一種法蘭或類法蘭加強環、連接結構及風力發電機組的製作方法

2023-04-27 05:03:16 1

一種法蘭或類法蘭加強環、連接結構及風力發電機組的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種法蘭或類法蘭加強環及含有該加強環的法蘭或類法蘭連接結構，所述法蘭用於與螺栓配合連接兩個固定管件，所述類法蘭為軸承結構並用於與螺栓配合連接固定件和轉動件，所述法蘭、類法蘭上均設置有與螺栓配合的螺栓孔，所述加強環用於與法蘭面或類法蘭面配合，為整環結構或多個分片沿圓周方向依次配合組成的組合環狀結構，且整環結構、組合環狀結構上均設有與法蘭或類法蘭上的螺栓孔軸向對應一致的通孔。上述加強環可以增強現有的法蘭或類法蘭連接結構剛度、強度以及減小螺栓載荷，進而提高連接結構壽命。本實用新型還公開了含有上述連接結構的風力發電機組，可以避免螺栓斷裂導致的事故，運行穩定性好。
【專利說明】—種法蘭或類法蘭加強環、連接結構及風力發電機組

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及法蘭連接領域，具體地，涉及一種法蘭或類法蘭加強環、含有該加強環的法蘭或類法蘭連接結構及含有該連接結構的風力發電機組。

【背景技術】
[0002]目前，在風力發電機組中，法蘭是使用廣泛的重要連接部件。風力發電機塔筒段之間、塔筒與基礎環、塔筒與機艙、輪轂與風機葉片，大多使用法蘭或類法蘭(軸承)通過高強螺栓的方式連接，特別是風力發電機組葉片的連接方式大多都是輪轂-變槳軸承-葉片-高強螺栓的方式連接，對於此部位的類法蘭(變槳軸承)_高強螺栓連接來講，其設計的結構形式適應於承受軸向載荷及徑向載荷，對於彎矩形式的交變及衝擊載荷其承受能力相對前兩種載荷要要弱。目前在運行的風力發電機組中已經發現多起葉片變槳軸承位置的高強螺栓斷裂導致的事故，如果螺栓斷裂發現不及時會帶來連鎖的對風機結構損傷更大的事故。高強螺栓失效的原因與連接部位的結構鋼度有直接關係，當結構鋼度不足時會在載荷較大時使連接高強螺栓受到的載荷不均勻，從而使部分螺栓產生過量變形甚至發生塑性變形，由此結構剛度不足，螺栓載荷不均勻等因素是螺栓失效的主要原因。
[0003]針對上述問題，對於法蘭或類法蘭(軸承)-高強螺栓的增強措施一般可以採用以下幾種方式:第一種方式:改變法蘭或類法蘭的尺寸，選用厚度更大，寬度更大的法蘭或類法蘭，提高法蘭或類法蘭的剛度進而提高整個結構的剛度；第二種方式:選用直徑更大的高強螺栓，通過增加高強螺栓的剛度來增強結構的整體剛度。
[0004]以上第一種方式，通過增大法蘭或類法蘭(軸承)尺寸的方法來增強結構鋼度，其需要重新設計並生產相應的法蘭或軸承，對於在役的風力發電機組的改造需要很大的工作量，並且整個加強改造成本高，難於廣泛推廣，更適用於新建機組不太適用於在役機組的改造。
[0005]以上第二種方式，通過選用大直徑的高強螺栓的方法需要同時改造高強螺栓對應的通孔及與螺栓配合的螺紋孔。操作難度大，且難以保證精度。
[0006]綜上所述，目前對於已經在用的法蘭或類法蘭連接結構件進行增強的措施和方法比較缺乏，常常是通過對法蘭件進行再設計更換來完成的，而且對於成熟的法蘭或類法蘭產品經常會出現強度、壽命不足的情況。因此，急需一種新的提高法蘭或類法蘭連接結構剛度和強度的方式。
實用新型內容
