KR20030085025A - Connecting flange for tubular components - Google Patents
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Abstract
본 발명은 관 부품의 일단에 연결하기 위한 환상의 플랜지 접속에 관한 것이다. 본 발명의 목적은 사용에 따른 스트레스로부터 발생하는 손상에 덜 약한 환상 플랜지를 제공하는데 있다.The present invention relates to an annular flange connection for connecting to one end of a tubular component. It is an object of the present invention to provide an annular flange that is less susceptible to damage resulting from the stress of use.
본 발명은 방사상으로 접속하는 플랜지 이음 고리를 구비하고, 관 부위로부터 축방향으로 떨어져 면하는 플랜지 표면을 구비하여, 관 부품의 일단, 특히 풍력 발전 탑을 조립하기 위한 탑 조각에 관 부위의 일단을 접속하기 위한 관 부위를 구비한 고리 모양의 플랜지 접속부에 있어서, 특히 동일하게 원추형 부품(8)에 접속을 위하여 상기 관 부위(4)의 외측 벽(15)은 원추형인 것을 특징으로 하는 환상 플랜지 접속을 제공한다.The present invention includes a flange joint ring that connects radially, and has a flange surface facing axially away from the tube portion, so that one end of the tube part, in particular one end of the tube portion, is assembled into a tower piece for assembling a wind power tower. In an annular flange connection with a tubular section for connection, an annular flange connection, characterized in that the outer wall 15 of the tubular section 4 is conical, in particular for connection to the conical component 8 in the same way. To provide.
Description
관 모양의 부품을 위한 환상의 플랜지 접속 기술은 예를 들어 어니스트 앤드 존 스탈바우 69(2000) 제9편 제682쪽 내지 제687쪽에 개시된 디이터 르만 (Dieter Lehmann)의 "DIN 4133을 위한 다양한 접촉면/링 플랜지 형태를 구비한 L자형 관의 계산"에 알려져 있으며, 상기 환상의 플랜지 접속 방법이 통용되고 있다.The annular flange connection technology for tubular parts is described, for example, in various contact surfaces for Dieter Lehmann's "DIN 4133" described in Ernest and John Stahlbau 69 (2000), pp. 9, pp. 682 to 687. Calculation of an L-shaped pipe having a ring flange shape ", and the annular flange connection method is commonly used.
파이프 라인 건설 시공 분야에 있어서, 관 모양의 부품을 방사상으로 접속시키는 플랜지 이음 고리(flange collar)가 알려져 있는데, 상기 플랜지 이음 고리는 보통 파이프 섹션의 단부에서 외측으로 방사 방향으로 향하게 된다.In the field of pipeline construction, flange collars are known that radially connect tubular components, which are usually directed radially outward at the end of the pipe section.
이와 같은 플랜지 이음 고리는 보통 실제 파이프 부품으로부터 축 방향으로 떨어져서 면하는 평면의 플랜지 면을 가지고 있으며, 원주 둘레를 따라 관통 구멍을 구비하고 있다.Such flange joints usually have a planar flange face facing axially away from the actual pipe part and have through holes along the circumference.
이와 같은 수단을 이용하여, 관 모양의 부품들은 서로 정렬되고, 예를 들어서 파이프 라인의 조각으로서 파이프 라인을 형성하기 위한 적절한 밀봉으로 서로볼트 연결된다.Using such means, the tubular parts are aligned with each other and bolted together with a suitable seal for forming the pipeline, for example as a piece of pipeline.
상기 방사상의 플랜지 이음 고리는 실제 관 모양의 부품의 몸체로부터 수평 방향으로 투영되기 때문에, 일반적으로 관 모양의 부품의 주요부로서(최소한 부품이 주물로 만들어질 수 없는 경우) 플랜지 이음 고리를 제조하는 것이 바람직하지 않다.Since the radial flanged joint is projected horizontally from the body of the actual tubular part, it is generally desirable to manufacture the flanged joint as a major part of the tubular part (at least when the part cannot be cast). Not desirable
즉, 금속 플레이트 또는 강철 시트(sheet steel)를 서로 용접하여 관 모양의 부품을 만드는 것은 반완성품을 만드는데 용이하지 아니하여서 플랜지 이음 고리는 적절하게 굽혀서 형성되어질 수 있다.In other words, it is not easy to make semi-finished parts by welding metal plates or sheet steel to each other so that the flange joint can be formed by bending appropriately.
