CN1249317C - 用于管形构件的法兰连接、包括该法兰连接的塔段和风塔 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于安装在一个管形构件的一端上的环形连接法兰。本发明要解决的技术问题是，提供一种在使用过程中因承受应力而引起的损害较小的环形法兰。所述环形连接法兰具有一个用于装配在一管形构件的一端上的管形段和一个连接在所述管形段的一端上的法兰凸缘，该法兰凸缘具有一个沿轴向远离所述管形段的法兰面，所述管形构件尤其是用于构造风能设备的风塔的塔段，其特征在于，所述管形段(4)的外壁(15)呈圆锥形，尤其用于装配在一个同样是圆锥形的构件(8)上。

Description

用于管形构件的法兰连接、包括该法兰连接的塔段和风塔
技术领域
本发明涉及一环形的法兰连接，其具有一个用于安装在一构造风轮机的风塔的管形塔段的一端面末端上的管形段和一个沿径向连接在该管形段一端上的法兰凸缘，该法兰凸缘具有一个沿轴向远离所述塔段的法兰面。
背景技术
用于连接多个管形构件的环形连接法兰在迪特·雷蒙的论文“按照DIN4133计算具有不同接触面/环形凸缘形状的L形法兰”(“Berechnung vonL-Flanschen mit unterschiedlichen Kontaktflaechen/Ringflanschformen nachDIN 4133”)Ernst&Sohn Stahlbau 69(2000)第9期，第682至687页中已公开，并且也广为人知。例如，已知在所述管道结构中沿径向在所述管形构件上连接有法兰凸缘，这些法兰凸缘在所述管形构件的端部通常沿径向向外定向设置。通常，这些法兰凸缘具有一个沿轴向远离自身的管体的平法兰面，并且具有多个沿其圆周分布的通孔。所述管形构件例如可以作为管道的多个管段相互安置并借助于适当的密封垫相互用螺栓固定组成一个管道。
因为这些环形法兰凸缘是从自身的管形构件体的侧面凸伸出来的，因此，所述法兰凸缘与管形构件一体式制成，这在任何情况下在制造技术上都是不利的(至少这些构件在不能采用铸造技术来制造时是这样的)：例如，由金属板或金属片通过焊接技术制成的管形构件作为半成品在任何情况下几乎都不可能通过适当地折弯形成法兰凸缘来进行预加工成形。因此，通常的情况是，首先制造不带法兰凸缘的管形构件，然后通过适当的结合技术将法兰凸缘结合在所述自身的构件上，采用金属管时例如通过焊接进行结合，采用塑料管时例如通过粘接或层压技术(Laminieren)进行结合。
为了改善所述环形法兰的可能是高应力区中的力的传递，公知的在结构上有利的环形法兰元件的构成方式是：使法兰元件具有一个用于装配在圆柱管形构件的一个端部上的短圆柱管形段，该管段的一端例如焊接在所述圆柱管形构件上，而其另一端延伸成沿径向连接的法兰凸缘，该法兰凸缘具有一个沿轴向远离所述管段的法兰面。
例如在构造用于风能设备的风塔时，为了建得较高，将多个管形塔段相互叠装在建造地点上。业已证明，在所属技术领域内出于静力学的考虑，可使所述风塔从靠近地面的区域向上呈圆锥形地缩小成一吊舱(Gondel)。迄今为止，在采用所述连接法兰连接所述塔段时常常出现断裂和其它疲劳现象。
发明内容
与此相应，本发明所要解决的技术问题是：提供一种环形法兰，这种法兰基于符合规定地承受载荷而更少受损害。
按照本发明，上述技术问题可通过这样一种环形的法兰连接解决，其具有一个用于安装在一构造风轮机的风塔的管形塔段的一端面末端上的管形段和一个沿径向连接在该管形段一端上的法兰凸缘，该法兰凸缘具有一个沿轴向远离所述塔段的法兰面，其中，所述管形段的外壁呈圆锥形用于圆锥形配对装配在另一个的塔段上，并且其中，所述管形段和所述径向的法兰凸缘由一个坯件车削而被加工成无缝的一体部件。