[0007]本實用新型的目的在於提供一種法蘭或類法蘭加強環，以增強現有的法蘭或類法蘭連接結構剛度、強度以及減小螺栓載荷，進而提高連接結構壽命。
[0008]本實用新型的第二個目的在於提供一種法蘭或類法蘭連接結構，具有結構剛度、強度強和螺栓載荷小的特點，壽命較長。
[0009]本實用新型的第三個目的在於提供一種風力發電機組，以避免螺栓斷裂導致的事故,運行穩定性好。
[0010]為實現上述目的，本實用新型採用以下技術方案:
[0011]一種法蘭或類法蘭加強環，所述法蘭用於與螺栓配合連接兩個固定管件，所述類法蘭為軸承結構並用於與螺栓配合連接固定件和轉動件，所述法蘭、類法蘭上均設置有與螺栓配合的螺栓孔，所述加強環用於與法蘭面或類法蘭面配合，為整環結構或多個分片沿圓周方向依次配合組成的組合環狀結構，且整環結構、組合環狀結構上均設有與法蘭或類法蘭上的螺栓孔軸向對應一致的通孔。
[0012]進一步地，所述相鄰分片的接口部分為凹凸配合的搭接結構；或相鄰分片的接口面相互平行，且接口面均垂直於法蘭面或類法蘭面。
[0013]進一步地，所述搭接結構為角型搭接結構或矩形搭接結構。
[0014]一種法蘭或類法蘭連接結構，包括用於連接兩個固定管件的法蘭及螺栓，或用於連接固定件和轉動件的類法蘭及螺栓，其中類法蘭為軸承結構；在法蘭面或類法蘭面上還增設有上述的加強環；對應地，所述螺栓長度的增加值等於或大於加強環的厚度。
[0015]進一步地，所述用於連接固定件和轉動件的類法蘭為風力發電機組葉片變槳軸承，其中固定件為輪轂，轉動件為葉片，所述加強環設置在與輪轂配合的變槳軸承外環的端面。
[0016]進一步地，所述軸承為風力發電機組偏航軸承。
[0017]一種風力發電機組，含有上述的法蘭或類法蘭連接結構。
[0018]通過採用上述技術方案，本實用新型具有如下有益效果:
[0019]1、本實用新型採用一種整環或者分片式的組合環狀結構的加強環，可以對已經在用的法蘭或類法蘭連接結構進行後期加固，彌補原始設計的強度不足、變形過大等問題，且可避免重新設計並更換成本過高的問題。
[0020]2、通過在法蘭或類法蘭連接結構加裝加強環，具有增強法蘭或類法蘭(軸承)連接結構剛度、強度以及減小緊固螺栓載荷的效果，進而提高了連接結構的壽命。通過加裝法蘭加強環的方式來增強結構剛度和強度，均攤螺栓載荷，其安裝難度小，僅需相應增長螺栓的長度，並且總體成本低於【背景技術】中提到的兩種方式，具有很好的推廣操作性和經濟性。
[0021]3、通過將現有的風力發電機組的法蘭或類法蘭連接結構加裝加強環，具有製造安裝便捷，並且能夠在不改變原始設計的情況下有效增強結構的剛度和強度，最終達到延長法蘭和類法蘭(軸承)的使用壽命的效果，消除其破壞失效，進而避免螺栓斷裂導致的事故，使風力發電機組運行穩定性好。
[0022]4、採用角型和矩形搭接結構的加強環分片，在安裝後加強環分片之間可以通過其搭接結構傳遞垂直於法蘭面方向上的力，可進一步分擔螺栓載荷。
[0023]5、對於相鄰分片的接口面相互平行且接口面均垂直於法蘭面或類法蘭面的加強環分片，其具有設計、製造簡便的特點，且現場安裝精度要求較低。
[0024]下面通過附圖和實施例，對本實用新型的技術方案做進一步的詳細描述。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1為未安裝加強環的法蘭連接結構示意圖；
[0026]圖2為安裝加強環的法蘭連接結構示意圖；
[0027]圖3為組合環狀結構的法蘭加強環結構示意圖；
