L型法蘭盤(pán)在風(fēng)力發(fā)電機(jī)上的應(yīng)用

關(guān)媛媛　劉大江　邢艷

摘 要 文章探討L型法蘭盤(pán)在風(fēng)力發(fā)電機(jī)上的應(yīng)用。采用三維軟件，對(duì)塔筒常規(guī)平型法蘭盤(pán)和L型法蘭盤(pán)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力分析，對(duì)比分析數(shù)據(jù)，分析L型法蘭盤(pán)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。結(jié)果表明，在基礎(chǔ)條件相同的情況下，用L型法蘭連接時(shí)，避免了法蘭盤(pán)在與塔體焊接時(shí)產(chǎn)生的焊接殘余熱應(yīng)力在連接部位造成的應(yīng)力集中而導(dǎo)致塔筒失效。因此采用三維軟件對(duì)兩種法蘭結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力分析是可行的，提出的意見(jiàn)可用于指導(dǎo)工程實(shí)踐。

關(guān)鍵詞 塔筒；平型法蘭盤(pán)；L型法蘭盤(pán)；失效

中圖分類號(hào)：TM315 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）06-0077-02

風(fēng)力發(fā)電是新能源開(kāi)發(fā)中技術(shù)最成熟、最具規(guī)模化商業(yè)開(kāi)發(fā)前景的發(fā)電方式，風(fēng)力發(fā)電將在未來(lái)能源的結(jié)構(gòu)中占有越來(lái)越重要的地位。風(fēng)力發(fā)電機(jī)是一種將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成電能的設(shè)備，隨著科學(xué)的進(jìn)步和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的不斷增加，各科研院所和企業(yè)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了一系列的研究和改進(jìn)，由此風(fēng)力發(fā)電機(jī)各組成部件在結(jié)構(gòu)和功能上都發(fā)生了很大變化，優(yōu)化結(jié)構(gòu)，改進(jìn)功能，從而提高了風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)電功能和安全運(yùn)行。

塔筒是風(fēng)力發(fā)電機(jī)的一個(gè)重要的組成部分，它的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性直接影響著風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行安全。風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔筒主要用來(lái)支撐葉片和機(jī)艙，不僅要有一定的高度，更應(yīng)該有足夠的強(qiáng)度和剛度，是重要的承載部件，其設(shè)計(jì)水平直接影響風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工作性能和可靠性。塔筒高度從45米-100米不等，由于運(yùn)輸方面的種種限制決定了塔筒分節(jié)連接，現(xiàn)今風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔筒的節(jié)與節(jié)之間連接方式是通過(guò)螺栓將焊接在塔筒每節(jié)端部的法蘭盤(pán)連接在一起，現(xiàn)有的塔筒連接法蘭盤(pán)通用平型法蘭盤(pán)，如圖1所示，這種形式的法蘭盤(pán)在焊接工藝上需要在法蘭盤(pán)與筒體上開(kāi)平破口，并且由于法蘭盤(pán)在與筒體焊接時(shí)，存在焊接殘余熱應(yīng)力，會(huì)在連接部位造成應(yīng)力集中從而導(dǎo)致塔筒失效，甚至發(fā)生斷裂，產(chǎn)生非常嚴(yán)重的后果。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種L型法蘭盤(pán)，目的是使其焊接過(guò)程中產(chǎn)生的焊接殘余熱應(yīng)力降低到最低、焊接工業(yè)可實(shí)施性強(qiáng)、可提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔筒的安全性。

圖1 平型法蘭盤(pán)

1 L型法蘭盤(pán)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

L型法蘭盤(pán)結(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖2。L型法蘭盤(pán)的拐角處設(shè)有倒角，L型法蘭盤(pán)與每一段塔筒的端部焊接連接，兩端塔筒的L型法蘭盤(pán)通過(guò)螺栓連接在一起。

圖2 L型法蘭盤(pán)