正是在将连接法兰应用在风能设备的风塔上时，对这种连接法兰的结构设计时要充分利用各种可能性来优化在风塔的各塔段之间的法兰连接段上的力的传递力线(Kraftfluss)。而在现有技术中，公知的环形法兰元件是以其沿圆柱轴线方向直线定向的圆柱管形固定段安装在圆锥形的管形风塔构件上，在所述法兰连接段中传递力线的方向甚至可能出现多次变化，此外，在美感上也存在不足。
按照本发明，一种相应的环形法兰具有一用于将该法兰安装在管形构件的一端上的管形段。该管形段的一端沿径向优选向内连接有一法兰凸缘，而且该法兰凸缘具有一个沿轴向远离所述管段的、优选为平面的法兰连接面。所述管形段的外壁呈圆锥形，并且可以安装在一个圆锥形的管形构件上以形成一个连续的共同的外形轮廓。由于避免了力线的偏转，这种结构将显著地改善从所述圆锥形的管形构件到法兰的力线，因为所述力线的偏转往往能引起应力集中，而且可能使构件承受过载。
所述法兰凸缘优选沿径向向内连接在所述管形段上，以便于例如在装入所述按照本发明的法兰来连接风能设备的塔段时安装所述法兰凸缘和例如法兰连接螺栓之类的其它连接件，所述连接件优选借助于在所述法兰凸缘的周围轴向设置的多个孔而形成结合力并构成最后的形状，以便装入风塔的内部空间，并因此保护这些法兰凸缘和连接元件免受天气变化的影响。
优选本发明的连接法兰的管形段和径向法兰凸缘一体构成。也就是说，本发明的连接法兰优选由金属半成品通过车削一体构成，或者由纤维连接材料卷绕成一个构件，例如卷绕成一预浸树脂的构件(Prepreg)。当然，由铸造构成的一体构件也属于本发明的范畴。
为了能用本发明的法兰连接两个管形构件而得到具有本发明的有利的连续的外形轮廓，优选调整两个本发明的法兰的相互连接关系，使得当通过相互重叠的法兰面将这两个法兰相互连接起来时，也就是说，例如当通过它们的法兰凸缘中的优选成对设置的、彼此对中的通孔用螺栓将它们固定时，使这两个法兰的管形段的(圆锥形)外壁彼此连续地过渡衔接。
为了通过优选为平面的法兰面以及装在优选为通孔中的连接螺栓进一步优化力线，优选用一位于所述法兰面中的凹槽包围所述通孔。由于延伸长度较长，上述结构有利于通孔中的连接螺栓承受负荷，并且将所述法兰面相对于在所述通孔周围的一互补的法兰面的接触区有利地转移到所述法兰面的径向外边缘区域和内边缘区域中。
附图说明
下面借助于附图阐述本发明。
附图中以局部横截面图示出了按照本发明的具有两个法兰的连接法兰，这两个法兰分别安装在一圆锥形的管形构件上。
具体实施方式
在附图中所示的连接法兰由两个法兰2构成(其中，需要区分时，上面的构件和元件，也就是与所述两个法兰2的上面的法兰有关的构件和元件用a表示，而与下面的法兰有关的构件和元件用b表示)。这两个法兰2各有一管形段4和一沿径向向内连接在该管形段4的端部上的法兰凸缘6。在所述管形段4的另一端各与一管形构件8相连，并且所述管形构件8在连接处分别通过一位于径向内部的焊缝10和一位于径向外部的焊缝12安装在所述环形连接法兰2上。所述法兰2均由可焊接的钢材制成。
附图中示出的这种结构全部都是由围绕旋转轴线14的环形或管形构件构成，图中构件的尺寸亦即所有构件的直径都没有按比例示出。
所述法兰2的管形段4的外壁15与所述管形构件8一样全部为圆锥形，在本实施方式中它们的外壁15彼此连续地过渡衔接。
所述两个法兰2各有一沿轴向远离所述自身的管形段4的平法兰面16，这两个法兰面16大小相同，即，它们具有相同的内径和外径，并且彼此对中放置。所述法兰2具有多个沿其圆周均匀分布的通孔18，这些通孔18沿轴向穿过各自的法兰凸缘6而延伸并且相互对中，这样就可以使所述法兰2定位。为了形成用于连接法兰2的连接力和刚性连接，可以在所述通孔18中安装螺栓以形成公知的螺栓连接。为了通过所述连接法兰2优化力线，可将所述通孔18设置成沿径向尽可能地靠近所述管形段4，当然这种安排在结构上尤其可能受到用于固定的工具例如固定连接螺栓的工具应能达到所述通孔的限制。