이와 같은 이유에서, 일단은 플랜지 이음 고리 없이 관 모양의 부품을 제작하고, 그리고 나면 금속 파이프의 경우에는 용접을 통해서 또는 플라스틱 파이프의 경우에는 본딩 또는 적층(laminate) 방식으로 적절히 이음매를 완성하는 기술을 이용해서 실제 부품에 플랜지 이음 고리를 접속하는 것이 일반적으로 통용되고 있다.For this reason, the technique of fabricating tubular parts without flange joints at one end, and then appropriately completing the seams by welding in the case of metal pipes or by bonding or laminating in the case of plastic pipes, is described. It is common practice to connect flanged joints to actual parts by use.
관 모양의 플랜지에 잠재적으로 높은 스트레스가 가해질 영역에 힘이 전달되는 것을 개선하기 위해서는, 원통형의 관 모양의 부품의 일단에 접속을 위해 원통형의 관 모양 부위를 지니고, 상기 부위의 일단은 예를 들어 원통형 관 모양의 부품에 용접되며, 다른 일단은 상기 원통형의 관 모양 부위로부터 축방향으로 떨어져서 투영된 플랜지 표면으로 플랜지 이음 고리를 방사상으로 접하도록 할 수 있다.In order to improve the transfer of force to areas of potential high stress on the tubular flange, one has a cylindrical tubular section for connection to one end of the cylindrical tubular part, one end of which is for example It is welded to a cylindrical tubular part, the other end being capable of radially contacting the flange joint ring with the projected flange surface axially away from the cylindrical tubular part.
예를 들어, 풍력 발전 터빈 탑을 시공할 때에 그 높이를 높게 하기 위하여 조립 위치에 관 모양의 탑 조각의 상부에 다른 탑 조각을 쌓아 올리게 된다. 통계적 이유에서, 당업계에서는 지면에 근접한 부위로부터 곤돌라에 이르기까지 위로원추형으로 점점 가늘게 만드는 것이 통용되고 있다. 현재까지. 크랙 또는 피로의 징조는 탑의 조각을 연결하는데 사용되는 플랜지 접속부에서 발생되어 왔다.For example, when constructing a wind turbine tower, another tower piece is stacked on top of a tubular tower piece at the assembly location to increase its height. For statistical reasons, it is commonly used in the art to taper up the cone from the area close to the ground to the gondola. Up to now. Signs of cracks or fatigue have occurred in flanged connections used to join pieces of the tower.
본 발명은 특허청구범위 제1항의 전반부에 따라 관 모양(tubular)의 부품의 일단에 접속하기 위한 환상(annular)의 플랜지(flange) 접속에 관한 것이다.The present invention relates to an annular flange connection for connecting to one end of a tubular component in accordance with the first half of claim 1.
도1은 본 발명에 따라 원추형 관 부품에 각각 접속된 두 개의 플랜지를 구성하는 플랜지 접속부의 단면을 나타낸 도면이다.1 is a view showing a cross section of a flange connecting portion constituting two flanges each connected to a conical tubular part according to the present invention.
본 발명의 목적은 스트레스로 인해 손상이 덜 되는 관 모양의 플랜지를 제공하는데 있다.It is an object of the present invention to provide a tubular flange which is less damaged by stress.
상기 목적은 특허청구범위 제1항에 기술된 플랜지 접속 기술에 따라 달성된다. 본 발명에 따른 양호한 실시예가 부속 특허청구범위에 기술되어 있다.This object is achieved according to the flange connection technique described in claim 1. Preferred embodiments according to the invention are described in the appended claims.
본 발명의 응용 실시예로서 풍력 발전 탑에 관련하여 탑 조각 사이에 플랜지 접속부를 통해 힘의 전달을 최적화 하는 기술을 이용하는 것이 시공상 유리하다. 종래 기술에 따라 원추형 관 모양의 탑 부품에 통축 방향을 따라 정렬된 직선의 통형 접속부에 불량한 관 모양의 플랜지 요소를 접속하는 것은 방향의 다양한 변화를 보이는 플랜지 접속 부에 힘의 전달을 야기시켜 더욱이 미관상 좋지 않을 수도 있다.As an application embodiment of the present invention it is advantageous in construction to use a technique for optimizing the transmission of force through the flange connection between the tower pieces in relation to the wind power tower. According to the prior art, connecting a poor tubular flange element to a straight cylindrical connection lined along a cylindrical axis to a conical tubular top part causes the transfer of force to the flange connection showing a variety of changes in direction, thus making it more aesthetically pleasing. It may not be good.
