L型法蘭盤在風力發電機上的應用

關媛媛　劉大江　邢艷

摘 要 文章探討L型法蘭盤在風力發電機上的應用。采用三維軟件，對塔筒常規平型法蘭盤和L型法蘭盤的結構進行受力分析，對比分析數據，分析L型法蘭盤的結構特點。結果表明，在基礎條件相同的情況下，用L型法蘭連接時，避免了法蘭盤在與塔體焊接時產生的焊接殘余熱應力在連接部位造成的應力集中而導致塔筒失效。因此采用三維軟件對兩種法蘭結構進行受力分析是可行的，提出的意見可用于指導工程實踐。

關鍵詞 塔筒；平型法蘭盤；L型法蘭盤；失效

中圖分類號：TM315 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）06-0077-02

風力發電是新能源開發中技術最成熟、最具規模化商業開發前景的發電方式，風力發電將在未來能源的結構中占有越來越重要的地位。風力發電機是一種將風能轉換成電能的設備，隨著科學的進步和實踐經驗的不斷增加，各科研院所和企業對風力發電機的結構進行了一系列的研究和改進，由此風力發電機各組成部件在結構和功能上都發生了很大變化，優化結構，改進功能，從而提高了風力發電機的發電功能和安全運行。

塔筒是風力發電機的一個重要的組成部分，它的結構穩定性直接影響著風力發電機的運行安全。風力發電機塔筒主要用來支撐葉片和機艙，不僅要有一定的高度，更應該有足夠的強度和剛度，是重要的承載部件，其設計水平直接影響風力發電機的工作性能和可靠性。塔筒高度從45米-100米不等，由于運輸方面的種種限制決定了塔筒分節連接，現今風力發電機塔筒的節與節之間連接方式是通過螺栓將焊接在塔筒每節端部的法蘭盤連接在一起，現有的塔筒連接法蘭盤通用平型法蘭盤，如圖1所示，這種形式的法蘭盤在焊接工藝上需要在法蘭盤與筒體上開平破口，并且由于法蘭盤在與筒體焊接時，存在焊接殘余熱應力，會在連接部位造成應力集中從而導致塔筒失效，甚至發生斷裂，產生非常嚴重的后果。

為了解決上述技術問題，設計了一種L型法蘭盤，目的是使其焊接過程中產生的焊接殘余熱應力降低到最低、焊接工業可實施性強、可提高風力發電機組塔筒的安全性。

圖1 平型法蘭盤

1 L型法蘭盤結構特點

L型法蘭盤結構，見圖2。L型法蘭盤的拐角處設有倒角，L型法蘭盤與每一段塔筒的端部焊接連接，兩端塔筒的L型法蘭盤通過螺栓連接在一起。

圖2 L型法蘭盤

2 對比兩種連接方式的受力分析結果（見圖3-圖6）

圖3 L型法蘭最大應力圖

圖4 平型法蘭最大應力圖

圖5 L型法蘭最大變形圖

圖6 平型法蘭最大變形圖

結果比較：L型法蘭連接形式：最大應力值34.111 Mpa；最大變形量0.1316 mm。

平型法蘭連接形式：最大應力值37.516 Mpa；最大變形量0.1489 mm。

3 結論

比較兩種結構和分析結果，可以得出以下結論。

1）兩種結構在約束條件相同，受力相同的情況下，最大應力和最大變形量近似相等，說明法蘭盤由常規的平型結構換成L型法蘭結構不影響整個塔筒的受力情況。

2）采用常規平型法蘭盤連接時，法蘭盤與筒體的焊縫形式為搭接，焊接坡口為“V”型，焊接工藝的可實施性較差，而且由于焊縫在法蘭盤與筒體的夾角處，容易形成應力集中，在塔筒工作過程中收到交變載荷與剪應力的作用下，及其容易發生斷裂。

3）采用L型法蘭連接時，法蘭盤與筒體的焊縫形式為對接，焊接坡口為雙“V”型，焊接工藝的可實時性強，同時由于焊縫在筒體上，避免了法蘭盤在與塔體焊接時，產生的焊接殘余熱應力在連接部位造成的應力集中而導致塔筒失效。

4）有倒角的L型法蘭盤可以避免在彎角處產生應力集中的現想，避免了塔筒由于在法蘭夾角上存在應力集中而導致的失效。

5）由于在設計L型法蘭時，法蘭的平面度及平型度做出規定，使塔筒的安裝變的容易，減少了人力物力，提高了風力發電機塔筒的安全性。

參考文獻

[1]袁玉琪，楊校生.風 風能 風力發電[J].太陽能.2002（2）.

[2]鐘方國，趙鴻漢.風力發電發展現狀及復合材料在風力發電上的應用[J].纖維復合材料，2006（9）.

[3]Tony Burton.風能技術[M].北京：科學出版社，2007.