[0028]圖4為角型搭接加強環分片結構示意圖；
[0029]圖5為矩形搭接加強環分片結構示意圖；
[0030]圖6為相鄰分片的接口面相互平行的加強環分片結構示意圖；
[0031]圖7為未安裝加強環的類法蘭(風力發電機組變槳軸承)連接結構示意圖；
[0032]圖8為安裝加強環的類法蘭(風力發電機組變槳軸承)的連接結構示意圖。

【具體實施方式】
[0033]以下結合附圖對本實用新型的優選實施例進行說明，應當理解，此處所描述的優選實施例僅用於說明和解釋本實用新型，並不用於限定本實用新型。
[0034]為了方便理解，現對本實用新型中涉及到的部分術語進行說明:
[0035]法蘭:其用於與螺栓配合連接兩個固定管件；類法蘭:為軸承結構並用於與螺栓配合連接固定件和轉動件。兩者均設置有與螺栓配合的螺栓孔。以風力發電機組為例，其中的風力發電機的多個塔筒段、塔筒與基礎環均為固定管件，可通過法蘭連接；塔筒與機艙、輪轂與風機葉片，均為固定件和轉動件，可通過類法蘭(軸承)連接。
[0036]圖1為現有技術中連接兩個固定管件a、b的法蘭連接結構示意圖；法蘭連接結構包括:法蘭I及螺栓2，兩個固定管件a、b通過法蘭I及與法蘭I配合的多個螺栓2連接起來。法蘭I上設置有多個與螺栓2配合的螺栓孔(圖中未示出)。該種連接結構存在的問題是，結構剛度不足，螺栓載荷不均勻，導致壽命縮短，重新設計法蘭連接結構則更換成本過聞。
[0037]針對上述問題，本實施例提供了一種增強裝置，即一種法蘭加強環，通過加裝該加強環，可以增強結構剛度和強度。
[0038]如圖2所示，為加裝了法蘭加強環3的法蘭連接結構。該法蘭加強環3用於與法蘭面配合，其結構形式可以為整環結構或多個分片31沿圓周方向依次配合組成的組合環狀結構，且整環結構、組合環狀結構上均設有與法蘭上的螺栓孔軸向對應一致的通孔32(配合圖3所示)。
[0039]對於法蘭加強環的設計使用基本流程如下:首先在使用法蘭加強環之前需要根據其安裝對應法蘭的尺寸參數設計法蘭加強環的尺寸，加強環的通孔(螺栓孔)位置及尺寸需要與被安裝部位的尺寸相同。根據所要增強的強度選擇法蘭加強環的厚度值。然後根據原始緊固件螺栓的規格和長度設計法蘭加強環對應的新螺栓的尺寸參數，螺栓規格和等級不變，長度尺寸增加值與法蘭加強環的厚度值一致或更大。完成以上法蘭加強環和螺栓的尺寸設計後，生產出相應的加強環和螺栓緊固件。
[0040]如果法蘭加強環的形式是非整圓的分片式，分片的數量和每片長度可以根據使用環境的法蘭載荷進行特定設計，可以選用長度相同的加強環分片，也可選用不等長的加強環分片。另外，在分片式法蘭加強環中，相鄰分片的接口部分為凹凸配合的搭接結構(如圖4所示的角型搭接結構或如圖5所示的矩形搭接結構)；或相鄰分片的接口面相互平行，且接口面均垂直於法蘭面或類法蘭面(如圖6所示)。
[0041]採用角型和矩形搭接結構的加強環分片，在安裝後加強環分片之間可以通過其搭接結構傳遞垂直於法蘭面方向上的力。但是在設計和製造搭接結構時需要對設計尺寸和加工精度做較高的要求，以保證其搭接結構的縫隙足夠小進而可以傳遞力。而對於相鄰分片的接口面相互平行且接口面均垂直於法蘭面的加強環分片，其無法傳遞垂直於法蘭面的力，但是設計、製造簡便，並且方便法蘭加強環的現場安裝，對於安裝精度要求低於前兩種。
[0042]在法蘭加強環安裝過程:首先將原始安裝的緊固件螺栓拆除，將法蘭加強環通過定位銷定位在法蘭面上，將緊固螺栓裝入螺栓孔，通過上緊工具將螺栓按要求上緊即可。
