专利名称：连接法兰的制作方法
技术领域：
本实用新型有关于一种管件的连接法兰，特别是有关于一种连接大型钢 管管件例如大型风力发电机的圆管型塔柱(又称塔筒)、以及其它受力性质 雷同的钢管结构的连接法兰。
背景技术：
风力发电机受到风翼旋转的循环动作用，要求塔柱具有足够的结构强度 和连接强度来抵抗这种疲劳动力荷载，也要求能承受最大风压的极限荷载作 用。对疲劳动力荷载，要求法兰连接要具有不变的抗弯刚度。参见图1，目前的钢管连接一般采用刚性法兰，该钢性法兰包括沿钢 管3的管壁焊接的法兰板1，在法兰板1上设有多个螺栓孔11，法兰板1的后面设有多个加劲板2，这些加劲板2与钢管3的管壁、法兰板l的后面之 间焊接固定。这种连接法兰的法兰板1的厚度有限，螺栓直径又很大，较难 达到摩擦型高强螺栓的预紧力要求，其连接焊缝7受到螺栓拉力的剪力作用 和弯矩作用，在螺栓拉力越大、螺栓离管壁越远的情况下，弯矩作用越大， 这一弯矩作用透过加劲板2作用于钢管3的管壁而使得钢管3的管壁受到径 向压力，从而使管壁出现很大的环向拉应力，对钢管3受力不利，受拉力大 的螺栓处法兰会沿上、下法兰贴合面开裂，不能保证不变的抗弯刚度，所以 不能用于风力发电机的塔筒连接。现有大型风力发电机的圆管型塔柱一般是采用厚型法兰连接，如图2所 示，该厚型法兰包括法兰板l、连接管14，该连接管14与钢管3的管壁接 触面31相焊接，法兰板1上设有多个螺栓孔，供螺栓16穿设螺固。厚型法 兰的法兰板1厚度较大，螺栓长度较长，因此施加预紧力和控制预紧力大小
比刚性法兰方便，能够同时满足大型风力发电机的圆管型塔柱连接的强度和 刚度不变的要求。但该厚型法兰最大的缺点是用钢量大，而且要求法兰整体锻造成型，每吨重的造价是普通钢结构平均造价的2. 5 3倍，且目前制造 此种法兰的材料来源主要依靠进口，因此，此种厚型法兰提高了风力发电机 组结构部分的成本，严重影响了风力发电机推广和发展速度。实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种连接法兰，适用于大型钢管 的连接，例如大型风力发电机的圆管型塔柱的连接，既有可靠的连接强度， 又能确保在循环动力荷载下抗弯刚度不变，可完全满足风力发电机塔筒的受 力要求，同时也能节约用钢量，降低加工难度，从而大幅降低制造及组装成 本。本实用新型提供的一种连接法兰，包括法兰板及多个加劲板，在法兰板 上设有多个螺栓孔，在沿钢管的管身轴向指向管壁接触面的方向上，各加劲 板位于法兰板的前侧，且加劲板的前端面设有平衡接触面。根据上述方案，本实用新型相对于现有技术的效果是显著的，具有如下 有益的技术效果一、 本实用新型的连接法兰，与现有刚性法兰与加劲板的连接关系相反， 是使加劲板由目前位于法兰板的后侧，调整为位于法兰板前侧，相对于现有 法兰是反向的，且在加劲板上设有平衡接触面，在组装时，不但对接钢管的 钢管管壁接触面受压，加劲板的平衡接触面也受压，该平衡接触面产生的压 应力弯矩可以基本上抵消螺栓通过加劲板作用于钢管管壁的拉应力力矩，消 除加劲板与钢管壁连接焊缝的弯矩作用，减小钢管环向拉力，减小焊缝受力， 减小加劲板的高度。可见，本实用新型的特点是"反向"和"平衡"，因此 本实用新型的连接法兰可称为"反向平衡法兰"。二、 相对于现有厚型法兰，减少了用钢量，本实用新型的连接法兰重量
