分片式连接法兰及其使用方法

技术领域

本发明属于风机塔架设备连接技术，具体说，涉及一种分片式连接法兰及其使用方法。

背景技术

风机塔架连接用连接法兰是风机设备中重要的支撑结构件之一，是风机安全、稳定运行的核心部件。随着风机向着大型化发展，为获得更大的风力，轮毂高度越来越大，风机塔架所受载荷越来越大，同时对风电塔架的体积、材料、技术以及运输方面的要求和指标也在不断提升，随着塔架直径的增大连接法兰直径也随之增大，由于运输条件限制，连接法兰直径一般不能超过4.5m；由于大功率风机逐渐市场化，直径4.5m以下的连接法兰应用于风机时，风机出现受力不合理且安全性、经济性差的问题。因此在保证塔筒设计的可靠性与稳定性的同时，急需研发一种结构受力合理、运输方便的连接法兰。

发明内容

本发明的目的在于提供一种分片式连接法兰及其使用方法，解决了法兰大直径运输限制问题，能够改善风机塔架结构受力，提高法兰连接安全性。

为达到上述目的，本发明使用的技术解决方案是：

分片式连接法兰，包括：上法兰、下法兰、分片连接装置、法兰连接螺栓、分片连接螺栓；上法兰、下法兰通过分片连接螺栓横向连接，上法兰、下法兰通过分片连接装置、法兰连接螺栓纵向连接。

进一步，上法兰包括：第一上法兰分体、第二上法兰分体，第一上法兰分体包括：第一上法兰横板、第一上法兰凸颈、第一上法兰立板，第一上法兰凸颈设置在第一上法兰横板的上部，第一上法兰立板设置在第一上法兰横板的端部，第一上法兰横板设置有法兰连接通孔，第一上法兰立板设置有分片连接通孔；第二上法兰分体包括：第二上法兰横板、第二上法兰凸颈、第二上法兰立板，第二上法兰凸颈设置在第二上法兰横板的上部，第二上法兰立板设置在第二上法兰横板的端部，第二上法兰横板设置有法兰连接通孔，第二上法兰立板设置有分片连接通孔，第一上法兰立板、第二上法兰立板的位置相对，分片连接螺栓安装在分片连接通孔内。

进一步，下法兰包括：第一下法兰分体、第二下法兰分体，第一下法兰分体包括：第一下法兰横板、第一下法兰凸颈、第一下法兰立板、第一限位凸台，第一下法兰凸颈设置在第一下法兰横板的下部，第一限位凸台设置在第一下法兰横板的上部，第一下法兰立板设置在第一下法兰横板的端部，第一下法兰横板设置有法兰连接通孔，第一下法兰立板设置有分片连接通孔；第二下法兰分体包括：第二下法兰横板、第二下法兰凸颈、第二下法兰立板、第二限位凸台，第二下法兰凸颈设置在第二下法兰横板的下部，第二限位凸台设置在第二下法兰横板的上部，第二下法兰立板设置在第二下法兰横板的端部；第二下法兰横板设置有法兰连接通孔，第二下法兰立板设置有分片连接通孔，第一下法兰立板、第二下法兰立板的位置相对。

进一步，分片连接装置设置有上弧形板和下弧形板，U形槽位于上弧形板和下弧形板之间，上弧形板和下弧形板上开有卡口，上弧形板和下弧形板设置有法兰连接通孔；第一上法兰横板、第二上法兰横板、第一下法兰横板、第二下法兰横板位于U形槽内，第一上法兰立板、第二上法兰立板、第一下法兰立板、第二下法兰立板位于卡口内；法兰连接螺栓安装在法兰连接通孔内。

进一步，法兰连接螺栓安装在上弧形板、第一上法兰横板、第一下法兰横板、第二上法兰横板、第二下法兰横板、下弧形板的法兰连接通孔上。

进一步，第一下法兰横板设置有第一圆弧槽，法兰连接通孔的上部开口位于第一圆弧槽内；第二下法兰横板设置有第二圆弧槽，法兰连接通孔的上部开口位于第二圆弧槽内；分片连接装置为整体呈弧形的U形槽体结构，上弧形板和下弧形板的内表面分别设置有第三圆弧槽，两个第三圆弧槽位置相对，上弧形板上的法兰连接通孔的下部开口位于第三圆弧槽内，下弧形板的法兰连接通孔的上部开口位于第三圆弧槽内。

