加劲板下表面通过结构胶连接有下法兰板，所述上法兰板和下法兰板上设有螺栓孔，高强螺栓通过螺栓孔贯穿上法兰板和下法兰板将上法兰塔筒和下法兰塔筒连接。与现有技术相比，本发明具有加工难度低、安装方便、抗疲劳性能优、环向刚度高等优点。

Description

一种反向平衡法兰连接节点及其制作方法和应用
技术领域
本发明属于结构工程中风力发电塔结构钢塔筒连接技术领域，尤其是涉及一种钢塔筒双环直承式反向平衡法兰连接节点。
背景技术
目前，风力发电机常采用大直径钢管塔架作为支承结构，大直径钢塔筒连接节点的性能对保障风力发电机正常运行至关重要。
传统锻造法兰的法兰板厚度较大，整个法兰板端面铣平，工作量大、不易加工、造价高，疲劳荷载作用下连接螺栓易松动；现有的反向平衡法兰(ZL200920291676.5，ZL201120088100.6及ZL201620467194.0)包括“反向”设置的法兰板和加劲板在塔筒内侧向心设置的“平衡面”，法兰用钢量省、刚度大，降低了加工难度和造价，增高的加劲板使螺栓增长有利于精确施加螺栓预拉力，并且提高了螺栓的防松性能。但现有的反向平衡法兰焊缝较多，包括法兰板与筒壁、加劲板与法兰板、加劲板与筒壁的多条焊缝，工厂焊接工作量大，法兰板与筒壁的焊缝被加劲板分隔，不能自动焊，手工焊接又困难，焊缝质量难以保证；法兰在运输至塔筒加工厂与塔筒焊接过程中由于抗弯刚度不足易发生不规则变形，导致塔筒圆度偏差较大，进而影响塔筒安装。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种加工难度低、安装方便、抗疲劳性能优、环向刚度高的反向平衡法兰连接节点，更具体为钢塔筒双环直承式反向平衡法兰连接节点。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种反向平衡法兰连接节点，包括上法兰塔筒和下法兰塔筒，所述上法兰塔筒内壁焊接有上加劲板，下法兰塔筒内壁焊接有下加劲板，所述上加劲板上表面通过结构胶连接有上法兰板，下加劲板下表面通过结构胶连接有下法兰板，所述上法兰板和下法兰板上设有螺栓孔，高强螺栓通过螺栓孔贯穿上法兰板和下法兰板将上法兰塔筒和下法兰塔筒连接。
本发明提出一种钢塔筒双环直承式反向平衡法兰连接节点，取消法兰板与筒壁、加劲板与法兰板之间的焊缝，法兰板与加劲板承压连接，进一步降低法兰的加工难度。
所述上加劲板内侧在远离所述上法兰塔筒的一侧焊接有上平衡环，下加劲板在远离所述下法兰塔筒的一侧焊接有下平衡环，上平衡环和下平衡环通过平衡接触面接触连接。
本发明取消了加劲板内侧平衡面，用平衡环代替，顶紧面增大，消除顶紧面错边的可能；同时，内加平衡环可增大法兰刚度，减少塔筒变形。
所述上法兰塔筒的下端面、上加劲板的上表面、上平衡环的下端面、下法兰塔筒的上端面、下加劲板的下表面和下平衡环的上端面均进行铣平。
所述上加劲板和下加劲板之间对接后形成加劲板间隙。
所述上法兰塔筒的下端面与下法兰塔筒的上端面对接后形成塔筒对接面，所述上加劲板的下表面和所述下加劲板的上表面的设置高度均高于所述塔筒对接面和平衡接触面的设置高度；所述下加劲板靠近所述下法兰塔筒的一侧设有引导斜面。
所述上平衡环和下平衡环为相同直径和厚度的竖直钢筒，上法兰塔筒和下法兰塔筒的锥度同塔筒筒体的锥度。
所述上法兰塔筒和下法兰塔筒分别与对应的塔筒筒体焊接成整体。
本发明还提供上述的反向平衡法兰连接节点的制作方法，包括以下步骤：
(a)分别制作或准备上法兰塔筒、下法兰塔筒、上加劲板、下加劲板、上平衡环、下平衡环、上法兰板、下法兰板、高强螺栓；
(b)上法兰塔筒内壁焊接上加劲板，下法兰塔筒内壁焊接下加劲板；
(c)上加劲板的内侧与上平衡环焊接，下加劲板内侧与下平衡环焊接；
(d)上法兰塔筒的下端面、上加劲板的上表面、上平衡环的下端面、下法兰塔筒的上端面、下加劲板的下表面和下平衡环的上端面均进行铣平；
(e)上加劲板上表面涂抹结构胶粘接上法兰板，下加劲板下表面涂抹结构胶粘接下法兰板；
