一種厚度漸變型塔筒門框的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于風(fēng)力發(fā)電塔筒結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種厚度漸變型塔筒門框。
【背景技術(shù)】
[0002]風(fēng)力發(fā)電塔常見為塔筒結(jié)構(gòu)1，其底部與基礎(chǔ)2連接，頂部安裝發(fā)電機(jī)3和風(fēng)輪4，塔筒內(nèi)部布置供上下交通的爬梯及傳輸電能的電纜等，因此塔筒底部需開孔設(shè)置門洞5。塔筒I受開孔削弱影響往往需要采取補(bǔ)強(qiáng)措施加強(qiáng)，常見塔筒I補(bǔ)強(qiáng)采用環(huán)形加勁板6，環(huán)形加勁板6與筒壁采用全熔透T型焊縫連接8。由于T型焊縫8處應(yīng)力集中較大、容許疲勞應(yīng)力幅較低，通常采用增加門洞5區(qū)域筒壁厚度以降低最大應(yīng)力和疲勞應(yīng)力幅，門洞5區(qū)域加厚的較厚筒壁與上部未加厚的較薄筒壁設(shè)置一定過(guò)渡坡度11以緩解壁厚突變引起的應(yīng)力集中。
[0003]環(huán)形加勁板6及其加厚底部筒壁的措施造成底部塔筒重量大大增加、增大了塔筒I吊裝難度，經(jīng)濟(jì)性差；此外，由于筒壁厚度的增加，引起底部塔筒筒壁之間焊縫10、筒壁與環(huán)形加勁板之間焊縫8、筒壁與底法蘭之間焊縫9焊接量大大增加，因此引起的焊接熱量和焊接變形增大，增加了焊接變形控制難度。且門洞5區(qū)域加厚的較厚筒壁與上部未加厚的較薄筒壁之間設(shè)置的過(guò)渡坡度11也難以完全避免此處的應(yīng)力集中，造成結(jié)構(gòu)破壞易在此處發(fā)生。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種厚度漸變型塔筒門框。
[0005]本發(fā)明提出一種厚度漸變型塔筒門框，所述門框采用整體鍛造或鑄造成型，呈環(huán)狀結(jié)構(gòu)，由門框上端、門框中部和門框下端依次連接組成一體，環(huán)狀門框內(nèi)部的空間構(gòu)成門洞，所述門框上端和門框下端呈曲線，門框中部為直線或弧線，門框上端和門框中部連接處采用平滑過(guò)渡，門框下端和門框中部連接處采用平滑過(guò)渡；所述環(huán)狀門框外側(cè)壁與塔筒門洞側(cè)壁連接，所述環(huán)狀門框外壁與塔筒外壁同弧度，所述環(huán)狀門框內(nèi)壁與塔筒內(nèi)壁采用平滑過(guò)渡；所述門框內(nèi)側(cè)壁的厚度較門框外側(cè)壁的厚度厚，以彌補(bǔ)開設(shè)門洞對(duì)塔筒強(qiáng)度和剛度的削弱。
[0006]本發(fā)明中，所述門框上端和門框下端曲線，根據(jù)實(shí)際情況采用圓弧、橢圓弧或其他高次曲線中任一種。
[0007]本發(fā)明中，所述厚度漸變型塔筒門框與塔筒筒壁采用全熔透對(duì)接焊縫連接。
[0008]本發(fā)明技術(shù)原理是在不增厚底部塔筒的情況下通過(guò)門框厚度由薄到厚的平滑漸變來(lái)彌補(bǔ)門洞對(duì)塔筒強(qiáng)度和剛度的削弱，并采用全熔透對(duì)接焊縫連接門框和筒壁，大大減小鋼材用量和焊接量，緩解門框與筒壁連接處的應(yīng)力集中，改善門框焊縫的疲勞問(wèn)題，而底部塔筒厚度不增加也避免了上下塔筒連接處的應(yīng)力集中問(wèn)題。
[0009]本發(fā)明的有益效果在于:
1.提供了一種厚度漸變型塔筒門框，門框與塔筒焊縫為全熔透對(duì)接焊縫，減小了此連接焊縫處的應(yīng)力集中，降低其疲勞應(yīng)力幅，磨平后抗疲勞性能高。