본 발명에서는, 고리 모양의 플랜지가 관 부품의 일단에 플랜지를 접속시키기 위해 관 부위를 지니고 있다.In the present invention, the annular flange has a tubular portion for connecting the flange to one end of the tubular part.
플랜지 이음 고리(flange collar)는 방사상으로 상기 관 부위의, 바람직하게는 안쪽으로 일단에 접하고, 플랜지는 상기 부위로부터 축방향으로 떨어져 면하는 평면 플랜지 면을 구비한다.A flange flange collar is radially in contact with one end of the tubular section, preferably inwardly, and the flange has a planar flange face facing axially away from the section.
관 부위의 외측 벽은 원추형이고, 따라서 인접 외측 윤곽선을 만들기 위한 원추형 관 부품에 접속될 수 있다. 이것은 원추형 관 부품으로부터 플랜지 이음고리 속으로 힘을 전달하는 것을 증진시키며, 이는 부품의 과잉 스트레스 및 스트레스의 집중을 일으키는 힘의 편향이 방지되기 때문이다.The outer wall of the tubular section is conical and thus can be connected to conical tubular parts for making adjacent outer contours. This enhances the transfer of force from the conical tube part into the flange joint, since the deflection of the force causing excessive stress and concentration of the part is prevented.
플랜지는, 보다 바람직하게는 방사상으로 안쪽으로, 관 부위를 접속하기 때문에, 예를 들어 본 발명에 따른 플랜지를 풍력 발전 터빈의 탑 조각을 연결하는데 사용하면, 원주 둘레 상에 축방향으로 배열된 관통 구멍을 통해 접속력과 잠김 작용을 일으켜서 플랜지 접속 나사와 같은 접속 부품뿐 아니라 플랜지 이음 고리를 탑의 내부에 위치하게 해서 바람과 같은 외력에 견디도록 한다.The flanges, more preferably radially inwardly, connect the pipe parts, so that, for example, when the flange according to the invention is used to connect the tower pieces of a wind turbine, the axially arranged penetrations around the circumference Through the holes, it creates a connection force and a locking action, which places flange joint rings inside the tower as well as connecting parts such as flange connection screws to withstand external forces such as wind.
본 발명에 따른 관 부위와 플랜지 접속부의 방사상 플랜지 이음 고리는 바람직한 실시예로서 이음매가 없이 일체로 만들어질 수 있다.The radial flange joint ring of the pipe section and the flange connection according to the invention can be made integrally without a seam as a preferred embodiment.
본 발명에 따른 플랜지 접속부는 금속으로 반가공된 제품으로부터 하나의 단편으로 돌려지거나, 또는 섬유 복합 재료로부터 만들어지는 하나의 제품, 예를 들어 수지(prepreg)로서 감아질 수 있다. 전체부로서 주물을 하는 것도 가능하다.The flange connection according to the invention can be turned into one piece from a metal semi-finished product or wound as one product made from a fiber composite material, for example a resin. It is also possible to cast as a whole.
본 발명에 따라 두 개의 관 부품을 플랜지와 인접한 외측 외곽선에 접속하기 위하여, 본 발명에 따른 두 개의 플랜지의 관 부위의(원추형) 외측 벽이 두 개의 플랜지가 서로 놓여있는 플랜지 면에 접속될 때에 서로 인접하도록 - 예를 들어서, 플랜지 이음 고리에 축방향의 관통 구멍을 통해 서로 볼트 연결함으로써 서로 쌍으로 정렬되도록 상기 두 개의 플랜지를 매치시킬 수 있다.In order to connect the two tubular parts according to the invention to the outer contour adjacent to the flanges, the (conical) outer walls of the pipe sections of the two flanges according to the invention are connected to each other when connected to the flange face on which the two flanges lie. The two flanges can be matched so that they are adjacent to each other-for example, by bolting to each other through axial through holes in the flange joint ring.
