一種法蘭或類法蘭加強(qiáng)環(huán)、連接結(jié)構(gòu)及風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種法蘭或類法蘭加強(qiáng)環(huán)及含有該加強(qiáng)環(huán)的法蘭或類法蘭連接結(jié)構(gòu)，所述法蘭用于與螺栓配合連接兩個(gè)固定管件，所述類法蘭為軸承結(jié)構(gòu)并用于與螺栓配合連接固定件和轉(zhuǎn)動(dòng)件，所述法蘭、類法蘭上均設(shè)置有與螺栓配合的螺栓孔，所述加強(qiáng)環(huán)用于與法蘭面或類法蘭面配合，為整環(huán)結(jié)構(gòu)或多個(gè)分片沿圓周方向依次配合組成的組合環(huán)狀結(jié)構(gòu)，且整環(huán)結(jié)構(gòu)、組合環(huán)狀結(jié)構(gòu)上均設(shè)有與法蘭或類法蘭上的螺栓孔軸向?qū)?yīng)一致的通孔。上述加強(qiáng)環(huán)可以增強(qiáng)現(xiàn)有的法蘭或類法蘭連接結(jié)構(gòu)剛度、強(qiáng)度以及減小螺栓載荷，進(jìn)而提高連接結(jié)構(gòu)壽命。本實(shí)用新型還公開了含有上述連接結(jié)構(gòu)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，可以避免螺栓斷裂導(dǎo)致的事故，運(yùn)行穩(wěn)定性好。
【專利說明】—種法蘭或類法蘭加強(qiáng)環(huán)、連接結(jié)構(gòu)及風(fēng)力發(fā)電機(jī)組

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及法蘭連接領(lǐng)域，具體地，涉及一種法蘭或類法蘭加強(qiáng)環(huán)、含有該加強(qiáng)環(huán)的法蘭或類法蘭連接結(jié)構(gòu)及含有該連接結(jié)構(gòu)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中，法蘭是使用廣泛的重要連接部件。風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔筒段之間、塔筒與基礎(chǔ)環(huán)、塔筒與機(jī)艙、輪轂與風(fēng)機(jī)葉片，大多使用法蘭或類法蘭(軸承)通過高強(qiáng)螺栓的方式連接，特別是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片的連接方式大多都是輪轂-變槳軸承-葉片-高強(qiáng)螺栓的方式連接，對(duì)于此部位的類法蘭(變槳軸承)_高強(qiáng)螺栓連接來講，其設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)形式適應(yīng)于承受軸向載荷及徑向載荷，對(duì)于彎矩形式的交變及沖擊載荷其承受能力相對(duì)前兩種載荷要要弱。目前在運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)多起葉片變槳軸承位置的高強(qiáng)螺栓斷裂導(dǎo)致的事故，如果螺栓斷裂發(fā)現(xiàn)不及時(shí)會(huì)帶來連鎖的對(duì)風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)損傷更大的事故。高強(qiáng)螺栓失效的原因與連接部位的結(jié)構(gòu)鋼度有直接關(guān)系，當(dāng)結(jié)構(gòu)鋼度不足時(shí)會(huì)在載荷較大時(shí)使連接高強(qiáng)螺栓受到的載荷不均勻，從而使部分螺栓產(chǎn)生過量變形甚至發(fā)生塑性變形，由此結(jié)構(gòu)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(duì)上述問題，對(duì)于法蘭或類法蘭(軸承)-高強(qiáng)螺栓的增強(qiáng)措施一般可以采用以下幾種方式: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(jìn)而提高整個(gè)結(jié)構(gòu)的剛度；第二種方式:選用直徑更大的高強(qiáng)螺栓，通過增加高強(qiáng)螺栓的剛度來增強(qiáng)結(jié)構(gòu)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(qiáng)結(jié)構(gòu)鋼度，其需要重新設(shè)計(jì)并生產(chǎn)相應(yīng)的法蘭或軸承，對(duì)于在役的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的改造需要很大的工作量，并且整個(gè)加強(qiáng)改造成本高，難于廣泛推廣，更適用于新建機(jī)組不太適用于在役機(jī)組的改造。
