专利名称：用于结构构件的法兰接头的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于结构构件的法兰接头，所述用于结构构件的
法兰接头将构成例如风力发电装置的机舱的H型钢或方形钢管等结构
构件彼此连接(结合连结)。
背景技术：
在风力发电装置的机舱内，设置有例如具有增速机及发电机的传 动系统或控制盘等重量零件。这种机舱中存在将H型钢这种结构构件 进行法兰结合的悬臂梁的结构。
在将H型钢这种结构构件彼此进行法兰结合的情况下，例如图5 及图6所示，在结构构件的端部采用法兰接头10，该法兰接头10通过 焊接而安装了为法兰的板状构件(端板)。在该情况下，在H型钢(结 构构件)11的端部配合并焊接的板状构件12为法兰，在成对的板状构 件12上所设的多个螺栓孔13中插入螺栓14之后，拧紧螺母而进行接 合。图中的标号W为焊接部。
另外，对于在柱材料的面上接合由H型钢这种结构构件所形成的 梁材料的接合结构及接合方法，已知有例如专利文献1或专利文献2 中所公开的内容。
专利文献1(日本)特开平6-126444号公报专利文献2(日本)特开平7-292771号公报
近年来，由于风力发电装置有大输出化及大型化的倾向，所以为 减轻支柱或基座等的负担，人们谋求将机舱底板结构进行轻量化。
3但是，在H型钢11等的结构构件端面安装的板状构件12的焊接 部W是构件截面形状发生变化的部分。这种截面形状的变化是焊接部 W上产生应力集中的原因。
因此，在焊接部W上产生应力集中的结构中，在考虑构件的疲劳 强度的情况下，结构构件的截面尺寸由焊接部W的截面形状决定。由 此，不能根据H型钢11等的结构构件强度(母材强度)来确定截面尺 寸，而是要求比根据母材强度选定的截面尺寸更大的结构，因此，存 在的问题是不仅重量会增加，钢材所占有的空间也会增大。
发明内容
本发明鉴于以上情况而提出，其目的在于提供一种用于结构构件 的法兰接头，其中，通过避免焊接部的应力集中，可以确定基于母材 强度的截面尺寸，能够实现结构体的轻量化或小型化。
为解决以上问题，本发明采用了以下结构。
本发明涉及的用于结构构件的法兰接头中，在板状构件的一面侧 焊接而接合结构构件的端面，形成使所述板状构件的另一面侧对合的 状态而将所述结构构件彼此结合，其特征在于，在所述结构构件的端 面所接合的所述板状构件的一面侧，沿所述端面的焊接部形状设置凹 槽部。
根据这种用于结构构件的法兰接头，由于在结构构件的端面所接 合的板状构件的一面侧，沿端面的焊接部形状设置凹槽部，所以构件 截面的形状发生变化的位置与焊接部的位置以凹槽部的深度尺寸错开 位置，能够根据母材的强度来评价构件截面的形状发生变化的位置的 疲劳强度。由于可以较为容易地加工这种情况下的凹槽部，所以优选 制成大致U字形的截面形状。本发明的用于结构构件的法兰接头中，在板状构件的一面侧焊接 而接合结构构件的端面，形成使所述板状构件的另一面侧对合的状态 而将所述结构构件彼此结合，其特征在于，在所述板状构件的结构构 件接合面上设置凹槽部，使焊接部的位置从所述板状构件与所述结构 构件形成的T字形根部离开。
根据这种用于结构构件的法兰接头，由于在板状构件的结构构件 接合面上设置凹槽部，焊接部的位置从板状构件与结构构件形成的T
字形根部离开，所以能够根据母材的强度来评价T字形根部的疲劳强
度。由于可以较为容易地加工这种情况下的凹槽部，所以优选制成大
致u字形的截面形状。
本发明涉及的风力发电装置，其特征在于具有技术方案1或技术
方案2所记载的用于结构构件的法兰接头。
根据这种风力发电装置，由于具有一种接头结构，该接头结构可 根据母材的强度来评价构件截面的形状发生变化的位置的疲劳强度， 所以对于机舱底板等结构体可以实现小型化或轻量化。
因此，在本发明涉及的用于结构构件的法兰接头以及具有该法兰 接头的风力发电用风车中，通过将产生应力集中的位置与焊接位置错 开，在考虑构件的疲劳强度的情况下，能够基于母材的强度确定结构 构件的截面尺寸。S卩，在采用了本发明的法兰接头的结构体中，由于 能够根据使用了 H型钢等的结构构件的母材强度来确定截面尺寸，所 以，与根据焊接部的强度进行计算的现有结构相比，可以采用截面尺
