CN215804956U - 一种塔筒法兰连接结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公布了一种塔筒法兰连接结构，上塔筒节、下塔筒节以及连接节，上塔筒节、下塔筒节以及连接节的内外两侧均设置有法兰板；于塔筒内侧，在上塔筒节与连接节之间、下塔筒节与连接节之间通过高强螺栓穿设法兰连接固定；于塔筒外侧，通过连接杆依次竖直穿设上塔筒节、连接节和下塔筒节的法兰，以将上塔筒节、连接节和下塔筒节连接固定。本实用新型在塔筒连接节点的内侧通过高强螺栓进行刚性连接，满足塔筒基本刚度需求，然后在连接节点外侧通过连接杆进行结构强度补充和预应力耗能，进一步提高连接节点处的结构强度，提升高强螺栓的抗疲劳性能，稳定风机系统频率，避免出现共振现象。整体结构简单，安装方便，能够有效保证塔筒安全性能。

Description

一种塔筒法兰连接结构

技术领域

本实用新型涉及风电塔筒结构连接技术领域，特别是涉及一种塔筒法兰连接结构。

背景技术

随着风电技术的不断发展，更大的叶轮直径和更高的塔筒已经成为风电发展的主要趋势，兆瓦级风力发电机组的塔筒高度一般都在数十米甚至一百米以上。随着塔筒高度的增加，会导致塔筒的刚度和系统频率降低。为满足塔筒的刚度需求并避免出现涡激共振，目前多采用全钢柔性塔筒作为支承结构，而柔性塔筒结构的连接节点性能对风电机组的正常运行以及塔筒结构的安全保障至关重要。

然而，国内的风电机组多采用传统法兰作为连接节点进行塔筒的多段连接，传统法兰只能通过增加法兰板厚度来增强刚度，随着塔筒高度的增加，传统法兰的法兰板厚度也会随之增加，不仅变相的增加了材料成本，还不利于螺栓的安装，进而增加了施工成本。因此现有技术又提供了一种反向平衡法兰，能够通过多结构拼装以保障力学性能，减少材料成本，但其结构复杂且精度要求高，不利于安装施工和维修；另外，随着使用年限加长，塔筒螺栓在运维复拧情况下易于发生蠕变，反向平衡法兰的拼装结构具有较多的螺栓连接点，这些给生命周期后期的塔筒安全稳定运行带来了挑战。

实用新型内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种结构简单但经济实用的塔筒法兰连接结构，能够满足塔筒的刚度需求，保证塔筒安全性能。

本实用新型通过以下技术方案实现：

一种塔筒法兰连接结构，包括上塔筒节、下塔筒节以及连接节，上塔筒节的下端面的外壁水平设置有第一外法兰板，上塔筒节的下端面的内壁水平设置有第一内法兰板；下塔筒节的上端面的外壁水平设置有第二外法兰板，下塔筒节的上端面的内壁水平设置有第二内法兰板；连接节的上端面的外壁水平设置有第三外法兰板，连接节的上端面的内壁水平设置有第三内法兰板，连接节的下端面的外壁水平设置有第四外法兰板，连接节的下端面的内壁水平设置有第四内法兰板；第一外法兰板和第一内法兰板分别与第三外法兰板和第三内法兰板抵接，第二外法兰板和第二内法兰板分别与第四外法兰板和第四内法兰板抵接；于上塔筒节、下塔筒节和连接节的外侧环形间隔设置有若干连接杆，连接杆依次竖直穿过第一外法兰板、第三外法兰板、第四外法兰板和第二外法兰板，并于第一外法兰板上板面和第二外法兰板下板面固定连接；于上塔筒节、下塔筒节和连接节的内侧环形间隔设置有若干高强螺栓，高强螺栓包括第一高强螺栓和第二高强螺栓，第一高强螺栓竖直穿设于第一内法兰板和第三内法兰板，并于第一内法兰板上板面和第三内法兰板下板面固定连接；第二高强螺栓竖直穿设于第二内法兰板和第四内法兰板，并于第二内法兰板下板面和第四内法兰板上板面固定连接；第一高强螺栓与第二高强螺栓于竖直方向上一一对应。

在其中一个实施例中，连接杆与高强螺栓于周向交错分布设置。

在其中一个实施例中，第一外法兰板与第一内法兰板一体形成；第二外法兰板与第二内法兰板一体形成；第三外法兰板与第三内法兰板一体形成；第四外法兰板与第四内法兰板一体形成。