[0005]以上第二種方式，通過選用大直徑的高強(qiáng)螺栓的方法需要同時(shí)改造高強(qiáng)螺栓對(duì)應(yīng)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(duì)于已經(jīng)在用的法蘭或類法蘭連接結(jié)構(gòu)件進(jìn)行增強(qiáng)的措施和方法比較缺乏，常常是通過對(duì)法蘭件進(jìn)行再設(shè)計(jì)更換來完成的，而且對(duì)于成熟的法蘭或類法蘭產(chǎn)品經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)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(jié)構(gòu)剛度和強(qiáng)度的方式。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0007]本實(shí)用新型的目的在于提供一種法蘭或類法蘭加強(qiáng)環(huán)，以增強(qiáng)現(xiàn)有的法蘭或類法蘭連接結(jié)構(gòu)剛度、強(qiáng)度以及減小螺栓載荷，進(jìn)而提高連接結(jié)構(gòu)壽命。
[0008]本實(shí)用新型的第二個(gè)目的在于提供一種法蘭或類法蘭連接結(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)剛度、強(qiáng)度強(qiáng)和螺栓載荷小的特點(diǎn)，壽命較長。
[0009]本實(shí)用新型的第三個(gè)目的在于提供一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，以避免螺栓斷裂導(dǎo)致的事故,運(yùn)行穩(wěn)定性好。
[0010]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案:
[0011]一種法蘭或類法蘭加強(qiáng)環(huán)，所述法蘭用于與螺栓配合連接兩個(gè)固定管件，所述類法蘭為軸承結(jié)構(gòu)并用于與螺栓配合連接固定件和轉(zhuǎn)動(dòng)件，所述法蘭、類法蘭上均設(shè)置有與螺栓配合的螺栓孔，所述加強(qiáng)環(huán)用于與法蘭面或類法蘭面配合，為整環(huán)結(jié)構(gòu)或多個(gè)分片沿圓周方向依次配合組成的組合環(huán)狀結(jié)構(gòu)，且整環(huán)結(jié)構(gòu)、組合環(huán)狀結(jié)構(gòu)上均設(shè)有與法蘭或類法蘭上的螺栓孔軸向?qū)?yīng)一致的通孔。
[0012]進(jìn)一步地，所述相鄰分片的接口部分為凹凸配合的搭接結(jié)構(gòu)；或相鄰分片的接口面相互平行，且接口面均垂直于法蘭面或類法蘭面。
[0013]進(jìn)一步地，所述搭接結(jié)構(gòu)為角型搭接結(jié)構(gòu)或矩形搭接結(jié)構(gòu)。
[0014]一種法蘭或類法蘭連接結(jié)構(gòu)，包括用于連接兩個(gè)固定管件的法蘭及螺栓，或用于連接固定件和轉(zhuǎn)動(dòng)件的類法蘭及螺栓，其中類法蘭為軸承結(jié)構(gòu)；在法蘭面或類法蘭面上還增設(shè)有上述的加強(qiáng)環(huán)；對(duì)應(yīng)地，所述螺栓長度的增加值等于或大于加強(qiáng)環(huán)的厚度。
[0015]進(jìn)一步地，所述用于連接固定件和轉(zhuǎn)動(dòng)件的類法蘭為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片變槳軸承，其中固定件為輪轂，轉(zhuǎn)動(dòng)件為葉片，所述加強(qiáng)環(huán)設(shè)置在與輪轂配合的變槳軸承外環(huán)的端面。
[0016]進(jìn)一步地，所述軸承為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組偏航軸承。
[0017]一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，含有上述的法蘭或類法蘭連接結(jié)構(gòu)。
[0018]通過采用上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型具有如下有益效果:
[0019]1、本實(shí)用新型采用一種整環(huán)或者分片式的組合環(huán)狀結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)環(huán)，可以對(duì)已經(jīng)在用的法蘭或類法蘭連接結(jié)構(gòu)進(jìn)行后期加固，彌補(bǔ)原始設(shè)計(jì)的強(qiáng)度不足、變形過大等問題，且可避免重新設(shè)計(jì)并更換成本過高的問題。
[0020]2、通過在法蘭或類法蘭連接結(jié)構(gòu)加裝加強(qiáng)環(huán)，具有增強(qiáng)法蘭或類法蘭(軸承)連接結(jié)構(gòu)剛度、強(qiáng)度以及減小緊固螺栓載荷的效果，進(jìn)而提高了連接結(jié)構(gòu)的壽命。通過加裝法蘭加強(qiáng)環(huán)的方式來增強(qiáng)結(jié)構(gòu)剛度和強(qiáng)度，均攤螺栓載荷，其安裝難度小，僅需相應(yīng)增長螺栓的長度，并且總體成本低于【背景技術(shù)】中提到的兩種方式，具有很好的推廣操作性和經(jīng)濟(jì)性。
