L型法蘭盤在風(fēng)力發(fā)電機上的應(yīng)用

關(guān)媛媛　劉大江　邢艷

摘 要 文章探討L型法蘭盤在風(fēng)力發(fā)電機上的應(yīng)用。采用三維軟件，對塔筒常規(guī)平型法蘭盤和L型法蘭盤的結(jié)構(gòu)進行受力分析，對比分析數(shù)據(jù)，分析L型法蘭盤的結(jié)構(gòu)特點。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，避免了法蘭盤在與塔體焊接時產(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兩種法蘭結(jié)構(gòu)進行受力分析是可行的，提出的意見可用于指導(dǎo)工程實踐。

關(guān)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(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）06-0077-02

風(fēng)力發(fā)電是新能源開發(fā)中技術(shù)最成熟、最具規(guī)?；虡I(yè)開發(fā)前景的發(fā)電方式，風(fēng)力發(fā)電將在未來能源的結(jié)構(gòu)中占有越來越重要的地位。風(fēng)力發(fā)電機是一種將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成電能的設(shè)備，隨著科學(xué)的進步和實踐經(jīng)驗的不斷增加，各科研院所和企業(yè)對風(fēng)力發(fā)電機的結(jié)構(gòu)進行了一系列的研究和改進，由此風(fēng)力發(fā)電機各組成部件在結(jié)構(gòu)和功能上都發(fā)生了很大變化，優(yōu)化結(jié)構(gòu)，改進功能，從而提高了風(fēng)力發(fā)電機的發(fā)電功能和安全運行。

塔筒是風(fēng)力發(fā)電機的一個重要的組成部分，它的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性直接影響著風(fēng)力發(fā)電機的運行安全。風(fēng)力發(fā)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(yīng)該有足夠的強度和剛度，是重要的承載部件，其設(shè)計水平直接影響風(fēng)力發(fā)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(jié)連接，現(xiàn)今風(fēng)力發(fā)電機塔筒的節(jié)與節(jié)之間連接方式是通過螺栓將焊接在塔筒每節(jié)端部的法蘭盤連接在一起，現(xiàn)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(yīng)力，會在連接部位造成應(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)問題，設(shè)計了一種L型法蘭盤，目的是使其焊接過程中產(chǎn)生的焊接殘余熱應(yīng)力降低到最低、焊接工業(yè)可實施性強、可提高風(fēng)力發(fā)電機組塔筒的安全性。

圖1 平型法蘭盤

1 L型法蘭盤結(jié)構(gòu)特點

L型法蘭盤結(jié)構(gòu)，見圖2。L型法蘭盤的拐角處設(shè)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(jié)果（見圖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，說明法蘭盤由常規(guī)的平型結(jié)構(gòu)換成L型法蘭結(jié)構(gòu)不影響整個塔筒的受力情況。

2）采用常規(guī)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(yīng)力集中，在塔筒工作過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，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(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L型法蘭時，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)電機塔筒的安全性。

參考文獻

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

[2]鐘方國，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)電機組開發(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型法蘭盤在風(fēng)力發(fā)電機上的應(yīng)用。采用三維軟件，對塔筒常規(guī)平型法蘭盤和L型法蘭盤的結(jié)構(gòu)進行受力分析，對比分析數(shù)據(jù)，分析L型法蘭盤的結(jié)構(gòu)特點。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，避免了法蘭盤在與塔體焊接時產(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兩種法蘭結(jié)構(gòu)進行受力分析是可行的，提出的意見可用于指導(dǎo)工程實踐。

關(guān)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(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）06-0077-02

風(fēng)力發(fā)電是新能源開發(fā)中技術(shù)最成熟、最具規(guī)?；虡I(yè)開發(fā)前景的發(fā)電方式，風(fēng)力發(fā)電將在未來能源的結(jié)構(gòu)中占有越來越重要的地位。風(fēng)力發(fā)電機是一種將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成電能的設(shè)備，隨著科學(xué)的進步和實踐經(jīng)驗的不斷增加，各科研院所和企業(yè)對風(fēng)力發(fā)電機的結(jié)構(gòu)進行了一系列的研究和改進，由此風(fēng)力發(fā)電機各組成部件在結(jié)構(gòu)和功能上都發(fā)生了很大變化，優(yōu)化結(jié)構(gòu)，改進功能，從而提高了風(fēng)力發(fā)電機的發(fā)電功能和安全運行。

