一种厚度渐变型塔筒门框的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于风力发电塔筒结构技术领域，具体涉及一种厚度渐变型塔筒门框。
【背景技术】
[0002]风力发电塔常见为塔筒结构1，其底部与基础2连接，顶部安装发电机3和风轮4，塔筒内部布置供上下交通的爬梯及传输电能的电缆等，因此塔筒底部需开孔设置门洞5。塔筒I受开孔削弱影响往往需要采取补强措施加强，常见塔筒I补强采用环形加劲板6，环形加劲板6与筒壁采用全熔透T型焊缝连接8。由于T型焊缝8处应力集中较大、容许疲劳应力幅较低，通常采用增加门洞5区域筒壁厚度以降低最大应力和疲劳应力幅，门洞5区域加厚的较厚筒壁与上部未加厚的较薄筒壁设置一定过渡坡度11以缓解壁厚突变引起的应力集中。
[0003]环形加劲板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吊装难度，经济性差；此外，由于筒壁厚度的增加，引起底部塔筒筒壁之间焊缝10、筒壁与环形加劲板之间焊缝8、筒壁与底法兰之间焊缝9焊接量大大增加，因此引起的焊接热量和焊接变形增大，增加了焊接变形控制难度。且门洞5区域加厚的较厚筒壁与上部未加厚的较薄筒壁之间设置的过渡坡度11也难以完全避免此处的应力集中，造成结构破坏易在此处发生。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种厚度渐变型塔筒门框。
[0005]本发明提出一种厚度渐变型塔筒门框，所述门框采用整体锻造或铸造成型，呈环状结构，由门框上端、门框中部和门框下端依次连接组成一体，环状门框内部的空间构成门洞，所述门框上端和门框下端呈曲线，门框中部为直线或弧线，门框上端和门框中部连接处采用平滑过渡，门框下端和门框中部连接处采用平滑过渡；所述环状门框外侧壁与塔筒门洞侧壁连接，所述环状门框外壁与塔筒外壁同弧度，所述环状门框内壁与塔筒内壁采用平滑过渡；所述门框内侧壁的厚度较门框外侧壁的厚度厚，以弥补开设门洞对塔筒强度和刚度的削弱。
[0006]本发明中，所述门框上端和门框下端曲线，根据实际情况采用圆弧、椭圆弧或其他高次曲线中任一种。
[0007]本发明中，所述厚度渐变型塔筒门框与塔筒筒壁采用全熔透对接焊缝连接。
[0008]本发明技术原理是在不增厚底部塔筒的情况下通过门框厚度由薄到厚的平滑渐变来弥补门洞对塔筒强度和刚度的削弱，并采用全熔透对接焊缝连接门框和筒壁，大大减小钢材用量和焊接量，缓解门框与筒壁连接处的应力集中，改善门框焊缝的疲劳问题，而底部塔筒厚度不增加也避免了上下塔筒连接处的应力集中问题。
[0009]本发明的有益效果在于:
1.提供了一种厚度渐变型塔筒门框，门框与塔筒焊缝为全熔透对接焊缝，减小了此连接焊缝处的应力集中，降低其疲劳应力幅，磨平后抗疲劳性能高。
[0010]2.厚度渐变型塔筒门框可避免加厚底部塔筒的壁厚，减小底部塔筒筒壁之间、筒壁与门框之间、筒壁与底法兰之间焊缝的焊接量和焊接变形，提高了塔筒的经济性，降低了运输难度。
[0011]3.采用厚度渐变型塔筒门框对风力发电塔门洞进行补强对风力发电塔本身的低阶自振特性几乎没有影响。
【附图说明】
[0012]图1为风力发电塔侧视图；
图2为环形加劲门框主视图；
图3为图2的侧视图；
图4为图2的俯视图；
图5为厚度渐变型塔筒门框主视图；
图6为图5的侧视图；
图7为图5的俯视图；
图8为厚度渐变型塔筒门框的三维主视图。
[0013]图中标号:1为塔筒，2为基础，3为发电机，4为风轮，5为门洞，6为环形加劲板，7为筒壁，8为筒壁与环形加劲板T型焊缝，9为筒壁与底法兰焊缝，10为筒壁之间焊缝，11为不同厚度筒壁之间过渡坡度，12为厚度渐变型门框，13为门框上端，14为门框中部，15为门框下端，16为筒壁与厚度渐变型门框对接焊缝，17为门框外壁，18为门框内壁，19为门框外侧壁，20为门框内侧壁，21为塔筒门洞侧壁。