[4]姜香梅.有限單元法在風力發電機組開發中的應用研究[J].新疆農業大學，2002（5）.endprint

摘 要 文章探討L型法蘭盤在風力發電機上的應用。采用三維軟件，對塔筒常規平型法蘭盤和L型法蘭盤的結構進行受力分析，對比分析數據，分析L型法蘭盤的結構特點。結果表明，在基礎條件相同的情況下，用L型法蘭連接時，避免了法蘭盤在與塔體焊接時產生的焊接殘余熱應力在連接部位造成的應力集中而導致塔筒失效。因此采用三維軟件對兩種法蘭結構進行受力分析是可行的，提出的意見可用于指導工程實踐。

關鍵詞 塔筒；平型法蘭盤；L型法蘭盤；失效

中圖分類號：TM315 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）06-0077-02

風力發電是新能源開發中技術最成熟、最具規模化商業開發前景的發電方式，風力發電將在未來能源的結構中占有越來越重要的地位。風力發電機是一種將風能轉換成電能的設備，隨著科學的進步和實踐經驗的不斷增加，各科研院所和企業對風力發電機的結構進行了一系列的研究和改進，由此風力發電機各組成部件在結構和功能上都發生了很大變化，優化結構，改進功能，從而提高了風力發電機的發電功能和安全運行。

塔筒是風力發電機的一個重要的組成部分，它的結構穩定性直接影響著風力發電機的運行安全。風力發電機塔筒主要用來支撐葉片和機艙，不僅要有一定的高度，更應該有足夠的強度和剛度，是重要的承載部件，其設計水平直接影響風力發電機的工作性能和可靠性。塔筒高度從45米-100米不等，由于運輸方面的種種限制決定了塔筒分節連接，現今風力發電機塔筒的節與節之間連接方式是通過螺栓將焊接在塔筒每節端部的法蘭盤連接在一起，現有的塔筒連接法蘭盤通用平型法蘭盤，如圖1所示，這種形式的法蘭盤在焊接工藝上需要在法蘭盤與筒體上開平破口，并且由于法蘭盤在與筒體焊接時，存在焊接殘余熱應力，會在連接部位造成應力集中從而導致塔筒失效，甚至發生斷裂，產生非常嚴重的后果。

為了解決上述技術問題，設計了一種L型法蘭盤，目的是使其焊接過程中產生的焊接殘余熱應力降低到最低、焊接工業可實施性強、可提高風力發電機組塔筒的安全性。

圖1 平型法蘭盤

1 L型法蘭盤結構特點

L型法蘭盤結構，見圖2。L型法蘭盤的拐角處設有倒角，L型法蘭盤與每一段塔筒的端部焊接連接，兩端塔筒的L型法蘭盤通過螺栓連接在一起。

圖2 L型法蘭盤

2 對比兩種連接方式的受力分析結果（見圖3-圖6）

圖3 L型法蘭最大應力圖

圖4 平型法蘭最大應力圖

圖5 L型法蘭最大變形圖

圖6 平型法蘭最大變形圖

結果比較：L型法蘭連接形式：最大應力值34.111 Mpa；最大變形量0.1316 mm。

平型法蘭連接形式：最大應力值37.516 Mpa；最大變形量0.1489 mm。

3 結論

比較兩種結構和分析結果，可以得出以下結論。

1）兩種結構在約束條件相同，受力相同的情況下，最大應力和最大變形量近似相等，說明法蘭盤由常規的平型結構換成L型法蘭結構不影響整個塔筒的受力情況。

2）采用常規平型法蘭盤連接時，法蘭盤與筒體的焊縫形式為搭接，焊接坡口為“V”型，焊接工藝的可實施性較差，而且由于焊縫在法蘭盤與筒體的夾角處，容易形成應力集中，在塔筒工作過程中收到交變載荷與剪應力的作用下，及其容易發生斷裂。

3）采用L型法蘭連接時，法蘭盤與筒體的焊縫形式為對接，焊接坡口為雙“V”型，焊接工藝的可實時性強，同時由于焊縫在筒體上，避免了法蘭盤在與塔體焊接時，產生的焊接殘余熱應力在連接部位造成的應力集中而導致塔筒失效。

4）有倒角的L型法蘭盤可以避免在彎角處產生應力集中的現想，避免了塔筒由于在法蘭夾角上存在應力集中而導致的失效。

5）由于在設計L型法蘭時，法蘭的平面度及平型度做出規定，使塔筒的安裝變的容易，減少了人力物力，提高了風力發電機塔筒的安全性。

參考文獻

[1]袁玉琪，楊校生.風 風能 風力發電[J].太陽能.2002（2）.

[2]鐘方國，趙鴻漢.風力發電發展現狀及復合材料在風力發電上的應用[J].纖維復合材料，2006（9）.

[3]Tony Burton.風能技術[M].北京：科學出版社，2007.