进一步，第一上法兰横板、第一上法兰凸颈为弧形板，第一上法兰凸颈的底部连接在第一上法兰横板的外侧弧形面上部；第二上法兰横板、第二上法兰凸颈为弧形板，第二上法兰凸颈的底部连接在第二上法兰横板的外侧弧形面上部；第一下法兰横板、第一下法兰凸颈、第一限位凸台为弧形板，第一下法兰凸颈的顶部连接在第一下法兰横板的外侧弧形面下部，第一限位凸台的底部连接在第一下法兰横板的外侧弧形面的上部；第二下法兰横板、第二下法兰凸颈、第二限位凸台为弧形板，第二下法兰凸颈的顶部连接在第二下法兰横板的外侧弧形面下部，第二限位凸台的底部连接在第二下法兰横板的外侧弧形面的上部。

进一步，第一上法兰横板的前端弧形侧面位于第一限位凸台内侧，第二上法兰横板的前端弧形侧面位于第二限位凸台内侧。

分片式连接法兰的使用方法，包括：

选定上法兰在风机塔架上段塔筒的位置，将第一上法兰分体、第二上法兰分体的第一上法兰凸颈、第二上法兰凸颈分别与风机塔架上段塔筒焊接，第一上法兰立板与第二上法兰立板对正并贴合，将分片连接螺栓安装在两个分片连接通孔内；

选定下法兰在风机塔架下段塔筒的位置，将第一下法兰分体、第二下法兰分体的第一下法兰凸颈、第二下法兰凸颈分别与风机塔架下段塔筒焊接，第一下法兰立板、第二下法兰立板对正并贴合，将分片连接螺栓安装在两个分片连接通孔内；

风机塔架上段塔筒和风机塔架下段塔筒组装后，第一上法兰横板、第二上法兰横板分别与第一下法兰横板、第二下法兰横板对正并贴合，安装分片连接装置，使第一上法兰横板、第二上法兰横板、第一下法兰横板、第二下法兰横板插入U形槽内，第一上法兰立板、第二上法兰立板、第一下法兰立板、第二下法兰立板插入卡口，将法兰连接螺栓安装在法兰连接通孔内，将上法兰、下法兰连接，实现风机塔架上段塔筒和风机塔架下段塔筒的连接。

优选的，多个第一上法兰分体、第二上法兰分体焊接完成后，通过分片连接螺栓的连接，在风机塔架上段塔筒上组成一个完整的上法兰；多个第一下法兰分体、第二下法兰分体焊接完成后，通过分片连接螺栓的连接，在风机塔架下段塔筒上组成一个完整的下法兰。

本发明技术效果包括：

本发明能够改善风机塔架结构受力，提高法兰连接安全性；通过上法兰、下法兰接触面增加圆弧槽的优化改进，使得法兰连接螺栓能够储备更多的预紧力，改善螺栓的防松性能；通过下法兰的限位设置(第一限位凸台、第二限位凸台)，防止上法兰在风载荷作用下搓动，减少了法兰连接螺栓的剪应力。

分片式连接法兰改变了传统法兰的结构，将整体结构改为分体式结构，法兰分体通过分片连接装置连接，下法兰的第一圆弧槽、第二圆弧槽，分片连接装置的第三圆弧槽，给连接部位的法兰连接螺栓提供一个的预紧力，提高了上法兰、下法兰的连接强度、安全性和整体性，分体式连接解决了法兰大直径运输限制问题。

附图说明

图1是本发明中分片式连接法兰的结构示意图；

图2是本发明中分片式连接法兰的纵剖面图；

图3是本发明中上法兰1的结构示意图；

图4是本发明中第一上法兰分体的纵剖面图；

图5是本发明中下法兰的结构示意图；

图6是本发明中第一下法兰分体的纵剖面图；

图7是本发明中分片连接装置的结构示意图；

图8是本发明中分片连接装置的纵剖面图。

具体实施方式

以下描述充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践和再现。

如图1所示，是本发明中分片式连接法兰的结构示意图。如图2所示，是本发明中分片式连接法兰的纵剖面图。

分片式连接法兰，其结构包括：上法兰1、下法兰2、分片连接装置3、法兰连接螺栓4、分片连接螺栓5。上法兰1、下法兰2通过分片连接螺栓5横向连接，上法兰1、下法兰2通过分片连接装置3、法兰连接螺栓4纵向连接。