在其中一个实施例中，上塔筒节、下塔筒节和连接节的外侧还设置有若干加劲板组，包括第一加劲板组、第二加劲板组、第三加劲板组和第四加劲板组，若干第一加劲板组环形间隔设置第一外法兰板的上板面，若干第二加劲板组环形间隔设置在第二外法兰板的下板面，若干第三加劲板组环形间隔设置在第三外法兰板的下板面，若干第四加劲板组环形间隔设置在第四外法兰板的上板面；第一加劲板组、第二加劲板组、第三加劲板组和第四加劲板组于竖直方向上一一对应。

在其中一个实施例中，每组加劲板组包括两个加劲板，两加劲板分布在连接杆的水平两侧。

在其中一个实施例中，连接杆为预应力索或柔性拉杆。

在其中一个实施例中，连接节的内侧还设置有第一间隙位移传感器，用于检测第一内法兰板与第内外法兰板之间、以及第二内法兰板与第四内法兰板之间的间隙位移。

在其中一个实施例中，连接节的外侧还设置有第二间隙位移传感器，用于检测第一外法兰板与第三外法兰板之间、以及第二外法兰板与第四外法兰板之间的间隙位移。

与现有技术相比，本实用新型的技术方案至少具有如下优点和有益效果：

本实用新型在塔筒连接节点的内侧通过高强螺栓进行刚性连接，满足塔筒基本刚度需求，然后在连接节点外侧通过连接杆进行结构强度补充和预应力耗能，进一步提高连接节点处的结构强度，并有效提升了高强螺栓的抗疲劳性能，而且通过连接杆还可以进一步稳定风机系统频率，避免出现共振现象；结构简单，安装方便，能够有效保证塔筒安全性能。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，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实用新型的某些实施例，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为本实用新型实施例提供的塔筒法兰连接结构的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的塔筒法兰连接结构的俯视图；

图3为本实用新型实施例提供的塔筒法兰连接结构的剖视结构示意图。

图标：1-上塔筒节，11-第一外法兰板，12-第一内法兰板，2-下塔筒节，21-第二外法兰板，22-第二内法兰板，3-连接节，31-第三外法兰板，32-第三内法兰板，33-第四外法兰板，34-第四内法兰板，4-连接杆，51-第一高强螺栓，52-第二高强螺栓，61-第一加劲板组，62-第二加劲板组，63-第三加劲板组，64-第四加劲板组，71-第一间隙位移传感器，72-第二间隙位移传感器。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对一种塔筒法兰连接结构进行更清楚、完整地描述。附图中给出了塔筒法兰连接结构的首选实施例，但是，塔筒法兰连接结构可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使塔筒法兰连接结构的公开内容更加透彻全面。

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。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，或者是该实用新型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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，本文所使用的术语“设置”、“安装”、“相连”、“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实用新型中的具体含义。

如图1至图3所示，本实用新型实施例提供一种塔筒法兰连接结构，包括上塔筒节1、下塔筒节2以及连接节3，上塔筒节1、下塔筒节2以及连接节3均为中空筒状；上塔筒节1、下塔筒节2以及连接节3的内外两侧均焊接或胶接有法兰板，包括：

于上塔筒节1的下端面的外壁水平设置的第一外法兰板11，于上塔筒节1的下端面的内壁水平设置的第一内法兰板12；于下塔筒节2的上端面的外壁水平设置的第二外法兰板21，于下塔筒节2的上端面的内壁水平设置的第二内法兰板22；于连接节3的上端面的外壁水平设置的第三外法兰板31，于连接节3的上端面的内壁水平设置的第三内法兰板32，于连接节3的下端面的外壁水平设置的第四外法兰板33，于连接节3的下端面的内壁水平设置的第四内法兰板34；连接时，第一外法兰板11与第三外法兰板31抵接，第一内法兰板12与第三内法兰板32抵接，第二外法兰板21与第四外法兰板33抵接，第二内法兰板22与第四内法兰板34抵接；