[0021]3、通過將現(xiàn)有的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的法蘭或類法蘭連接結(jié)構(gòu)加裝加強(qiáng)環(huán)，具有制造安裝便捷，并且能夠在不改變?cè)荚O(shè)計(jì)的情況下有效增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的剛度和強(qiáng)度，最終達(dá)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(jìn)而避免螺栓斷裂導(dǎo)致的事故，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性好。
[0022]4、采用角型和矩形搭接結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)環(huán)分片，在安裝后加強(qiáng)環(huán)分片之間可以通過其搭接結(jié)構(gòu)傳遞垂直于法蘭面方向上的力，可進(jìn)一步分擔(dān)螺栓載荷。
[0023]5、對(duì)于相鄰分片的接口面相互平行且接口面均垂直于法蘭面或類法蘭面的加強(qiáng)環(huán)分片，其具有設(shè)計(jì)、制造簡便的特點(diǎn)，且現(xiàn)場(chǎng)安裝精度要求較低。
[0024]下面通過附圖和實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1為未安裝加強(qiáng)環(huán)的法蘭連接結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖2為安裝加強(qiáng)環(huán)的法蘭連接結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖3為組合環(huán)狀結(jié)構(gòu)的法蘭加強(qiáng)環(huán)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖4為角型搭接加強(qiáng)環(huán)分片結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖5為矩形搭接加強(qiáng)環(huán)分片結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖6為相鄰分片的接口面相互平行的加強(qiáng)環(huán)分片結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖7為未安裝加強(qiáng)環(huán)的類法蘭(風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳軸承)連接結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖8為安裝加強(qiáng)環(huán)的類法蘭(風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳軸承)的連接結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0033]以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行說明，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的優(yōu)選實(shí)施例僅用于說明和解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。
[0034]為了方便理解，現(xiàn)對(duì)本實(shí)用新型中涉及到的部分術(shù)語進(jìn)行說明:
[0035]法蘭:其用于與螺栓配合連接兩個(gè)固定管件；類法蘭:為軸承結(jié)構(gòu)并用于與螺栓配合連接固定件和轉(zhuǎn)動(dòng)件。兩者均設(shè)置有與螺栓配合的螺栓孔。以風(fēng)力發(fā)電機(jī)組為例，其中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的多個(gè)塔筒段、塔筒與基礎(chǔ)環(huán)均為固定管件，可通過法蘭連接；塔筒與機(jī)艙、輪轂與風(fēng)機(jī)葉片，均為固定件和轉(zhuǎn)動(dòng)件，可通過類法蘭(軸承)連接。
[0036]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中連接兩個(gè)固定管件a、b的法蘭連接結(jié)構(gòu)示意圖；法蘭連接結(jié)構(gòu)包括:法蘭I及螺栓2，兩個(gè)固定管件a、b通過法蘭I及與法蘭I配合的多個(gè)螺栓2連接起來。法蘭I上設(shè)置有多個(gè)與螺栓2配合的螺栓孔(圖中未示出)。該種連接結(jié)構(gòu)存在的問題是，結(jié)構(gòu)剛度不足，螺栓載荷不均勻，導(dǎo)致壽命縮短，重新設(shè)計(jì)法蘭連接結(jié)構(gòu)則更換成本過聞。