상기 플랜지 표면과 관통 구멍을 통한 연결 나사를 통해 힘의 유속을 최적화함으로써, 상기 관통 구멍은 플랜지 표면 내의 구석에 의해 둘러싸여 진다. 확장으로 인하여 길이가 길어지기 때문에, 이것은 관통 구멍에 접속 나사에 인가되는부하에 좋은 영향을 미치게 되고, 플랜지 표면의 접촉 영역을 플랜지 표면의 방사상 외측 및 내측 엣지 속으로 관통 구멍 주위에 상보형 플랜지 표면으로 이동시킨다.By optimizing the flow rate of the force through the flange surface and the connecting screw through the through hole, the through hole is surrounded by a corner in the flange surface. As the length increases due to expansion, this has a good effect on the load applied to the connecting screw in the through hole, and the complementary flange surface around the through hole into the radially outer and inner edges of the flange surface into the radially outer and inner edges of the flange surface. Move to.
이하에서는, 본 발명을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도1에 도시한 플랜지 접속부는 두 개의 플랜지(2; 여기서 구별이 필요한 경우 상부 부품, 즉 도면에서 두 개의 플랜지(2) 중 위의 것을 'a'로 표기하고 밑으 것을 'b'로 표기할 수 있다)에 의해 형성된다.The flange connection shown in Fig. 1 can be marked with two flanges (2) where the upper part of the upper part, i.e., the two flanges 2 in the drawing, can be labeled 'a' and the bottom can be labeled 'b'. Is formed).
상기 두 개의 플랜지(2)는 관 부위(4; tubular portion)와 플랜지 이음 고리(16; flange collar)를 구비하고 있으며, 관 부위(4)의 일단을 방사상으로 내측으로 접속한다.The two flanges 2 have a tubular portion 4 and a flange collar 16 and connect one end of the tube portion 4 radially inwardly.
관부품(8)은 각 관 부위(4)의 타단을 접속하고, 방사상으로 내측 및 외측 용접 이음새(10, 12)에 의해 방사상의 플랜지 접속부(2)에 용접된다. 플랜지(2)는 용접 철로 만들어진다.The pipe part 8 connects the other end of each pipe part 4, and is welded to the radial flange connection part 2 by radially inner and outer welding seams 10 and 12. As shown in FIG. The flange 2 is made of weld iron.
도1에 나타낸 구성을 회전축(14) 주위로 링 또는 파이프로 전체 구성되어 전체 배열의 반경을 의미하는 공간은 실측 스케일로 나타내지 않고 있다. 관 부품(8)뿐 아니라 플랜지(2)의 관 부위(4)의 외측 벽(15)은 형상에 있어서 원추형이고, 외측벽(15)은 인접하여 본 예에서 직선을 형성한다.The space shown in Fig. 1 is composed entirely of rings or pipes around the rotational axis 14, so that the space representing the radius of the entire arrangement is not shown on the actual scale. The outer wall 15 of the pipe part 4 of the flange 2 as well as the pipe part 8 is conical in shape, and the outer wall 15 is adjacent to form a straight line in this example.
두 개의 플랜지(2)는 각각 관 부위(4)로부터 축방향으로 떨어져 면하고 있는 평면 플랜지 면(16)을 구비하고, 상기 평면 플랜지 면은 같은 크기를 지니고, 즉 동일한 내측 및 외측 반경을 가져 서로 일치하여 놓여진다.The two flanges 2 each have a planar flange face 16 facing axially away from the pipe section 4, said planar flange faces having the same size, ie having the same inner and outer radius to each other. Placed in accord.
이와 같이 서로 면함으로써, 플랜지(2)들은 원주 둘레를 따라 등간격으로 관통 구멍(18)을 구비하고, 상기 관통 구멍(18)은 각각의 플랜지 이음 고리(6)를 통해 축방향으로 확장되어 서로 정렬된다.By facing each other in this way, the flanges 2 have through holes 18 at equal intervals along the circumference, the through holes 18 extending axially through each flange joint ring 6 to each other. Aligned.
플랜지(2)의 접속을 위한 힘을 생성하고 잠김력을 제공하기 위해서, 상기 구멍(18) 속에 알려진 나사 부속품들이 삽입될 수 있다. 상기 플랜지 접속부(2)를 통하여 힘의 유속을 최적화하기 위하여, 관통 구멍(18)은, 비록 접속 나사를 조이기 위해 사용되는 연장을 위한 관통 구멍(18)의 접근을 위해 제한적이기는 하지만, 상기 관 부위(4)에 가능한 근접하도록 방사상으로 위치시킬 수 있다.In order to generate a force for the connection of the flange 2 and to provide a locking force, known screw accessories can be inserted into the hole 18. In order to optimize the flow rate of the force through the flange connection 2, the through hole 18 is limited for access to the through hole 18 for extension, which is used for tightening the connecting screw, although the pipe portion It can be positioned radially as close as possible to (4).