然后，在上塔筒节1、下塔筒节2和连接节3的内侧通过高强螺栓进行法兰连接，高强螺栓包括第一高强螺栓51和第二高强螺栓52，第一高强螺栓51竖直穿设于第一内法兰板12和第三内法兰板32，并于第一内法兰板12上板面和第三内法兰板32下板面固定连接，且若干第一高强螺栓51在水平方向上呈环形间隔设置，使得上塔筒节1与连接节3有效固定连接；第二高强螺栓52竖直穿设于第二内法兰板22和第四内法兰板34，并于第二内法兰板22下板面和第四内法兰板34上板面固定连接，且若干第二高强螺栓52也在水平方向上呈环形间隔设置，使得下塔筒节2与连接节3有效固定连接；同时，第一高强螺栓51与第二高强螺栓52于竖直方向上一一对应，满足塔筒基本刚度需求；

最后，在上塔筒节1、下塔筒节2和连接节3的外侧通过连接杆4进行法兰连接，连接杆4依次竖直穿过第一外法兰板11、第三外法兰板31、第四外法兰板33和第二外法兰板21，并于第一外法兰板11上板面和第二外法兰板21下板面固定连接，且若干连接杆4在水平方向上呈环形间隔设置，使得上塔筒节1、连接节3以及下塔筒节2有效固定连接。利用连接杆4进行结构强度补充和预应力耗能，进一步提高连接节3点处的结构强度，并有效提升了高强螺栓的抗疲劳性能，而且连接杆4采用预应力索或柔性拉杆，可进一步稳定风机系统频率，避免出现共振现象；结构简单，安装方便，能够有效保证塔筒安全性能。

进一步的，如图2所示，连接杆4与高强螺栓(第一高强螺栓51和第二高强螺栓52)于水平周向交错分布设置，以分散承受应力，并优选为等距间隔分布，使塔筒连接结构受力均匀。

进一步的，如图3所示，可以将第一外法兰板11与第一内法兰板12一体形成，第二外法兰板21与第二内法兰板22一体形成，第三外法兰板31与第三内法兰板32一体形成，第四外法兰板33与第四内法兰板34一体形成，以加强结构稳定性，进一步提升结构刚度。

进一步的，如图1和图3所示，上塔筒节1、下塔筒节2和连接节3的外侧还设置有若干加劲板组，包括第一加劲板组61、第二加劲板组62、第三加劲板组63和第四加劲板组64，若干第一加劲板组61环形间隔设置第一外法兰板11的上板面，若干第二加劲板组62环形间隔设置在第二外法兰板21的下板面，若干第三加劲板组63环形间隔设置在第三外法兰板31的下板面，若干第四加劲板组64环形间隔设置在第四外法兰板33的上板面；第一加劲板组61、第二加劲板组62、第三加劲板组63和第四加劲板组64于竖直方向上一一对应，以有效提高结构刚度，减少塔筒节和连接节3的变形量。进一步优选的，每组加劲板组包括两个加劲板，两加劲板分布在连接杆4的水平两侧，以提高加强结构刚度的针对性。

此外，法兰连接面在预紧力不同的情况下的接触间隙也会产生差异，通过对法兰连接面的接触间隙即可以判断出螺栓预紧力是否衰减超限或螺栓连接是否失效。因此，进一步的，如图1至图3所示，连接节3的内侧设置有第一间隙位移传感器71，第一间隙位移传感器71设置在成对配合作用的两外法兰板连接处，即第一内法兰板12与第三内法兰板32连接处、以及第二内法兰板22与第四内法兰板34连接处，用于检测第一内法兰板12与第内外法兰板之间、以及第二内法兰板22与第四内法兰板34之间的间隙位移，通过设定间隙位移阈值进行安全预警。具体地，可于塔筒的内侧水平均匀布置4个微米级高精度间隙位移传感器，以对法兰连接面的接触间隙进行全方位监测。

进一步的，由于连接节3外侧的受力变形幅度大于内侧的受力变形幅度，且连接节3受力时外侧会早于内侧先一步变形，因此，如图1至图3所示，连接节3的外侧还设置有第二间隙位移传感器72，第二间隙位移传感器72设置在成对配合作用的两外法兰板连接处，即第一外法兰板11与第三外法兰板31连接处、以及第二外法兰板21与第四外法兰板33连接处，用于检测第一外法兰板11与第三外法兰板31之间、以及第二外法兰板21与第四外法兰板33之间的间隙位移，通过设定间隙位移阈值进行安全预警。同样的，可于塔筒的外侧水平均匀布置4个微米级高精度间隙位移传感器，以对法兰连接面的接触间隙进行全方位监测。优选的，第二间隙位移传感器72设定的阈值可触发黄色警报，第一间隙位移传感器71设定的阈值可触发红色警报，机组人员可通过不同类型的警报设定不同的应急预案，实现塔筒安全的预测性维护，从而规避风电机组因基础不均匀沉降、塔筒螺栓松动、塔筒振动异常、柔塔共振穿越失效等原因诱发的倒塔安全事故，确保风电机组安全可靠运行。