寸较小的结构构件。
换言之，本发明的法兰接头通过避免焊接部的应力集中，可以基 于母材强度来确定截面尺寸，所以能够实现结构体的轻量化或小型化。由此，与现有技术相比，由于能够减少结构体的重量或结构构件 占有的空间，所以可实现结构体(例如风力发电装置的机舱底板等) 的轻量化或小型化。进而，由于不仅避免了焊接部对应的应力集中， 还能够避免焊接歪斜向连接面传播，所以起到提高产品(例如风力发 电装置等)的可靠性的显著效果。
图1是分解立体图，表示本发明的一种实施方式涉及的用于结构 构件的法兰接头在焊接前的状态。
图2是要部的纵剖视图，表示图1所示的用于结构构件的法兰接 头在焊接后的状态。
图3是表示具有本发明的一种实施方式涉及的法兰接头的风力发
电装置的侧视图。
图4是表示图3所示的风力发电装置的机舱内部的结构例的图。 图5是表示与用于结构构件的法兰接头有关的现有例的图。 图6是表示图5中现有例的焊接部的要部的纵剖视图。
标号说明
1风力发电装置
3 机舱
20法兰接头
21 H型钢(结构构件)
22端板(板状构件)
23 凹槽部
24 T字形根部 30 机舱底板
34机舱底板主体 35结构构件 W焊接部
具体实施例方式
以下，参照图1至图4说明有关本发明涉及的用于结构构件的法 兰接头(以下称为"法兰接头")的一种实施方式。
图3是表示具有本实施方式涉及的法兰接头的风力发电装置的侧视图。
图3所示的风力发电装置1具有直立设置于基座B上的支柱(也 称为"塔架")2、设置于支柱2上端的机舱3以及设置于机舱3上的 旋翼头4，所述旋翼头4以可绕大致水平的旋转轴线旋转的方式被支承。
在旋翼头4上，绕其旋转轴线放射状地安装了多个(例如3个) 风车旋翼5。由此，风车旋翼5从旋翼头4的旋转轴线方向所受的风力 被转换为使旋翼头4绕旋转轴线旋转的动力。
例如图4所示，机舱3具有安装于支柱2的上端的机舱底板30以 及从上方覆盖该机舱底板30的外罩(未图示)。在图示的结构例中， 在机舱底板30上搭载有增速机31、发电机32及控制板33等重量部 件(设备)。
旋翼头4的旋转经由增速机31增速后驱动发电机32进行发电。
所述机舱3中，机舱底板30被可旋转地支承于支柱2的上端部， 可根据风向而改变方向。该机舱底板30具有从在支柱2上旋转的机舱 底板主体34向与旋翼头4相反一侧延伸的H型钢等结构构件35。
该结构构件35为经由法兰接头20与机舱底板主体34结合的悬臂 梁结构。
以下，参照图l及图2说明上述用于结构构件的法兰接头20。图示的法兰接头20为在结构构件35中采用H型钢21的情况。
在法兰接头20中，在端板(板状构件)22的结构构件接合面(一 面侧)22a侧焊接而接合H型钢(结构构件)21的端面21a，使端板 22的非接合面(另一面侧)22b形成使另一端板的非接合面对合的状 态，通过穿过螺栓孔25的多根螺栓(未图示)将结构构件彼此结合。 此外，互相结合的结构构件35并不限于例如像H型钢21彼此那样的 同类型的结构构件。
在H型钢21的端面21a所接合的端板22的结构构件接合面22a 上，沿端面21a的焊接部形状设置凹槽部23。由于可以较为容易地加 工该凹槽部23，所以优选制成大致U字形的截面形状。
在采用H型钢21作为结构构件的图示的结构例中，必须具有设置 于法兰部21b的两侧的凹槽部23。但是，对于梁腹部21c的两侧，在 与上述法兰部21b相比较的情况下，由于所要求的强度较小，所以可 任意形成凹槽部23。
艮P，在端板22的结构构件接合面22a上，通过设置凹槽部23，形 成与法兰部21b的截面形状大致相同形状(矩形)的焊接面Wf，将位 于距离T字形根部24高出凹槽部23的深度尺寸的焊接面Wf与法兰部 21b的前端部21a对接而焊接。另一方面，对于工字梁腹部21c的前端 部21a，由于未设置凹槽部23，所以对接于图中虚线所示的结构构件接 合面22a的焊接面Wf'而焊接，但也可以形成与法兰部21b同样的焊 接面Wf并对接而焊接。
换言之，在所述法兰接头20中，在端板22的结构构件接合面22a 侧焊接而接合H型钢21的端面21a，形成使端板22的非接合面22b 侧对合的状态而将结构构件彼此结合，因此，通过在端板22的结构构 件接合面22a上设置凹槽部23，焊接部W的位置以大致与凹槽部23的深度相当的距离，从由端板22与H型钢21形成的T字形根部24离 开。