塔筒是風(fēng)力發(fā)電機的一個重要的組成部分，它的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性直接影響著風(fēng)力發(fā)電機的運行安全。風(fēng)力發(fā)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(yīng)該有足夠的強度和剛度，是重要的承載部件，其設(shè)計水平直接影響風(fēng)力發(fā)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(jié)連接，現(xiàn)今風(fēng)力發(fā)電機塔筒的節(jié)與節(jié)之間連接方式是通過螺栓將焊接在塔筒每節(jié)端部的法蘭盤連接在一起，現(xiàn)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(yīng)力，會在連接部位造成應(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)問題，設(shè)計了一種L型法蘭盤，目的是使其焊接過程中產(chǎn)生的焊接殘余熱應(yīng)力降低到最低、焊接工業(yè)可實施性強、可提高風(fēng)力發(fā)電機組塔筒的安全性。

圖1 平型法蘭盤

1 L型法蘭盤結(jié)構(gòu)特點

L型法蘭盤結(jié)構(gòu)，見圖2。L型法蘭盤的拐角處設(shè)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(jié)果（見圖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，說明法蘭盤由常規(guī)的平型結(jié)構(gòu)換成L型法蘭結(jié)構(gòu)不影響整個塔筒的受力情況。

2）采用常規(guī)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(yīng)力集中，在塔筒工作過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，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(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L型法蘭時，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)電機塔筒的安全性。

參考文獻

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

[2]鐘方國，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)電機組開發(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型法蘭盤在風(fēng)力發(fā)電機上的應(yīng)用。采用三維軟件，對塔筒常規(guī)平型法蘭盤和L型法蘭盤的結(jié)構(gòu)進行受力分析，對比分析數(shù)據(jù)，分析L型法蘭盤的結(jié)構(gòu)特點。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，避免了法蘭盤在與塔體焊接時產(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兩種法蘭結(jié)構(gòu)進行受力分析是可行的，提出的意見可用于指導(dǎo)工程實踐。

關(guān)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(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）06-0077-02

風(fēng)力發(fā)電是新能源開發(fā)中技術(shù)最成熟、最具規(guī)?；虡I(yè)開發(fā)前景的發(fā)電方式，風(fēng)力發(fā)電將在未來能源的結(jié)構(gòu)中占有越來越重要的地位。風(fēng)力發(fā)電機是一種將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成電能的設(shè)備，隨著科學(xué)的進步和實踐經(jīng)驗的不斷增加，各科研院所和企業(yè)對風(fēng)力發(fā)電機的結(jié)構(gòu)進行了一系列的研究和改進，由此風(fēng)力發(fā)電機各組成部件在結(jié)構(gòu)和功能上都發(fā)生了很大變化，優(yōu)化結(jié)構(gòu)，改進功能，從而提高了風(fēng)力發(fā)電機的發(fā)電功能和安全運行。

塔筒是風(fēng)力發(fā)電機的一個重要的組成部分，它的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性直接影響著風(fēng)力發(fā)電機的運行安全。風(fēng)力發(fā)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(yīng)該有足夠的強度和剛度，是重要的承載部件，其設(shè)計水平直接影響風(fēng)力發(fā)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(jié)連接，現(xiàn)今風(fēng)力發(fā)電機塔筒的節(jié)與節(jié)之間連接方式是通過螺栓將焊接在塔筒每節(jié)端部的法蘭盤連接在一起，現(xiàn)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(yīng)力，會在連接部位造成應(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)問題，設(shè)計了一種L型法蘭盤，目的是使其焊接過程中產(chǎn)生的焊接殘余熱應(yīng)力降低到最低、焊接工業(yè)可實施性強、可提高風(fēng)力發(fā)電機組塔筒的安全性。

圖1 平型法蘭盤

1 L型法蘭盤結(jié)構(gòu)特點

L型法蘭盤結(jié)構(gòu)，見圖2。L型法蘭盤的拐角處設(shè)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(jié)果（見圖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，說明法蘭盤由常規(guī)的平型結(jié)構(gòu)換成L型法蘭結(jié)構(gòu)不影響整個塔筒的受力情況。

2）采用常規(guī)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(yīng)力集中，在塔筒工作過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，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(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L型法蘭時，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)電機塔筒的安全性。

參考文獻

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

[2]鐘方國，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)電機組開發(fā)中的應(yīng)用研究[J].新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)，2002（5）.endprint