以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种塔筒法兰连接结构，其特征在于，包括上塔筒节、下塔筒节以及连接节，

所述上塔筒节的下端面的外壁水平设置有第一外法兰板，所述上塔筒节的下端面的内壁水平设置有第一内法兰板；

所述下塔筒节的上端面的外壁水平设置有第二外法兰板，所述下塔筒节的上端面的内壁水平设置有第二内法兰板；

所述连接节的上端面的外壁水平设置有第三外法兰板，所述连接节的上端面的内壁水平设置有第三内法兰板，所述连接节的下端面的外壁水平设置有第四外法兰板，所述连接节的下端面的内壁水平设置有第四内法兰板；

所述第一外法兰板和第一内法兰板分别与所述第三外法兰板和第三内法兰板抵接，所述第二外法兰板和第二内法兰板分别与所述第四外法兰板和第四内法兰板抵接；

于所述上塔筒节、下塔筒节和连接节的外侧环形间隔设置有若干连接杆，所述连接杆依次竖直穿过所述第一外法兰板、第三外法兰板、第四外法兰板和第二外法兰板，并于所述第一外法兰板上板面和第二外法兰板下板面固定连接；

于所述上塔筒节、下塔筒节和连接节的内侧环形间隔设置有若干高强螺栓，所述高强螺栓包括第一高强螺栓和第二高强螺栓，所述第一高强螺栓竖直穿设于所述第一内法兰板和第三内法兰板，并于所述第一内法兰板上板面和第三内法兰板下板面固定连接；所述第二高强螺栓竖直穿设于所述第二内法兰板和第四内法兰板，并于所述第二内法兰板下板面和第四内法兰板上板面固定连接；所述第一高强螺栓与所述第二高强螺栓于竖直方向上一一对应。

2.根据权利要求1所述的一种塔筒法兰连接结构，其特征在于，所述连接杆与所述高强螺栓于周向交错分布设置。

3.根据权利要求2所述的一种塔筒法兰连接结构，其特征在于，所述第一外法兰板与所述第一内法兰板一体形成；所述第二外法兰板与所述第二内法兰板一体形成；所述第三外法兰板与所述第三内法兰板一体形成；所述第四外法兰板与所述第四内法兰板一体形成。

4.根据权利要求3所述的一种塔筒法兰连接结构，其特征在于，所述上塔筒节、下塔筒节和连接节的外侧还设置有若干加劲板组，包括第一加劲板组、第二加劲板组、第三加劲板组和第四加劲板组，若干所述第一加劲板组环形间隔设置所述第一外法兰板的上板面，若干所述第二加劲板组环形间隔设置在所述第二外法兰板的下板面，若干所述第三加劲板组环形间隔设置在所述第三外法兰板的下板面，若干所述第四加劲板组环形间隔设置在所述第四外法兰板的上板面；所述第一加劲板组、第二加劲板组、第三加劲板组和第四加劲板组于竖直方向上一一对应。

5.根据权利要求4所述的一种塔筒法兰连接结构，其特征在于，每组所述加劲板组包括两个加劲板，两所述加劲板分布在所述连接杆的水平两侧。

6.根据权利要求1所述的一种塔筒法兰连接结构，其特征在于，所述连接杆为预应力索或柔性拉杆。

7.根据权利要求1-6任一所述的一种塔筒法兰连接结构，其特征在于，所述连接节的内侧还设置有第一间隙位移传感器，用于检测所述第一内法兰板与第内外法兰板之间、以及所述第二内法兰板与第四内法兰板之间的间隙位移。

8.根据权利要求7所述的一种塔筒法兰连接结构，其特征在于，所述连接节的外侧还设置有第二间隙位移传感器，用于检测所述第一外法兰板与第三外法兰板之间、以及所述第二外法兰板与第四外法兰板之间的间隙位移。

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