根据这种法兰接头20，H型钢21的截面形状发生变化的位置与焊 接部W的位置以凹槽部23的深度尺寸而错开位置，对于H型钢21的 截面形状发生变化的位置的疲劳强度，可以用端板22的母材强度来评 价。g卩，在上述法兰接头20中，在端板22的结构构件接合面22a上设 置凹槽部23，使焊接部W的位置从T字形根部24离开，因此，对于 成为H型钢21上截面形状发生变化的位置的T字形根部24的疲劳强 度，可以用形成T字形根部24的端板22的母材强度来评价。
因此，在上述法兰接头20中，通过将产生应力集中的位置(T字 形根部24)从焊接部W的位置错开，在对H型钢21或端板22等的结 构构件35考虑疲劳强度的情况下，可以基于母材的强度来确定结构构 件35的截面尺寸。g卩，对于采用了本发明的法兰接头20的机舱底板 30等的结构体，由于能够用由H型钢21或端板22等构成的结构构件 35的母材强度来确定截面尺寸，所以与根据焊接部W的强度来计算的 现有结构相比，可以采用截面尺寸较小的结构构件35。
这样，在端板22侧的结构构件接合面22a上设置凹槽部23，通过 使焊接部W转移到从端板22及法兰接头20的T字形根部24离开的 位置，可以根据端板22的母材强度来对T字形根部24进行疲劳评价， 能够将焊接部W作为平板与平板对接而焊接的焊接结构进行评价。
通常，在一般的轧制钢的焊接部W的熔化量为相同程度的情况下， 即使材料相同，根据焊接部结构为T字形还是平直状的对接图案(也 包括焊接长度)，各种结构具有的疲劳强度会不同，平直状的对接结 构要比T字形的疲劳强度高。
艮P，本发明的法兰接头20通过避免焊接部W的应力集中，可以基于母材强度来确定截面尺寸，因此，可以实现具有法兰接头20的结 构体的轻量化及小型化。
由此，由于能够减少结构体的重量和结构构件占有的空间，所以
对于例如风力发电装置1的机舱底板30等之类的结构体，可以实现轻
量化或小型化。
进而，上述法兰接头20能够避免焊接部W对应的应力集中，而 且能够避免焊接歪斜向成为连接面的端板22的结构构件接合面22a或 非接合面22b传播，因此，能够提高例如风力发电装置1等产品的可 靠性。
此外，虽然在上述实施方式中说明了将本发明的法兰接头20适用 于风力发电装置1的机舱底板30的情况，但并不限于此，可以有各种 适用例。另外，与端板22焊接的结构构件35也不限定于上述H型钢 21，可以适用于槽形材料或角形材料等其他结构构件，这是不言而喻 的。
此外，本发明并不限于上述实施方式，在不脱离其主旨的范围内 可以作适当变更。
权利要求
1.一种用于结构构件的法兰接头，其中，在板状构件的一面侧焊接而接合结构构件的端面，形成使所述板状构件的另一面侧对合的状态而将所述结构构件彼此结合，其特征在于，在所述结构构件的端面所接合的所述板状构件的一面侧，沿所述端面的焊接部形状设置凹槽部。
2. —种用于结构构件的法兰接头，其中，在板状构件的一面侧焊 接而接合结构构件的端面，形成使所述板状构件的另一面侧对合的状 态而将所述结构构件彼此结合，其特征在于，在所述板状构件的结构构件接合面上设置凹槽部，使焊接部的位 置从所述板状构件与所述结构构件形成的T字形根部离开。
3. —种风力发电装置，其特征在于，具有权利要求l或权利要求 2所述的用于结构构件的接头结构。
全文摘要
本发明提供一种用于结构构件的法兰接头，通过避免焊接部的应力集中，可以基于母材强度来确定截面尺寸，可以实现结构体的轻量化或小型化。在用于结构构件的法兰接头(20)中，在端板(22)的结构构件接合面(22a)侧焊接而接合H型钢(21)等的端面(21a)，形成使端板(22)的非接合面(22b)对合的状态而将结构构件彼此结合，在H型钢(21)的端面(21a)所接合的端板(22)的结构构件接合面(22a)侧沿端面(21a)的焊接部形状设置凹槽部(23)。
文档编号F03D11/04GK101687266SQ20088000141
公开日2010年3月31日 申请日期2008年6月11日 优先权日2008年6月11日
发明者沼尻智裕 申请人:三菱重工业株式会社