[0037]針對(duì)上述問題，本實(shí)施例提供了一種增強(qiáng)裝置，即一種法蘭加強(qiáng)環(huán)，通過加裝該加強(qiáng)環(huán)，可以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)剛度和強(qiáng)度。
[0038]如圖2所示，為加裝了法蘭加強(qiáng)環(huán)3的法蘭連接結(jié)構(gòu)。該法蘭加強(qiáng)環(huán)3用于與法蘭面配合，其結(jié)構(gòu)形式可以為整環(huán)結(jié)構(gòu)或多個(gè)分片31沿圓周方向依次配合組成的組合環(huán)狀結(jié)構(gòu)，且整環(huán)結(jié)構(gòu)、組合環(huán)狀結(jié)構(gòu)上均設(shè)有與法蘭上的螺栓孔軸向?qū)?yīng)一致的通孔32(配合圖3所示)。
[0039]對(duì)于法蘭加強(qiáng)環(huán)的設(shè)計(jì)使用基本流程如下:首先在使用法蘭加強(qiáng)環(huán)之前需要根據(jù)其安裝對(duì)應(yīng)法蘭的尺寸參數(shù)設(shè)計(jì)法蘭加強(qiáng)環(huán)的尺寸，加強(qiáng)環(huán)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(jù)所要增強(qiáng)的強(qiáng)度選擇法蘭加強(qiáng)環(huán)的厚度值。然后根據(jù)原始緊固件螺栓的規(guī)格和長度設(shè)計(jì)法蘭加強(qiáng)環(huán)對(duì)應(yīng)的新螺栓的尺寸參數(shù)，螺栓規(guī)格和等級(jí)不變，長度尺寸增加值與法蘭加強(qiáng)環(huán)的厚度值一致或更大。完成以上法蘭加強(qiáng)環(huán)和螺栓的尺寸設(shè)計(jì)后，生產(chǎn)出相應(yīng)的加強(qiáng)環(huán)和螺栓緊固件。
[0040]如果法蘭加強(qiáng)環(huán)的形式是非整圓的分片式，分片的數(shù)量和每片長度可以根據(jù)使用環(huán)境的法蘭載荷進(jìn)行特定設(shè)計(jì)，可以選用長度相同的加強(qiáng)環(huán)分片，也可選用不等長的加強(qiáng)環(huán)分片。另外，在分片式法蘭加強(qiáng)環(huán)中，相鄰分片的接口部分為凹凸配合的搭接結(jié)構(gòu)(如圖4所示的角型搭接結(jié)構(gòu)或如圖5所示的矩形搭接結(jié)構(gòu))；或相鄰分片的接口面相互平行，且接口面均垂直于法蘭面或類法蘭面(如圖6所示)。
[0041]采用角型和矩形搭接結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)環(huán)分片，在安裝后加強(qiáng)環(huán)分片之間可以通過其搭接結(jié)構(gòu)傳遞垂直于法蘭面方向上的力。但是在設(shè)計(jì)和制造搭接結(jié)構(gòu)時(shí)需要對(duì)設(shè)計(jì)尺寸和加工精度做較高的要求，以保證其搭接結(jié)構(gòu)的縫隙足夠小進(jìn)而可以傳遞力。而對(duì)于相鄰分片的接口面相互平行且接口面均垂直于法蘭面的加強(qiáng)環(huán)分片，其無法傳遞垂直于法蘭面的力，但是設(shè)計(jì)、制造簡便，并且方便法蘭加強(qiáng)環(huán)的現(xiàn)場(chǎng)安裝，對(duì)于安裝精度要求低于前兩種。
[0042]在法蘭加強(qiáng)環(huán)安裝過程:首先將原始安裝的緊固件螺栓拆除，將法蘭加強(qiáng)環(huán)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(gè)固定管件間的法蘭連接形式，對(duì)于固定件和轉(zhuǎn)動(dòng)件(如風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的塔筒與機(jī)艙、輪轂與風(fēng)機(jī)葉片)之間，可以通過類法蘭(偏航軸承、變槳軸承)連接，其也會(huì)存在類似的問題。因此，該法蘭加強(qiáng)環(huán)也可用于與類法蘭配合。
[0044]如圖7所示，為現(xiàn)有技術(shù)中連接輪轂c (固定件)和風(fēng)機(jī)葉片d(轉(zhuǎn)動(dòng)件)的變槳軸承連接結(jié)構(gòu)示意圖；連接結(jié)構(gòu)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(huán)與輪轂c連接；螺栓52通過變槳軸承4的內(nèi)環(huán)與風(fēng)機(jī)葉片d相連。
[0045]經(jīng)過改造后的連接結(jié)構(gòu)如圖8所示，與圖7的不同之處在于，在與輪轂c配合的變槳軸承4外環(huán)的端面上加裝加強(qiáng)環(huán)3。