只有所述连接法兰的一个(此处为上部的)法兰2a的法兰凸缘6a在所述法兰面16a中具有一包围所述通孔18a的凹槽20。当用穿过所述通孔18的法兰连接螺栓(未示出)将所述两个法兰互相夹紧时，所述力传递或力线通过的区域借助于所述法兰面16沿径向从通孔18向外转移到所述法兰面16的沿径向的内部边缘区域22和沿径向的外部边缘区域24中。尤其是传递到沿径向的外部边缘区域24中的作用力对机械结构而言是有利的，因为这将产生直线的、从所述上圆锥管形构件8a通过上法兰2a的圆锥管形段到所述下法兰2b的圆锥管形段4b中、最后到达所述构件8b中的无偏移的力线的效果，也就是说，不产生对机械结构不利的力线偏移。优选所述法兰面16的用于进一步改善力线的外边缘区域24比所述管形段4和/或构件8的壁厚宽，以使在该区域中力线不收缩。
为了通过法兰2进一步改善力线，在所述管形段4的基本上沿轴向的延伸段到所述法兰凸缘6的沿径向的延伸段的过渡区段内没有棱角而具有半径26。这在机械结构上避免了不利的应力集中和缺口影响。

Claims (11)

1.一种环形的法兰连接，其具有一个用于安装在一构造风轮机风塔的管形塔段的一端面末端上的管形段和一个沿径向连接在该管形段一端上的法兰凸缘(6)，该法兰凸缘具有一个沿轴向远离所述塔段的法兰面，其特征在于，所述管形段(4)的外壁(15)呈圆锥形，用于圆锥形配对装配在另一个的塔段(8)上，其中，所述管形段(4)和所述径向的法兰凸缘(6)由一个坯件车削而被加工成无缝的一体部件。
2.如权利要求1所述的环形的法兰连接，其特征在于，所述法兰凸缘(6)沿径向向内连接在所述管形段(4)上。
3.如权利要求1所述的环形的法兰连接，其特征在于，所述法兰面(16)是平面。
4.如权利要求1所述的环形的法兰连接，其特征在于，所述法兰凸缘(6)具有至少一个供连接法兰的螺栓通过的轴向通孔(18)。
5.如权利要求4所述的环形的法兰连接，其特征在于，所述法兰凸缘(6)在其法兰面(16)中具有一包围所述通孔(18)的凹槽(20)。
6.如权利要求5所述的环形的法兰连接，其特征在于，所述凹槽(20)与连接在所述管形段(4)的外壁(15)上的所述法兰面的一边棱之间的最小间距(24)大于所述管形段(4)的壁厚。
7.如权利要求1至6中任一项所述的环形的连接法兰，其特征在于，所述连接法兰还具有一个可焊接的法兰(2)，用于安装在所述塔段(8)的端部上。
8.一种用于构造风轮机风塔的塔段(8)，其包括一个环形的法兰连接，该法兰连接具有一个用于安装在另一个塔段(8)上的管形段(4)和一个沿径向连接在该管形段(4)一端上的法兰凸缘，该法兰凸缘具有一个沿轴向远离所述塔段的法兰面，其中，所述管形段(4)的外壁(15)呈圆锥形，用于圆锥形配对装配在所述的塔段(8)上。
9.一种环形的法兰连接，其包括两个如上述任一项权利要求所述的法兰(2a，2b)，其特征在于，所述两个法兰(2)通过使其各自的法兰面(16)相互连接，其中，它们各自的管形段(4)的外壁(15)呈圆锥形地相互连续地过渡衔接。
10.一种风轮机的风塔，其具有至少两个塔段和一个环形的法兰连接，该法兰连接包括：一个用于装配到塔段的管形段和一个沿径向连接在所述管形段一端上的法兰凸缘，该法兰凸缘具有一个沿轴向远离所述管形段的法兰面，其中，所述管形段的外壁呈圆锥形用于圆锥形配对装配在一个的塔段上。
11.一种风能设备的风塔，其具有至少两个塔段和一个环形的法兰连接，该法兰连接包括：一个装配另一个塔段的管形段和一个沿径向连接在所述塔段一端上的法兰凸缘，该法兰凸缘具有一个沿轴向远离所述塔段的法兰面，其中，所述塔段的外壁呈圆锥形用于圆锥形配对装配在另一个的塔段上。
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