【具体实施方式】
[0014]下面通过实施例结合附图进一步说明本发明:
实施例1:如图5-图7所示，本发明包括门框上端13、门框中部14和门框下端15和，门框上端13、门框下端15与门框中部14之间平滑过渡，门框外壁17与塔筒I外壁同弧度，门框内壁18与塔筒I内壁采用平滑过渡，门框内侧壁20的厚度较门框外侧壁19的厚度厚，门框外侧壁19与塔筒门洞侧壁21之间采用全熔透对接焊缝16连接。
[0015]以图1-图4所示的一 80m高风力发电塔工程为例，若不开设门洞，底部塔筒壁厚可取为28_，底部塔筒总重量为59.3吨，风力发电塔塔身总重量为194.1吨，一阶、二阶自振频率均为0.86288Hz ;若开设门洞并采用环形加劲门框6增强洞口，底部塔筒壁厚需增厚至37_，底部塔筒与上部塔筒连接处采用过渡坡度进行厚度的过渡，底部塔筒总重量为64.7吨，风力发电塔塔身总重量为199.5吨，底部塔筒总重量增加9.1%，风力发电塔塔身总重量增加2.8%ο
[0016]若采用本发明技术方案，利用三维建模软件UG和通用有限元软件ABAQUS对厚度渐变型塔筒门框进行建模、计算和优化，确定门框外形和尺寸，使门框强度、刚度和门框焊缝的疲劳强度均满足要求，则优化之后底部塔筒厚度仍为28mm，底部塔筒总重量为59.8吨，风力发电塔塔身总重量为194.6吨，相比未开设门洞的风力发电塔，采用本发明的风力发电塔底部塔筒总重量仅增加0.8%，风力发电塔塔身总重量仅增加0.3% ;相比采用环形加劲门框的技术方案，采用本发明的风力发电塔底部塔筒可以节省7.6%的钢材，整个风力发电塔可以节省2.5%的钢材，效果非常可观。而且风力发电塔一阶、二阶自振频率分别为0.86279Hz和0.86325Hz，与未开设门洞的风力发电塔一阶、二阶自振频率分别只相差0.01%和0.04%，可见采用本发明对风力发电塔门洞进行补强对风力发电塔本身的低阶自振特性几乎没有影响。
【主权项】
1.一种厚度渐变型塔筒门框，其特征在于，所述门框采用整体锻造或铸造成型，呈环状结构，由门框上端、门框中部和门框下端依次连接组成一体，环状门框内部的空间构成门洞，所述门框上端和门框下端呈曲线，门框中部为直线或弧线，门框上端和门框中部连接处采用平滑过渡，门框下端和门框中部连接处采用平滑过渡；所述环状门框外侧壁与塔筒门洞侧壁连接，所述环状门框外壁与塔筒外壁同弧度，所述环状门框内壁与塔筒内壁采用平滑过渡；所述门框内侧壁的厚度较门框外侧壁的厚度厚，以弥补开设门洞对塔筒强度和刚度的削弱。
2.根据权利要求1所述的厚度渐变型门框，其特征在于所述门框上端和门框下端曲线，根据实际情况采用圆弧、椭圆弧或其他高次曲线中任一种。
3.根据权利要求1所述的厚度渐变型门框，其特征在于所述厚度渐变型塔筒门框与塔筒筒壁采用全熔透对接焊缝连接。
【专利摘要】本发明涉及一种厚度渐变型塔筒门框，门框采用整体锻造或铸造成型，呈环状结构，由呈曲线的门框上端、门框下端和呈直线或弧线的门框中部依次连接组成一体，门框上端、下端与门框中部采用平滑过渡；门框外侧壁与塔筒门洞侧壁连接，门框外壁与塔筒外壁同弧度，门框内壁与塔筒内壁采用平滑过渡，门框内侧壁的厚度较门框外侧壁的厚度厚；门框与筒壁采用全熔透对接焊缝连接。与目前常用的环形加劲门框相比，本发明与塔筒焊缝为全熔透对接焊缝，减小了此连接焊缝处的应力集中，降低其疲劳应力幅，磨平后抗疲劳性能高；同时本发明可避免加厚底部塔筒的壁厚，减小底部塔筒筒壁之间、筒壁与门框之间、筒壁与底法兰之间焊缝的焊接量和焊接变形，提高了塔筒的经济性，降低了运输难度；并且本发明对风力发电塔本身的低阶自振特性几乎没有影响。
【IPC分类】F03D11-00
【公开号】CN104879280
【申请号】CN201510243159
【发明人】陈俊岭, 李哲旭
【申请人】同济大学
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年5月14日