2 對(duì)比兩種連接方式的受力分析結(jié)果（見(jiàn)圖3-圖6）

圖3 L型法蘭最大應(yīng)力圖

圖4 平型法蘭最大應(yīng)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(jié)果比較：L型法蘭連接形式：最大應(yīng)力值34.111 Mpa；最大變形量0.1316 mm。

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

3 結(jié)論

比較兩種結(jié)構(gòu)和分析結(jié)果，可以得出以下結(jié)論。

1）兩種結(jié)構(gòu)在約束條件相同，受力相同的情況下，最大應(yīng)力和最大變形量近似相等，說(shuō)明法蘭盤(pán)由常規(guī)的平型結(jié)構(gòu)換成L型法蘭結(jié)構(gòu)不影響整個(gè)塔筒的受力情況。

2）采用常規(guī)平型法蘭盤(pán)連接時(shí)，法蘭盤(pán)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(shí)施性較差，而且由于焊縫在法蘭盤(pán)與筒體的夾角處，容易形成應(yīng)力集中，在塔筒工作過(guò)程中收到交變載荷與剪應(yīng)力的作用下，及其容易發(fā)生斷裂。

3）采用L型法蘭連接時(shí)，法蘭盤(pán)與筒體的焊縫形式為對(duì)接，焊接坡口為雙“V”型，焊接工藝的可實(shí)時(shí)性強(qiáng)，同時(shí)由于焊縫在筒體上，避免了法蘭盤(pán)在與塔體焊接時(shí)，產(chǎn)生的焊接殘余熱應(yīng)力在連接部位造成的應(yīng)力集中而導(dǎo)致塔筒失效。

4）有倒角的L型法蘭盤(pán)可以避免在彎角處產(chǎn)生應(yīng)力集中的現(xiàn)想，避免了塔筒由于在法蘭夾角上存在應(yīng)力集中而導(dǎo)致的失效。

5）由于在設(shè)計(jì)L型法蘭時(shí)，法蘭的平面度及平型度做出規(guī)定，使塔筒的安裝變的容易，減少了人力物力，提高了風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔筒的安全性。

參考文獻(xiàn)

[1]袁玉琪，楊校生.風(fēng) 風(fēng)能 風(fēng)力發(fā)電[J].太陽(yáng)能.2002（2）.

[2]鐘方國(guó)，趙鴻漢.風(fēng)力發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀及復(fù)合材料在風(fēng)力發(fā)電上的應(yīng)用[J].纖維復(fù)合材料，2006（9）.

[3]Tony Burton.風(fēng)能技術(shù)[M].北京：科學(xué)出版社，2007.

[4]姜香梅.有限單元法在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用研究[J].新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)，2002（5）.endprint

摘 要 文章探討L型法蘭盤(pán)在風(fēng)力發(fā)電機(jī)上的應(yīng)用。采用三維軟件，對(duì)塔筒常規(guī)平型法蘭盤(pán)和L型法蘭盤(pán)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力分析，對(duì)比分析數(shù)據(jù)，分析L型法蘭盤(pán)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。結(jié)果表明，在基礎(chǔ)條件相同的情況下，用L型法蘭連接時(shí)，避免了法蘭盤(pán)在與塔體焊接時(shí)產(chǎn)生的焊接殘余熱應(yīng)力在連接部位造成的應(yīng)力集中而導(dǎo)致塔筒失效。因此采用三維軟件對(duì)兩種法蘭結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力分析是可行的，提出的意見(jiàn)可用于指導(dǎo)工程實(shí)踐。

關(guān)鍵詞 塔筒；平型法蘭盤(pán)；L型法蘭盤(pán)；失效

中圖分類號(hào)：TM315 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）06-0077-02