[4]姜香梅.有限單元法在風力發電機組開發中的應用研究[J].新疆農業大學，2002（5）.endprint

摘 要 文章探討L型法蘭盤在風力發電機上的應用。采用三維軟件，對塔筒常規平型法蘭盤和L型法蘭盤的結構進行受力分析，對比分析數據，分析L型法蘭盤的結構特點。結果表明，在基礎條件相同的情況下，用L型法蘭連接時，避免了法蘭盤在與塔體焊接時產生的焊接殘余熱應力在連接部位造成的應力集中而導致塔筒失效。因此采用三維軟件對兩種法蘭結構進行受力分析是可行的，提出的意見可用于指導工程實踐。

關鍵詞 塔筒；平型法蘭盤；L型法蘭盤；失效

中圖分類號：TM315 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）06-0077-02

風力發電是新能源開發中技術最成熟、最具規模化商業開發前景的發電方式，風力發電將在未來能源的結構中占有越來越重要的地位。風力發電機是一種將風能轉換成電能的設備，隨著科學的進步和實踐經驗的不斷增加，各科研院所和企業對風力發電機的結構進行了一系列的研究和改進，由此風力發電機各組成部件在結構和功能上都發生了很大變化，優化結構，改進功能，從而提高了風力發電機的發電功能和安全運行。

塔筒是風力發電機的一個重要的組成部分，它的結構穩定性直接影響著風力發電機的運行安全。風力發電機塔筒主要用來支撐葉片和機艙，不僅要有一定的高度，更應該有足夠的強度和剛度，是重要的承載部件，其設計水平直接影響風力發電機的工作性能和可靠性。塔筒高度從45米-100米不等，由于運輸方面的種種限制決定了塔筒分節連接，現今風力發電機塔筒的節與節之間連接方式是通過螺栓將焊接在塔筒每節端部的法蘭盤連接在一起，現有的塔筒連接法蘭盤通用平型法蘭盤，如圖1所示，這種形式的法蘭盤在焊接工藝上需要在法蘭盤與筒體上開平破口，并且由于法蘭盤在與筒體焊接時，存在焊接殘余熱應力，會在連接部位造成應力集中從而導致塔筒失效，甚至發生斷裂，產生非常嚴重的后果。

為了解決上述技術問題，設計了一種L型法蘭盤，目的是使其焊接過程中產生的焊接殘余熱應力降低到最低、焊接工業可實施性強、可提高風力發電機組塔筒的安全性。

圖1 平型法蘭盤

1 L型法蘭盤結構特點

L型法蘭盤結構，見圖2。L型法蘭盤的拐角處設有倒角，L型法蘭盤與每一段塔筒的端部焊接連接，兩端塔筒的L型法蘭盤通過螺栓連接在一起。

圖2 L型法蘭盤

2 對比兩種連接方式的受力分析結果（見圖3-圖6）

圖3 L型法蘭最大應力圖

圖4 平型法蘭最大應力圖

圖5 L型法蘭最大變形圖

圖6 平型法蘭最大變形圖

結果比較：L型法蘭連接形式：最大應力值34.111 Mpa；最大變形量0.1316 mm。

平型法蘭連接形式：最大應力值37.516 Mpa；最大變形量0.1489 mm。

3 結論

比較兩種結構和分析結果，可以得出以下結論。

1）兩種結構在約束條件相同，受力相同的情況下，最大應力和最大變形量近似相等，說明法蘭盤由常規的平型結構換成L型法蘭結構不影響整個塔筒的受力情況。

2）采用常規平型法蘭盤連接時，法蘭盤與筒體的焊縫形式為搭接，焊接坡口為“V”型，焊接工藝的可實施性較差，而且由于焊縫在法蘭盤與筒體的夾角處，容易形成應力集中，在塔筒工作過程中收到交變載荷與剪應力的作用下，及其容易發生斷裂。

3）采用L型法蘭連接時，法蘭盤與筒體的焊縫形式為對接，焊接坡口為雙“V”型，焊接工藝的可實時性強，同時由于焊縫在筒體上，避免了法蘭盤在與塔體焊接時，產生的焊接殘余熱應力在連接部位造成的應力集中而導致塔筒失效。

4）有倒角的L型法蘭盤可以避免在彎角處產生應力集中的現想，避免了塔筒由于在法蘭夾角上存在應力集中而導致的失效。

5）由于在設計L型法蘭時，法蘭的平面度及平型度做出規定，使塔筒的安裝變的容易，減少了人力物力，提高了風力發電機塔筒的安全性。

參考文獻

[1]袁玉琪，楊校生.風 風能 風力發電[J].太陽能.2002（2）.

[2]鐘方國，趙鴻漢.風力發電發展現狀及復合材料在風力發電上的應用[J].纖維復合材料，2006（9）.

[3]Tony Burton.風能技術[M].北京：科學出版社，2007.

[4]姜香梅.有限單元法在風力發電機組開發中的應用研究[J].新疆農業大學，2002（5）.endprint