低于现有厚型法兰的50%以上，单位重量的造价仅是目前厚型法兰的40 50%,整个法兰的组装成本降低70%左右。三、本实用新型相对现有厚型法兰，不需增加法兰板厚度就能增加摩擦 型高强螺栓的长度，螺栓杆长、直径相对较小，从而方便螺栓施加预紧力和 控制预紧力大小，以实现受力过程中抗弯刚度不变。且螺栓操作间距不受加 劲板的干扰，因而螺栓间距可以布置得细而密，可以减小法兰板的平面尺寸， 计算跨度，从而减少法兰板厚度，最终节省钢材。
图l为现有刚性法兰的剖视示意图。图2为现有厚型法兰的剖视示意图。图3为本实用新型实施例1的连接法兰的剖视图。图4为本实用新型实施例2的连接法兰的剖视图。图5为图4中的连接法兰的局部立体图。图6为沿钢管的轴向观视图4中的连接法兰的整体端部视图。
具体实施方式
如图3所示，本实用新型提供了一种连接法兰，包括上、下两个连接法 兰，上方的连接法兰包括上法兰板1及多个上加劲板2，下方的连接法兰包 括下法兰板5及多个下加劲板6，在上、下法兰板l、 5上设有多个一一对应 的螺栓孔ll、 51，使所述多个上、下加劲板2、 6沿上、下钢管3的管壁平 均分布，所述多个螺栓孔11、 51位于相邻两个上加劲板2和相邻两个下加 劲板6之间；本实用新型的改进点是在沿上、下钢管3的管身轴向分别指 向其管壁接触面31的方向上，上加劲板2位于上法兰板1的前侧，下加劲 板6位于下法兰板5的前侧，所述上、下加劲板2、 6—一对应，在上、下 加劲板2、 6的前端面上设有上、下平衡接触面211、 611，该上、下平衡接
触面2U、 611对接，且上、下钢管3的管壁接触面31对接。在组装时，优 选的，由摩擦型高强螺栓16 (如图4所示)穿过螺栓孔ll、 51而将两个法 兰连接在一起，使对接上、下钢管3的管壁接触面31接触受压，上、下加 劲板2、 6的平衡接触面2U、 611也接触受压，该上、下平衡接触面211、 611产生压应力的弯矩可以基本上抵消螺栓作用于上、下钢管3管壁的拉应 力力矩，起到平衡作用，使上、下加劲板2、 6对钢管3管壁的弯矩作用可 以基本消除，极大了减小了上、下钢管3的环向拉应力，使连接焊缝7受力 减少，连接强度可靠，又能确保在循环动力荷载下抗弯刚度不变，完全满足 风力发电机塔筒的受力要求，且减少了用钢量，降低造价。在优选的实施例中，如图3所示，所述上、下平衡接触面211、 611分 布于上、下加劲板2、 6的前端面的局部表面，所述上、下钢管3的管壁接 触面31位于所述螺栓孔11、 51的一侧，而所述上、下平衡接触面211、 611 位于前端面上的螺栓孔ll、 51的另一侧。在优选的实施例中，所述上加劲板2的前端面除上接触表面211以外的 表面呈内凹状，所述上平衡接触面211突出于上加劲板2的前端面，而下加 劲板6的前端面为平面。在优选的实施例中，可使上加劲板2的上平衡接触面211低于上钢管3 的管壁接触面31，而下加劲板6的前端面61高出下钢管3的管壁接触面31， 在该下加劲板6高出下钢管3的管壁接触面31的前端面与下钢管3的管壁 靠近的一侧具有导角部612，这样，下加劲板6的前端面的高出部分在安装 时有导引作用，在受力时，对接部位的抗剪主要靠摩擦力，该高出部分还可 以作为起到抗剪作用的后备元件。在优选的实施例中，所述上、下加劲板2、 6的前段沿远离螺栓孔11、 51的径向方向延伸有突出部22、 62，该突出部22、 62的侧面超出超出法兰 板l、 5的自由端侧面。在优选的实施例中，如图3所示，是使上法兰板1直接焊接于上钢管3 的管壁上，上加劲板2分别与上法兰板1的前表面、上钢管3的管壁接触的 部分通过焊缝7焊接固定；所述下法兰板6焊接于下钢管3的管壁上，下加 劲板6分别与下法兰板5的前表面、下钢管3的管壁接触的部分通过焊缝7 焊接固定，这样，上、下钢管3的管壁接触面31可以直接压紧。