[0043]上述列舉了兩個固定管件間的法蘭連接形式，對於固定件和轉動件(如風力發電機組的塔筒與機艙、輪轂與風機葉片)之間，可以通過類法蘭(偏航軸承、變槳軸承)連接，其也會存在類似的問題。因此，該法蘭加強環也可用於與類法蘭配合。
[0044]如圖7所示，為現有技術中連接輪轂c (固定件)和風機葉片d(轉動件)的變槳軸承連接結構示意圖；連接結構包括變槳軸承4和螺栓51、52，其中螺栓51通過變槳軸承4的外環與輪轂c連接；螺栓52通過變槳軸承4的內環與風機葉片d相連。
[0045]經過改造後的連接結構如圖8所示，與圖7的不同之處在於，在與輪轂c配合的變槳軸承4外環的端面上加裝加強環3。
[0046]將上述具有加強環結構的法蘭或類法蘭連接結構應用於風力發電機組中，可以克服在役風力發電機組中的法蘭或類法蘭連接結構在原始設計中安全係數不足的問題，通過增強連接結構的強度和剛度，降低螺栓載荷，避免由其引起的事故，增強風力發電機組壽命O
[0047]最後應說明的是:以上所述僅為本實用新型的優選實施例而已，並不用於限制本實用新型，儘管參照前述實施例對本實用新型進行了詳細的說明，對於本領域的技術人員來說，其依然可以對前述實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換。凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種法蘭或類法蘭加強環，所述法蘭用於與螺栓配合連接兩個固定管件，所述類法蘭為軸承結構並用於與螺栓配合連接固定件和轉動件，所述法蘭、類法蘭上均設置有與螺栓配合的螺栓孔，其特徵在於: 所述加強環用於與法蘭面或類法蘭面配合，為整環結構或多個分片沿圓周方向依次配合組成的組合環狀結構，且整環結構、組合環狀結構上均設有與法蘭或類法蘭上的螺栓孔軸向對應一致的通孔。
2.根據權利要求1所述的法蘭或類法蘭加強環，其特徵在於，所述相鄰分片的接口部分為凹凸配合的搭接結構；或相鄰分片的接口面相互平行，且接口面均垂直於法蘭面或類法蘭面。
3.根據權利要求2所述的法蘭或類法蘭加強環，其特徵在於，所述搭接結構為角型搭接結構或矩形搭接結構。
4.一種法蘭或類法蘭連接結構，包括用於連接兩個固定管件的法蘭及螺栓，或用於連接固定件和轉動件的類法蘭及螺栓，其中類法蘭為軸承結構；其特徵在於，在法蘭面或類法蘭面上還增設有權利要求1-3任一項所述的加強環；對應地，所述螺栓長度的增加值等於或大於加強環的厚度。
5.根據權利要求4所述的法蘭或類法蘭連接結構，其特徵在於，所述用於連接固定件和轉動件的類法蘭為風力發電機組葉片變槳軸承，其中固定件為輪轂，轉動件為葉片，所述加強環設置在與輪轂配合的變槳軸承外環的端面。
6.根據權利要求4所述的法蘭或類法蘭連接結構，其特徵在於，所述軸承為風力發電機組偏航軸承。
7.一種風力發電機組，其特徵在於，含有權利要求4-6任一項所述的法蘭或類法蘭連接結構。
【文檔編號】F03D11/04GK203925894SQ201420348202
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年6月26日 優先權日:2014年6月26日
【發明者】嶽文彥, 吳湧, 嶽俊紅, 周雪琴, 段二順, 肖劍, 任淮輝, 曹建忠, 王紅豔, 陶鋼正 申請人:龍源（北京）風電工程技術有限公司