風(fēng)力發(fā)電是新能源開(kāi)發(fā)中技術(shù)最成熟、最具規(guī)模化商業(yè)開(kāi)發(fā)前景的發(fā)電方式，風(fēng)力發(fā)電將在未來(lái)能源的結(jié)構(gòu)中占有越來(lái)越重要的地位。風(fēng)力發(fā)電機(jī)是一種將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成電能的設(shè)備，隨著科學(xué)的進(jìn)步和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的不斷增加，各科研院所和企業(yè)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了一系列的研究和改進(jìn)，由此風(fēng)力發(fā)電機(jī)各組成部件在結(jié)構(gòu)和功能上都發(fā)生了很大變化，優(yōu)化結(jié)構(gòu)，改進(jìn)功能，從而提高了風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)電功能和安全運(yùn)行。

塔筒是風(fēng)力發(fā)電機(jī)的一個(gè)重要的組成部分，它的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性直接影響著風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行安全。風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔筒主要用來(lái)支撐葉片和機(jī)艙，不僅要有一定的高度，更應(yīng)該有足夠的強(qiáng)度和剛度，是重要的承載部件，其設(shè)計(jì)水平直接影響風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工作性能和可靠性。塔筒高度從45米-100米不等，由于運(yùn)輸方面的種種限制決定了塔筒分節(jié)連接，現(xiàn)今風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔筒的節(jié)與節(jié)之間連接方式是通過(guò)螺栓將焊接在塔筒每節(jié)端部的法蘭盤(pán)連接在一起，現(xiàn)有的塔筒連接法蘭盤(pán)通用平型法蘭盤(pán)，如圖1所示，這種形式的法蘭盤(pán)在焊接工藝上需要在法蘭盤(pán)與筒體上開(kāi)平破口，并且由于法蘭盤(pán)在與筒體焊接時(shí)，存在焊接殘余熱應(yīng)力，會(huì)在連接部位造成應(yīng)力集中從而導(dǎo)致塔筒失效，甚至發(fā)生斷裂，產(chǎn)生非常嚴(yán)重的后果。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種L型法蘭盤(pán)，目的是使其焊接過(guò)程中產(chǎn)生的焊接殘余熱應(yīng)力降低到最低、焊接工業(yè)可實(shí)施性強(qiáng)、可提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔筒的安全性。

圖1 平型法蘭盤(pán)

1 L型法蘭盤(pán)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

L型法蘭盤(pán)結(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖2。L型法蘭盤(pán)的拐角處設(shè)有倒角，L型法蘭盤(pán)與每一段塔筒的端部焊接連接，兩端塔筒的L型法蘭盤(pán)通過(guò)螺栓連接在一起。

圖2 L型法蘭盤(pán)

2 對(duì)比兩種連接方式的受力分析結(jié)果（見(jiàn)圖3-圖6）

圖3 L型法蘭最大應(yīng)力圖

圖4 平型法蘭最大應(yīng)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(jié)果比較：L型法蘭連接形式：最大應(yīng)力值34.111 Mpa；最大變形量0.1316 mm。

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

3 結(jié)論

比較兩種結(jié)構(gòu)和分析結(jié)果，可以得出以下結(jié)論。

1）兩種結(jié)構(gòu)在約束條件相同，受力相同的情況下，最大應(yīng)力和最大變形量近似相等，說(shuō)明法蘭盤(pán)由常規(guī)的平型結(jié)構(gòu)換成L型法蘭結(jié)構(gòu)不影響整個(gè)塔筒的受力情況。

2）采用常規(guī)平型法蘭盤(pán)連接時(shí)，法蘭盤(pán)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(shí)施性較差，而且由于焊縫在法蘭盤(pán)與筒體的夾角處，容易形成應(yīng)力集中，在塔筒工作過(guò)程中收到交變載荷與剪應(yīng)力的作用下，及其容易發(fā)生斷裂。