[0010]2.厚度漸變型塔筒門框可避免加厚底部塔筒的壁厚，減小底部塔筒筒壁之間、筒壁與門框之間、筒壁與底法蘭之間焊縫的焊接量和焊接變形，提高了塔筒的經(jīng)濟(jì)性，降低了運(yùn)輸難度。
[0011]3.采用厚度漸變型塔筒門框?qū)︼L(fēng)力發(fā)電塔門洞進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)對(duì)風(fēng)力發(fā)電塔本身的低階自振特性幾乎沒有影響。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為風(fēng)力發(fā)電塔側(cè)視圖；
圖2為環(huán)形加勁門框主視圖；
圖3為圖2的側(cè)視圖；
圖4為圖2的俯視圖；
圖5為厚度漸變型塔筒門框主視圖；
圖6為圖5的側(cè)視圖；
圖7為圖5的俯視圖；
圖8為厚度漸變型塔筒門框的三維主視圖。
[0013]圖中標(biāo)號(hào):1為塔筒，2為基礎(chǔ)，3為發(fā)電機(jī)，4為風(fēng)輪，5為門洞，6為環(huán)形加勁板，7為筒壁，8為筒壁與環(huán)形加勁板T型焊縫，9為筒壁與底法蘭焊縫，10為筒壁之間焊縫，11為不同厚度筒壁之間過(guò)渡坡度，12為厚度漸變型門框，13為門框上端，14為門框中部，15為門框下端，16為筒壁與厚度漸變型門框?qū)雍缚p，17為門框外壁，18為門框內(nèi)壁，19為門框外側(cè)壁，20為門框內(nèi)側(cè)壁，21為塔筒門洞側(cè)壁。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面通過(guò)實(shí)施例結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明:
實(shí)施例1:如圖5-圖7所示，本發(fā)明包括門框上端13、門框中部14和門框下端15和，門框上端13、門框下端15與門框中部14之間平滑過(guò)渡，門框外壁17與塔筒I外壁同弧度，門框內(nèi)壁18與塔筒I內(nèi)壁采用平滑過(guò)渡，門框內(nèi)側(cè)壁20的厚度較門框外側(cè)壁19的厚度厚，門框外側(cè)壁19與塔筒門洞側(cè)壁21之間采用全熔透對(duì)接焊縫16連接。
[0015]以圖1-圖4所示的一 80m高風(fēng)力發(fā)電塔工程為例，若不開設(shè)門洞，底部塔筒壁厚可取為28_，底部塔筒總重量為59.3噸，風(fēng)力發(fā)電塔塔身總重量為194.1噸，一階、二階自振頻率均為0.86288Hz ;若開設(shè)門洞并采用環(huán)形加勁門框6增強(qiáng)洞口，底部塔筒壁厚需增厚至37_，底部塔筒與上部塔筒連接處采用過(guò)渡坡度進(jìn)行厚度的過(guò)渡，底部塔筒總重量為64.7噸，風(fēng)力發(fā)電塔塔身總重量為199.5噸，底部塔筒總重量增加9.1%，風(fēng)力發(fā)電塔塔身總重量增加2.8%ο
[0016]若采用本發(fā)明技術(shù)方案，利用三維建模軟件UG和通用有限元軟件ABAQUS對(duì)厚度漸變型塔筒門框進(jìn)行建模、計(jì)算和優(yōu)化，確定門框外形和尺寸，使門框強(qiáng)度、剛度和門框焊縫的疲勞強(qiáng)度均滿足要求，則優(yōu)化之后底部塔筒厚度仍為28mm，底部塔筒總重量為59.8噸，風(fēng)力發(fā)電塔塔身總重量為194.6噸，相比未開設(shè)門洞的風(fēng)力發(fā)電塔，采用本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電塔底部塔筒總重量?jī)H增加0.8%，風(fēng)力發(fā)電塔塔身總重量?jī)H增加0.3% ;相比采用環(huán)形加勁門框的技術(shù)方案，采用本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電塔底部塔筒可以節(jié)省7.6%的鋼材，整個(gè)風(fēng)力發(fā)電塔可以節(jié)省2.5%的鋼材，效果非?？