[0046]將上述具有加強(qiáng)環(huán)結(jié)構(gòu)的法蘭或類法蘭連接結(jié)構(gòu)應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中，可以克服在役風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的法蘭或類法蘭連接結(jié)構(gòu)在原始設(shè)計(jì)中安全系數(shù)不足的問題，通過增強(qiáng)連接結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度，降低螺栓載荷，避免由其引起的事故，增強(qiáng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組壽命O
[0047]最后應(yīng)說明的是:以上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)的說明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其依然可以對(duì)前述實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換。凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種法蘭或類法蘭加強(qiáng)環(huán)，所述法蘭用于與螺栓配合連接兩個(gè)固定管件，所述類法蘭為軸承結(jié)構(gòu)并用于與螺栓配合連接固定件和轉(zhuǎn)動(dòng)件，所述法蘭、類法蘭上均設(shè)置有與螺栓配合的螺栓孔，其特征在于: 所述加強(qiáng)環(huán)用于與法蘭面或類法蘭面配合，為整環(huán)結(jié)構(gòu)或多個(gè)分片沿圓周方向依次配合組成的組合環(huán)狀結(jié)構(gòu)，且整環(huán)結(jié)構(gòu)、組合環(huán)狀結(jié)構(gòu)上均設(shè)有與法蘭或類法蘭上的螺栓孔軸向?qū)?yīng)一致的通孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的法蘭或類法蘭加強(qiáng)環(huán)，其特征在于，所述相鄰分片的接口部分為凹凸配合的搭接結(jié)構(gòu)；或相鄰分片的接口面相互平行，且接口面均垂直于法蘭面或類法蘭面。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的法蘭或類法蘭加強(qiáng)環(huán)，其特征在于，所述搭接結(jié)構(gòu)為角型搭接結(jié)構(gòu)或矩形搭接結(jié)構(gòu)。
4.一種法蘭或類法蘭連接結(jié)構(gòu)，包括用于連接兩個(gè)固定管件的法蘭及螺栓，或用于連接固定件和轉(zhuǎn)動(dòng)件的類法蘭及螺栓，其中類法蘭為軸承結(jié)構(gòu)；其特征在于，在法蘭面或類法蘭面上還增設(shè)有權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的加強(qiáng)環(huán)；對(duì)應(yīng)地，所述螺栓長度的增加值等于或大于加強(qiáng)環(huán)的厚度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的法蘭或類法蘭連接結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述用于連接固定件和轉(zhuǎn)動(dòng)件的類法蘭為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片變槳軸承，其中固定件為輪轂，轉(zhuǎn)動(dòng)件為葉片，所述加強(qiáng)環(huán)設(shè)置在與輪轂配合的變槳軸承外環(huán)的端面。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的法蘭或類法蘭連接結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述軸承為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組偏航軸承。
7.一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，其特征在于，含有權(quán)利要求4-6任一項(xiàng)所述的法蘭或類法蘭連接結(jié)構(gòu)。
【文檔編號(hào)】F03D11/04GK203925894SQ201420348202
【公開日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2014年6月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月26日
【發(fā)明者】岳文彥, 吳涌, 岳俊紅, 周雪琴, 段二順, 肖劍, 任淮輝, 曹建忠, 王紅艷, 陶鋼正 申請(qǐng)人:龍?jiān)矗ū本╋L(fēng)電工程技術(shù)有限公司