플랜지 접속부(도면에서 상부 플랜지)의 플랜지 중 하나(2a)의 플랜지 이음 고리(6a)는 플랜지 표면(16a) 내부에 구석(20)을 구비하며, 이는 관통 구멍(18a)을 에워싼다. 두 개의 플랜지(2)가 플랜지 접속 나사(도시하지 않음)에 의해 서로 버티어져서, 동력 전달 면적 또는 플랜지 표면(16)을 통한 힘의 유속이 내측면(22) 속으로 관통 구멍(18)을 통해 외측으로 방사상으로 변위되고, 플랜지 표면(16)의 외측면(24)으로 방사상으로 변위된다.The flange joint 6a of one of the flanges 2a of the flange connection (upper flange in the figure) has a corner 20 inside the flange surface 16a, which surrounds the through hole 18a. The two flanges 2 are held together by flange connecting screws (not shown) such that the power transmission area or the flow rate of the force through the flange surface 16 is through the through hole 18 into the inner side 22. Radially displaced outward, and radially displaced to the outer surface 24 of the flange surface 16.
특히, 방사상 외측 면적(24) 내의 부하 전달은 구조 역학의 관점에서 유리한데, 이는 상부 원추형 관 부품(8a)으로부터 상부 플랜지(2a)의 원추형 관 부위를통해 하부 플랜지(2b)의 원추형 관 부위(4b) 속으로 직선적으로 편이가 없는 힘의 유속을 발생시키고, 궁극적으로는 하부 원추형 관 부품(8b) 속으로 힘의 흐름을 발생시킨다.In particular, the load transfer in the radially outer area 24 is advantageous from the structural dynamics point of view, from the conical tube portion of the lower flange 2b to the conical tube portion of the upper flange 2a from the upper conical tube part 8a. 4b) generates a linear flow of force without any deviation, and ultimately a flow of force into the lower conical tubular part 8b.
다시 설명하면, 이것은 구조 역학상 바람직하지 않은 편이 없이 힘의 흐름이 있음을 의미한다. 힘의 흐름을 강화하기 위해서, 플랜지 표면(16)의 외측 주변 면적(24)은 관 부위(4)의 벽 두께 및/또는 부품(8)의 두께보다 두껍게 할 수 있으며, 이로써 힘의 흐름이 이 영역에 국한되는 것을 방지할 수 있다.In other words, this means that there is a force flow without any undesirable structural dynamics. In order to enhance the flow of force, the outer peripheral area 24 of the flange surface 16 may be thicker than the wall thickness of the tubular part 4 and / or the thickness of the component 8 so that the force flow is It can be prevented to be limited to the area.
플랜지(2)를 통한 힘의 흐름을 더욱 더 배가하기 위해서, 관 부위(4)의 축방향 확장으로부터 플랜지 이음 고리(6)의 방사 방향 확장으로의 전이는 급격하지 않으며, 대신에 반경(26)으로 구성된다. 이것은 치명적인 스트레스 증가 및 새김눈 (notch) 효과를 방지한다.In order to further double the flow of force through the flange 2, the transition from the axial expansion of the pipe section 4 to the radial expansion of the flange joint ring 6 is not abrupt, instead the radius 26. It consists of. This prevents fatal stress increase and notch effects.
본 발명은 방사상으로 접속하는 플랜지 이음 고리를 구비하고, 관 부위로부터 축방향으로 떨어져 면하는 플랜지 표면을 구비하여, 관 부품의 일단, 특히 풍력 발전 탑을 조립하기 위한 탑 조각에 관 부위의 일단을 접속하기 위한 관 부위를 구비한 고리 모양의 플랜지 접속부에 있어서, 특히 동일하게 원추형 부품(8)에 접속을 위하여 상기 관 부위(4)의 외측 벽(15)은 원추형인 것을 특징으로 하는 환상 플랜지 접속을 제공한다.The present invention includes a flange joint ring that connects radially, and has a flange surface facing axially away from the tube portion, so that one end of the tube part, in particular one end of the tube portion, is assembled into a tower piece for assembling a wind power tower. In an annular flange connection with a tubular section for connection, an annular flange connection, characterized in that the outer wall 15 of the tubular section 4 is conical, in particular for connection to the conical component 8 in the same way. To provide.
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