捎^。而且風(fēng)力發(fā)電塔一階、二階自振頻率分別為0.86279Hz和0.86325Hz，與未開設(shè)門洞的風(fēng)力發(fā)電塔一階、二階自振頻率分別只相差0.01%和0.04%，可見采用本發(fā)明對(duì)風(fēng)力發(fā)電塔門洞進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)對(duì)風(fēng)力發(fā)電塔本身的低階自振特性幾乎沒有影響。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種厚度漸變型塔筒門框，其特征在于，所述門框采用整體鍛造或鑄造成型，呈環(huán)狀結(jié)構(gòu)，由門框上端、門框中部和門框下端依次連接組成一體，環(huán)狀門框內(nèi)部的空間構(gòu)成門洞，所述門框上端和門框下端呈曲線，門框中部為直線或弧線，門框上端和門框中部連接處采用平滑過(guò)渡，門框下端和門框中部連接處采用平滑過(guò)渡；所述環(huán)狀門框外側(cè)壁與塔筒門洞側(cè)壁連接，所述環(huán)狀門框外壁與塔筒外壁同弧度，所述環(huán)狀門框內(nèi)壁與塔筒內(nèi)壁采用平滑過(guò)渡；所述門框內(nèi)側(cè)壁的厚度較門框外側(cè)壁的厚度厚，以彌補(bǔ)開設(shè)門洞對(duì)塔筒強(qiáng)度和剛度的削弱。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的厚度漸變型門框，其特征在于所述門框上端和門框下端曲線，根據(jù)實(shí)際情況采用圓弧、橢圓弧或其他高次曲線中任一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的厚度漸變型門框，其特征在于所述厚度漸變型塔筒門框與塔筒筒壁采用全熔透對(duì)接焊縫連接。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種厚度漸變型塔筒門框，門框采用整體鍛造或鑄造成型，呈環(huán)狀結(jié)構(gòu)，由呈曲線的門框上端、門框下端和呈直線或弧線的門框中部依次連接組成一體，門框上端、下端與門框中部采用平滑過(guò)渡；門框外側(cè)壁與塔筒門洞側(cè)壁連接，門框外壁與塔筒外壁同弧度，門框內(nèi)壁與塔筒內(nèi)壁采用平滑過(guò)渡，門框內(nèi)側(cè)壁的厚度較門框外側(cè)壁的厚度厚；門框與筒壁采用全熔透對(duì)接焊縫連接。與目前常用的環(huán)形加勁門框相比，本發(fā)明與塔筒焊縫為全熔透對(duì)接焊縫，減小了此連接焊縫處的應(yīng)力集中，降低其疲勞應(yīng)力幅，磨平后抗疲勞性能高；同時(shí)本發(fā)明可避免加厚底部塔筒的壁厚，減小底部塔筒筒壁之間、筒壁與門框之間、筒壁與底法蘭之間焊縫的焊接量和焊接變形，提高了塔筒的經(jīng)濟(jì)性，降低了運(yùn)輸難度；并且本發(fā)明對(duì)風(fēng)力發(fā)電塔本身的低階自振特性幾乎沒有影響。
【IPC分類】F03D11-00
【公開號(hào)】CN104879280
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510243159
【發(fā)明人】陳俊嶺, 李哲旭
【申請(qǐng)人】同濟(jì)大學(xué)
【公開日】2015年9月2日
【申請(qǐng)日】2015年5月14日