(f)将上法兰塔筒与下法兰塔筒对接、上平衡环与下平衡环对接、上加劲板与下加劲板的位置对齐，高强螺栓通过螺栓孔贯穿上法兰板和下法兰板，拧紧部分高强螺栓，连接上法兰塔筒和下法兰塔筒；
(g)采用设有花篮螺栓的柔性拉杆调整所述上法兰塔筒和下法兰塔筒的圆度制作得到的反向平衡法兰连接节点。
本发明还提供上述的反向平衡法兰连接节点的应用，所述反向平衡法兰连接节点出厂时安装有部分高强螺栓和柔性拉杆；
该应用方法包括以下步骤：
(a)将上述钢塔筒双环直承式反向平衡法兰运输至塔筒加工厂；
(b)拆除反向平衡法兰连接节点的高强螺栓和柔性拉杆；
(c)上法兰塔筒、下法兰塔筒分别与对应的塔筒筒体焊接；
(d)通过设有花篮螺栓的柔性拉杆调整该反向平衡法兰连接节点的圆度；
(e)运输至钢塔筒的安装地点，拆除柔性拉杆，吊装；
(f)将上法兰塔筒与下法兰塔筒对齐、上平衡环与下平衡环对齐、上加劲板与下加劲板位置对齐，高强螺栓通过螺栓孔贯穿上法兰板和下法兰板，并施加预拉力。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明用铣平顶紧的方法省去了法兰板和加劲板之间的焊缝，用加强法兰板单向抗弯能力的方法省去了法兰板和塔筒之间的焊缝，仅加劲板与塔筒和平衡环之间采用全熔透对接焊，焊接工作量大大减少，且焊缝平直、规整，便于机械平焊，易于保证焊接质量，提高塔筒抗疲劳等级；
(2)本发明法兰板与加劲板之间的顶紧面可用结构胶相连，并用高强螺栓压紧以保证胶接紧密，胶接强度可以保证法兰在制作、运输、安装阶段的受力，塔筒吊装就位高强螺栓张拉完成后，靠预应力产生的摩擦力抗剪，靠磨平顶紧承压，胶缝不再起作用；
(3)本发明用内侧平衡环(环形钢板)代替加劲板平衡面，扩大了平衡面面积，避免了平衡面的塑性变形；内侧平衡环使上下法兰组合成为一个类箱形体，提高了法兰的环向刚度，在运输阶段再加柔性交叉斜撑加强，在塔筒加工厂焊接时柔性交叉斜撑去除后仍有较好的刚度，且不影响焊接过程。
附图说明
图1为本发明安装于风机塔筒结构上的结构示意图；
图2为图1的A-A剖面的局部结构示意图；
图3为图2B-B剖面的第一种结构示意图；
图4为图2B-B剖面的第二种结构示意图；
图中，1为上法兰塔筒；2为下法兰塔筒；3为上加劲板；4为下加劲板；5为上平衡环；6为下平衡环；7为上法兰板；8为下法兰板；9为螺栓孔；10为高强螺栓；11为引导斜面；12为塔筒对接面；13为平衡接触面；14为加劲板间隙；15为塔筒筒体。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
一种钢塔筒双环直承式反向平衡法兰连接节点，如图1所示，包括上法兰塔筒1和下法兰塔筒2，上法兰塔筒1和下法兰塔筒2之间的接触面为塔筒对接面12，上法兰塔筒1和下法兰塔筒2分别与对应的塔筒筒体15焊接成整体，并且上法兰塔筒1和下法兰塔筒2的锥度同塔筒筒体15的锥度。如图2所示，上法兰塔筒1内壁焊接有上加劲板3，下法兰塔筒2内壁焊接有下加劲板4，上加劲板3上表面通过结构胶连接有上法兰板7，下加劲板4下表面通过结构胶连接有下法兰板8，上法兰板7和下法兰板8上设有螺栓孔9，高强螺栓10通过螺栓孔9贯穿上法兰板7和下法兰板8将上法兰塔筒1和下法兰塔筒2连接。
如图3所示，上加劲板3内侧在远离上法兰塔筒1的一侧焊接有上平衡环5，下加劲板4在远离下法兰塔筒2的一侧焊接有下平衡环6，上平衡环5和下平衡环6通过平衡接触面13接触连接，上平衡环5和下平衡环6为相同直径和厚度的竖直钢筒。上法兰塔筒1的下端面、上加劲板3的上表面、上平衡环5的下端面、下法兰塔筒2的上端面、下加劲板4的下表面和下平衡环6的上端面均进行铣平。上加劲板3和下加劲板4之间对接后形成加劲板间隙14。上法兰塔筒1的下端面与下法兰塔筒2的上端面对接后形成塔筒对接面12，上加劲板3的下表面和下加劲板4的上表面的设置高度均高于塔筒对接面12和平衡接触面13的设置高度；下加劲板4靠近下法兰塔筒2的一侧设有引导斜面11。