3）采用L型法蘭連接時(shí)，法蘭盤(pán)與筒體的焊縫形式為對(duì)接，焊接坡口為雙“V”型，焊接工藝的可實(shí)時(shí)性強(qiáng)，同時(shí)由于焊縫在筒體上，避免了法蘭盤(pán)在與塔體焊接時(shí)，產(chǎn)生的焊接殘余熱應(yīng)力在連接部位造成的應(yīng)力集中而導(dǎo)致塔筒失效。

4）有倒角的L型法蘭盤(pán)可以避免在彎角處產(chǎn)生應(yīng)力集中的現(xiàn)想，避免了塔筒由于在法蘭夾角上存在應(yīng)力集中而導(dǎo)致的失效。

5）由于在設(shè)計(jì)L型法蘭時(shí)，法蘭的平面度及平型度做出規(guī)定，使塔筒的安裝變的容易，減少了人力物力，提高了風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔筒的安全性。

參考文獻(xiàn)

[1]袁玉琪，楊校生.風(fēng) 風(fēng)能 風(fēng)力發(fā)電[J].太陽(yáng)能.2002（2）.

[2]鐘方國(guó)，趙鴻漢.風(fēng)力發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀及復(fù)合材料在風(fēng)力發(fā)電上的應(yīng)用[J].纖維復(fù)合材料，2006（9）.

[3]Tony Burton.風(fēng)能技術(shù)[M].北京：科學(xué)出版社，2007.

[4]姜香梅.有限單元法在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用研究[J].新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)，2002（5）.endprint

摘 要 文章探討L型法蘭盤(pán)在風(fēng)力發(fā)電機(jī)上的應(yīng)用。采用三維軟件，對(duì)塔筒常規(guī)平型法蘭盤(pán)和L型法蘭盤(pán)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力分析，對(duì)比分析數(shù)據(jù)，分析L型法蘭盤(pán)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。結(jié)果表明，在基礎(chǔ)條件相同的情況下，用L型法蘭連接時(shí)，避免了法蘭盤(pán)在與塔體焊接時(shí)產(chǎn)生的焊接殘余熱應(yīng)力在連接部位造成的應(yīng)力集中而導(dǎo)致塔筒失效。因此采用三維軟件對(duì)兩種法蘭結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力分析是可行的，提出的意見(jiàn)可用于指導(dǎo)工程實(shí)踐。

關(guān)鍵詞 塔筒；平型法蘭盤(pán)；L型法蘭盤(pán)；失效

中圖分類號(hào)：TM315 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）06-0077-02

風(fēng)力發(fā)電是新能源開(kāi)發(fā)中技術(shù)最成熟、最具規(guī)模化商業(yè)開(kāi)發(fā)前景的發(fā)電方式，風(fēng)力發(fā)電將在未來(lái)能源的結(jié)構(gòu)中占有越來(lái)越重要的地位。風(fēng)力發(fā)電機(jī)是一種將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成電能的設(shè)備，隨著科學(xué)的進(jìn)步和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的不斷增加，各科研院所和企業(yè)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了一系列的研究和改進(jìn)，由此風(fēng)力發(fā)電機(jī)各組成部件在結(jié)構(gòu)和功能上都發(fā)生了很大變化，優(yōu)化結(jié)構(gòu)，改進(jìn)功能，從而提高了風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)電功能和安全運(yùn)行。