如图3所示，是本发明中上法兰1的结构示意图；如图4所示，是本发明中第一上法兰分体11的纵剖面图。

上法兰1包括：第一上法兰分体11、第二上法兰分体12，第一上法兰分体11、第二上法兰分体12通过分片连接螺栓5连接。

第一上法兰分体11包括：第一上法兰横板111、第一上法兰凸颈112、第一上法兰立板113，第一上法兰凸颈112设置在第一上法兰横板111的上部，第一上法兰立板113设置在第一上法兰横板111的端部，第一上法兰横板111、第一上法兰凸颈112、第一上法兰立板113互相连接，增加了第一上法兰分体11的整体性和强度。第一上法兰横板111、第一上法兰凸颈112为弧形板，第一上法兰凸颈112的底部连接在第一上法兰横板111的外侧弧形面上部，第一上法兰横板111设置有多个法兰连接通孔6，第一上法兰立板113设置有分片连接通孔7。

第二上法兰分体12包括：第二上法兰横板121、第二上法兰凸颈122、第二上法兰立板123，第二上法兰凸颈122设置在第二上法兰横板121的上部，第二上法兰立板123设置在第二上法兰横板121的端部，第二上法兰横板121、第二上法兰凸颈122、第二上法兰立板123互相连接，增加了第二上法兰分体12的整体性和强度。第二上法兰横板121、第二上法兰凸颈122为弧形板，第二上法兰凸颈122的底部连接在第二上法兰横板121的外侧弧形面上部，第二上法兰横板121设置有多个法兰连接通孔6，第二上法兰立板123设置有分片连接通孔7，第一上法兰立板113、第二上法兰立板123的位置相对。分片连接螺栓5安装在第一上法兰分体11、第二上法兰分体12的分片连接通孔7内。

如图5所示，是本发明中下法兰2的结构示意图。如图6所示，是本发明中第一下法兰分体21的纵剖面图。

下法兰2包括：第一下法兰分体21、第二下法兰分体22，第一下法兰分体21、第二下法兰分体22通过分片连接螺栓5连接。

第一下法兰分体21包括：第一下法兰横板211、第一下法兰凸颈212、第一下法兰立板213、第一限位凸台214，第一下法兰凸颈212设置在第一下法兰横板211的下部，第一限位凸台214设置在第一下法兰横板211的上部，第一下法兰立板213设置在第一下法兰横板211的端部，第一下法兰横板211、第一下法兰凸颈212、第一下法兰立板213互相连接，增加了第一下法兰分体21的整体性和强度。第一下法兰横板211、第一下法兰凸颈212、第一限位凸台214为弧形板，第一下法兰凸颈212的顶部连接在第一下法兰横板211的外侧弧形面下部，第一限位凸台214的底部连接在第一下法兰横板211的外侧弧形面的上部，第一下法兰横板211设置有多个法兰连接通孔6，第一下法兰立板213设置有分片连接通孔7；第一下法兰横板211设置有第一圆弧槽215，法兰连接通孔6的上部开口位于第一圆弧槽215内。

第二下法兰分体22包括：第二下法兰横板221、第二下法兰凸颈222、第二下法兰立板223、第二限位凸台224，第二下法兰凸颈222设置在第二下法兰横板221的下部，第二限位凸台224设置在第二下法兰横板221的上部，第二下法兰立板223设置在第二下法兰横板221的端部，第二下法兰横板221、第二下法兰凸颈222、第二下法兰立板223互相连接，增加了第二下法兰分体22的整体性和强度。第二下法兰横板221、第二下法兰凸颈222、第二限位凸台224为弧形板，第二下法兰凸颈222的顶部连接在第二下法兰横板221的外侧弧形面下部，第二限位凸台224的底部连接在第二下法兰横板221的外侧弧形面的上部，第二下法兰横板221设置有多个法兰连接通孔6，第二下法兰立板223设置有分片连接通孔7；第二下法兰横板221设置有第二圆弧槽225，法兰连接通孔6的上部开口位于第二圆弧槽225内。分片连接螺栓5安装在第一下法兰分体21、第二下法兰分体22的分片连接通孔7内。