本实施例的一钢塔筒双环直承式反向平衡法兰连接节点的制作方法为：
a、根据设计要求分别制作上法兰塔筒1、下法兰塔筒2、上加劲板3、下加劲板4、上平衡环5、下平衡环6、上法兰板7、下法兰板8、高强螺栓10；
b、上法兰塔筒1内壁焊接上加劲板3，下法兰塔筒2内壁焊接下加劲板4；
c、上加劲板3内侧与上平衡环5焊接，下加劲板4内侧与下平衡环6焊接；
d、上法兰塔筒1的下端面、上加劲板3的上表面、上平衡环5的下端面、下法兰塔筒2的上端面、下加劲板4的下表面和下平衡环6的上端面均进行铣平；
e、上加劲板3上表面涂抹结构胶粘接上法兰板7，下加劲板4下表面涂抹结构胶粘接下法兰板8；
f、将上法兰塔筒1与下法兰塔筒2对接、上平衡环5与下平衡环6对接、上加劲板3与下加劲板4位置对齐，高强螺栓10通过螺栓孔9贯穿上法兰板7和下法兰板8，拧紧部分高强螺栓10，将上法兰塔筒1和下法兰塔筒2连接；
g、安装3根对拉柔性拉杆，拉杆上设有花篮螺栓，调整法兰圆度。
进一步将上述钢塔筒双环直承式反向平衡法兰连接节点应用于钢塔筒的加工中，反向平衡法兰连接节点出厂时安装有部分高强螺栓10和柔性拉杆；
该应用方法包括以下步骤：
a、将上述钢塔筒双环直承式反向平衡法兰运输至塔筒加工厂；
b、拆除高强螺栓10和柔性拉杆；
c、将上法兰塔筒1、下法兰塔筒2分别与对应塔筒筒体15焊接；
d、再次安装3根对拉柔性拉杆，调整法兰圆度；
e、运输至风场，拆除柔性拉杆，吊装；
f、将上法兰塔筒1与下法兰塔筒2对接、上平衡环5与下平衡环6对接、上加劲板3与下加劲板4位置对齐，所有的高强螺栓10通过螺栓孔9贯穿上法兰板7和下法兰板8，并施加预拉力。
实施例2
一种钢塔筒双环直承式反向平衡法兰连接节点，如图1所示，包括上法兰塔筒1和下法兰塔筒2，上法兰塔筒1和下法兰塔筒2之间的接触面为塔筒对接面12，上法兰塔筒1和下法兰塔筒2分别与对应的塔筒筒体15焊接成整体，并且上法兰塔筒1和下法兰塔筒2的锥度同塔筒筒体15的锥度。如图2所示，上法兰塔筒1内壁焊接有上加劲板3，下法兰塔筒2内壁焊接有下加劲板4，上加劲板3上表面通过结构胶连接有上法兰板7，下加劲板4下表面通过结构胶连接有下法兰板8，上法兰板7和下法兰板8上设有螺栓孔9，高强螺栓10通过螺栓孔9贯穿上法兰板7和下法兰板8将上法兰塔筒1和下法兰塔筒2连接。
如图4所示，上加劲板3内侧在远离上法兰塔筒1的一侧焊接有上平衡环5，下加劲板4在远离下法兰塔筒2的一侧焊接有下平衡环6，上平衡环5和下平衡环6通过平衡接触面13接触连接，上平衡环5和下平衡环6为相同直径和厚度的竖直钢筒。上法兰塔筒1的下端面、上加劲板3的上表面、上平衡环5的下端面、下法兰塔筒2的上端面、下加劲板4的下表面和下平衡环6的上端面均进行铣平。上加劲板3和下加劲板4之间对接后形成加劲板间隙14。上法兰塔筒1的下端面与下法兰塔筒2的上端面对接后形成塔筒对接面12，上加劲板3的下表面和下加劲板4的上表面的设置高度均低于塔筒对接面12和平衡接触面13的设置高度；上加劲板3靠近下法兰塔筒2的一侧设有引导斜面11。
该钢塔筒双环直承式反向平衡法兰连接节点的制作方法与实施例1相同。
本发明提出一种钢塔筒双环直承式反向平衡法兰连接节点，取消法兰板与筒壁、加劲板与法兰板之间的焊缝，法兰板与加劲板承压连接，进一步降低法兰的加工难度；取消加劲板内侧平衡面，用平衡环代替，顶紧面增大，消除顶紧面错边的可能；同时，内加平衡环可增大法兰刚度，减少塔筒变形。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (6)

1.一种反向平衡法兰连接节点，包括上法兰塔筒（1）和下法兰塔筒（2），所述上法兰塔筒（1）内壁焊接有上加劲板（3），下法兰塔筒（2）内壁焊接有下加劲板（4），其特征在于，