塔筒是風(fēng)力發(fā)電機(jī)的一個(gè)重要的組成部分，它的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性直接影響著風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行安全。風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔筒主要用來(lái)支撐葉片和機(jī)艙，不僅要有一定的高度，更應(yīng)該有足夠的強(qiáng)度和剛度，是重要的承載部件，其設(shè)計(jì)水平直接影響風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工作性能和可靠性。塔筒高度從45米-100米不等，由于運(yùn)輸方面的種種限制決定了塔筒分節(jié)連接，現(xiàn)今風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔筒的節(jié)與節(jié)之間連接方式是通過(guò)螺栓將焊接在塔筒每節(jié)端部的法蘭盤(pán)連接在一起，現(xiàn)有的塔筒連接法蘭盤(pán)通用平型法蘭盤(pán)，如圖1所示，這種形式的法蘭盤(pán)在焊接工藝上需要在法蘭盤(pán)與筒體上開(kāi)平破口，并且由于法蘭盤(pán)在與筒體焊接時(shí)，存在焊接殘余熱應(yīng)力，會(huì)在連接部位造成應(yīng)力集中從而導(dǎo)致塔筒失效，甚至發(fā)生斷裂，產(chǎn)生非常嚴(yán)重的后果。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種L型法蘭盤(pán)，目的是使其焊接過(guò)程中產(chǎn)生的焊接殘余熱應(yīng)力降低到最低、焊接工業(yè)可實(shí)施性強(qiáng)、可提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔筒的安全性。

圖1 平型法蘭盤(pán)

1 L型法蘭盤(pán)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

L型法蘭盤(pán)結(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖2。L型法蘭盤(pán)的拐角處設(shè)有倒角，L型法蘭盤(pán)與每一段塔筒的端部焊接連接，兩端塔筒的L型法蘭盤(pán)通過(guò)螺栓連接在一起。

圖2 L型法蘭盤(pán)

2 對(duì)比兩種連接方式的受力分析結(jié)果（見(jiàn)圖3-圖6）

圖3 L型法蘭最大應(yīng)力圖

圖4 平型法蘭最大應(yīng)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(jié)果比較：L型法蘭連接形式：最大應(yīng)力值34.111 Mpa；最大變形量0.1316 mm。

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

3 結(jié)論

比較兩種結(jié)構(gòu)和分析結(jié)果，可以得出以下結(jié)論。

1）兩種結(jié)構(gòu)在約束條件相同，受力相同的情況下，最大應(yīng)力和最大變形量近似相等，說(shuō)明法蘭盤(pán)由常規(guī)的平型結(jié)構(gòu)換成L型法蘭結(jié)構(gòu)不影響整個(gè)塔筒的受力情況。

2）采用常規(guī)平型法蘭盤(pán)連接時(shí)，法蘭盤(pán)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(shí)施性較差，而且由于焊縫在法蘭盤(pán)與筒體的夾角處，容易形成應(yīng)力集中，在塔筒工作過(guò)程中收到交變載荷與剪應(yīng)力的作用下，及其容易發(fā)生斷裂。

3）采用L型法蘭連接時(shí)，法蘭盤(pán)與筒體的焊縫形式為對(duì)接，焊接坡口為雙“V”型，焊接工藝的可實(shí)時(shí)性強(qiáng)，同時(shí)由于焊縫在筒體上，避免了法蘭盤(pán)在與塔體焊接時(shí)，產(chǎn)生的焊接殘余熱應(yīng)力在連接部位造成的應(yīng)力集中而導(dǎo)致塔筒失效。

4）有倒角的L型法蘭盤(pán)可以避免在彎角處產(chǎn)生應(yīng)力集中的現(xiàn)想，避免了塔筒由于在法蘭夾角上存在應(yīng)力集中而導(dǎo)致的失效。

5）由于在設(shè)計(jì)L型法蘭時(shí)，法蘭的平面度及平型度做出規(guī)定，使塔筒的安裝變的容易，減少了人力物力，提高了風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔筒的安全性。

參考文獻(xiàn)

[1]袁玉琪，楊校生.風(fēng) 風(fēng)能 風(fēng)力發(fā)電[J].太陽(yáng)能.2002（2）.

[2]鐘方國(guó)，趙鴻漢.風(fēng)力發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀及復(fù)合材料在風(fēng)力發(fā)電上的應(yīng)用[J].纖維復(fù)合材料，2006（9）.

[3]Tony Burton.風(fēng)能技術(shù)[M].北京：科學(xué)出版社，2007.

[4]姜香梅.有限單元法在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用研究[J].新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)，2002（5）.endprint