如图7所示，是本发明中分片连接装置3的结构示意图。如图8所示，是本发明中分片连接装置3的纵剖面图。

分片连接装置3是整体呈弧形的U形槽体结构，U形槽35位于上弧形板31和下弧形板32之间，分片连接装置3在上弧形板31和下弧形板32上开有卡口33，上弧形板31和下弧形板32的内表面分别设置有第三圆弧槽34，两个第三圆弧槽34位置相对，上弧形板31和下弧形板32设置有多个法兰连接通孔6，上弧形板31上的法兰连接通孔6的下部开口位于第三圆弧槽34内，下弧形板32的法兰连接通孔6的上部开口位于第三圆弧槽34内。

第一上法兰横板111、第二上法兰横板121、第一下法兰横板211、第二下法兰横板221位于U形槽35内，第一上法兰立板113、第二上法兰立板123、第一下法兰立板213、第二下法兰立板223位于卡口33内。

上弧形板31、第一上法兰横板111、第一下法兰横板211、下弧形板32的法兰连接通孔6上，上弧形板31、第二上法兰横板121、第二下法兰横板221、下弧形板32的法兰连接通孔6上，都安装有法兰连接螺栓4。

分片式连接法兰的使用方法，具体包括以下步骤：

步骤1：选定上法兰1在风机塔架上段塔筒的位置，将第一上法兰分体11、第二上法兰分体12的第一上法兰凸颈112、第二上法兰凸颈122分别与风机塔架上段塔筒焊接，第一上法兰立板113与第二上法兰立板123对正并贴合，将分片连接螺栓5安装在两个分片连接通孔7内；

多个第一上法兰分体11、第二上法兰分体12焊接完成后，通过分片连接螺栓5的连接，在风机塔架上段塔筒上组成一个完整的上法兰1。

步骤2：选定下法兰2在风机塔架下段塔筒的位置，将第一下法兰分体21、第二下法兰分体22的第一下法兰凸颈212、第二下法兰凸颈222分别与风机塔架下段塔筒焊接，第一下法兰立板213、第二下法兰立板223对正并贴合，将分片连接螺栓5安装在两个分片连接通孔7内；

多个第一下法兰分体21、第二下法兰分体22焊接完成后，通过分片连接螺栓5的连接，在风机塔架下段塔筒上组成一个完整的下法兰2。

步骤3：风机塔架上段塔筒和风机塔架下段塔筒组装后，第一上法兰横板111、第二上法兰横板121分别与第一下法兰横板211、第二下法兰横板221对正并贴合，安装分片连接装置3，使第一上法兰横板111、第二上法兰横板121、第一下法兰横板211、第二下法兰横板221插入U形槽35，第一上法兰立板113、第二上法兰立板123、第一下法兰立板213、第二下法兰立板223插入卡口33，将法兰连接螺栓4安装在法兰连接通孔6内，将上法兰1、下法兰2连接，实现风机塔架上段塔筒和风机塔架下段塔筒的连接。

第一上法兰立板113与第二上法兰立板123(第一下法兰立板213、第二下法兰立板223)左侧，法兰连接螺栓4安装在上弧形板31、第一上法兰横板111、第一下法兰横板211、下弧形板32的法兰连接通孔6上；第一上法兰立板113与第二上法兰立板123(第一下法兰立板213、第二下法兰立板223)右侧，法兰连接螺栓4安装在上弧形板31、第二上法兰横板121、第二下法兰横板221、下弧形板32的法兰连接通孔6上。

第一上法兰横板111的前端弧形侧面位于第一限位凸台214内侧，第二上法兰横板121的前端弧形侧面位于第二限位凸台224内侧，防止上法兰1、下法兰2在风载荷作用下形成相对位移，避免在法兰连接螺栓7上产生剪应力，提高了安全性。

本发明所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离技术方案的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。