所述上加劲板（3）上表面通过结构胶连接有上法兰板（7），下加劲板（4）下表面通过结构胶连接有下法兰板（8），所述上法兰板（7）和下法兰板（8）上设有螺栓孔（9），高强螺栓（10）通过螺栓孔（9）贯穿上法兰板（7）和下法兰板（8）将上法兰塔筒（1）和下法兰塔筒（2）连接，省去了法兰板（7）和加劲板（4）之间的焊缝以及法兰板（7）和塔筒之间的焊缝；
所述上加劲板（3）内侧在远离所述上法兰塔筒（1）的一侧焊接有上平衡环（5），下加劲板（4）在远离所述下法兰塔筒（2）的一侧焊接有下平衡环（6），上平衡环（5）和下平衡环（6）通过平衡接触面（13）接触连接；
所述上法兰塔筒（1）的下端面、上加劲板（3）的上表面、上平衡环（5）的下端面、下法兰塔筒（2）的上端面、下加劲板（4）的下表面和下平衡环（6）的上端面均进行铣平；
所述上加劲板（3）和下加劲板（4）之间对接后形成加劲板间隙（14）。
2.根据权利要求1所述的一种反向平衡法兰连接节点，其特征在于，所述上法兰塔筒（1）的下端面与下法兰塔筒（2）的上端面对接后形成塔筒对接面（12），所述上加劲板（3）的下表面和所述下加劲板（4）的上表面的设置高度均高于所述塔筒对接面（12）和平衡接触面（13）的设置高度；所述下加劲板（4）靠近所述下法兰塔筒（2）的一侧设有引导斜面（11）。
3.根据权利要求1所述的一种反向平衡法兰连接节点，其特征在于，所述上平衡环（5）和下平衡环（6）为相同直径和厚度的竖直钢筒，上法兰塔筒（1）和下法兰塔筒（2）的锥度同塔筒筒体（15）的锥度。
4.根据权利要求1所述的一种反向平衡法兰连接节点，其特征在于，所述上法兰塔筒（1）和下法兰塔筒（2）分别与对应的塔筒筒体（15）焊接成整体。
5.一种如权利要求1所述的反向平衡法兰连接节点的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
（a）分别制作或准备上法兰塔筒（1）、下法兰塔筒（2）、上加劲板（3）、下加劲板（4）、上平衡环（5）、下平衡环（6）、上法兰板（7）、下法兰板（8）、高强螺栓（10）；
（b）上法兰塔筒（1）内壁焊接上加劲板（3），下法兰塔筒（2）内壁焊接下加劲板（4）
（c）上加劲板（3）的内侧与上平衡环（5）焊接，下加劲板（4）内侧与下平衡环（6）焊接；
（d）上法兰塔筒（1）的下端面、上加劲板（3）的上表面、上平衡环（5）的下端面、下法兰塔筒（2）的上端面、下加劲板（4）的下表面和下平衡环（6）的上端面均进行铣平；
（e）上加劲板（3）上表面涂抹结构胶粘接上法兰板（7），下加劲板（4）下表面涂抹结构胶粘接下法兰板（8）；
（f）将上法兰塔筒（1）与下法兰塔筒（2）对接、上平衡环（5）与下平衡环（6）对接、上加劲板（3）与下加劲板（4）的位置对齐，高强螺栓（10）通过螺栓孔（9）贯穿上法兰板（7）和下法兰板（8），拧紧部分高强螺栓（10），连接上法兰塔筒（1）和下法兰塔筒（2）；
（g）采用设有花篮螺栓的柔性拉杆调整所述上法兰塔筒（1）和下法兰塔筒（2）的圆度制作得到的反向平衡法兰连接节点。
6.一种如权利要求1所述的反向平衡法兰连接节点的应用，其特征在于，所述反向平衡法兰连接节点出厂时安装有部分高强螺栓（10）和柔性拉杆；
该应用方法包括以下步骤：
（a）将上述反向平衡法兰连接节点运输至塔筒加工厂；
（b）拆除高强螺栓（10）和柔性拉杆；
（c）上法兰塔筒（1）、下法兰塔筒（2）分别与对应的塔筒筒体（15）焊接；
（d）通过设有花篮螺栓的柔性拉杆调整该反向平衡法兰连接节点的圆度；
（e）运输至钢塔筒的安装地点，拆除柔性拉杆，吊装；
（f）将上法兰塔筒（1）与下法兰塔筒（2）对齐、上平衡环（5）与下平衡环（6）对齐、上加劲板（3）与下加劲板（4）位置对齐，所有高强螺栓（10）通过螺栓孔（9）贯穿上法兰板（7）和下法兰板（8），并施加预拉力。
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