在最优选的实施例中，如图4、 5、 6所示，上、下连接法兰还可以分别 包括上、下法兰管4，该上法兰管4的后端为与上钢管3的管壁接触面31 对焊的焊接端41，前端为对接端42，与另一法兰管4的对接端42对接压紧。本实用新型的工厂制作工序如下1、 釆用普通巻板机巻制上、下法兰管4，并焊接成型，校正为符合制作 标准的圆筒形。2、 将上、下法兰管4的对接端42铣平或磨平(厚型法兰铣平面积比本 实用新型大的多)。3、 在上、下法兰管4的焊接端41通过碳气刨或铣床来加工焊接坡口。4、 加工圆环状的上、下法兰板l、 5。5、 将上法兰板1焊接于上法兰管4的管壁上，将下法兰板5焊接于下 法兰管4的管壁上。6、 加工上、下加劲板2、 6。7、 将全部上加劲板2焊接于上法兰板1。8、 将下加劲板6与上加劲板2对准，使上、下平衡接触面211、 611对 接贴紧，用"廿"形螺栓紧固上、下加劲板的突出部22、 62。9、 将焊接有下法兰板5的下法兰管4与焊接有上法兰板1、上加劲板2 的上法兰管4对准，使上、下法兰板l、 5的螺栓孔11、 51中心对准，上、 下加劲板2、 6的突出部22、 62外边对准，之后，用摩擦型高强螺栓临时固 定，将下加劲板6以与上法兰板1的上加劲板2分别一一成对的方式逐块焊 接于下法兰管4与下法兰板5上。10、 拆除固定加劲板的"廿"形螺栓。
11、 将焊接有上、下法兰板l、 5，上、下加劲板2、 6的上、下法兰管 4的对接端41分别与上、下钢管3的管壁接触面31对焊。12、 对上、下钢管3的管体作其它后续处理。13、 运送至工地，紧固摩擦型高强螺栓而使上、下法兰组件连接起来， 达到设计预拉力值，从而使上、下钢管3的管壁接触面31和上、下加劲板2、 6的平衡接触面211、 611同时压紧，下加劲板5高出下钢管筒体上端，并有 斜坡，在安装中有导引作用，受力时有抗剪作用。
权利要求1.一种连接法兰，包括法兰板及多个加劲板，在法兰板上设有多个螺栓孔，其特征是在沿钢管的管身轴向指向管壁接触面的方向上，各加劲板位于法兰板的前侧，且加劲板的前端面设有平衡接触面。
2. 如权利要求1所述的连接法兰，其特征是所述连接法兰包括两个， 两个连接法兰的法兰板上的螺栓孔一一对应，在组配状态时，两个钢管的管 壁接触面对接、两个连接法兰的加劲板的前端面的平衡接触面对接。
3. 如权利要求2所述的连接法兰，其特征是所述钢管的管壁接触面 位于螺栓孔的 一侧，所述平衡接触面位于螺栓孔的另 一侧。
4. 如权利要求3所述的连接法兰，其特征是位于上方的连接法兰的 加劲板的前端面除平衡接触面以外的表面呈内凹状，位于下方的连接法兰的 加劲板的前端面为平面。
5. 如权利要求4所述的连接法兰，其特征是位于上方的连接法兰的 加劲板的平衡接触面低于上钢管的管壁接触面，位于下方的连接法兰的加劲 板的前端面高出下钢管的管壁接触面。
6. 如权利要求5所述的连接法兰，其特征是位于下方的连接法兰的 加劲板的前端面高出下钢管的管壁接触面的前端面的与钢管管壁靠近的一 侧设有斜坡。
7. 如权利要求1所述的连接法兰，其特征是所述加劲板的前段沿远 离螺栓孔的径向方向延伸有超出法兰板的自由端侧面的突出部。
8. 如权利要求1所述的连接法兰，其特征是所述平衡接触面及钢管 的管壁接触面为铣平面或磨平面，所述两个连接法兰由摩擦型螺栓穿过螺栓 孔而连接在一起。
9. 如权利要求1 8中任意一项所述的连接法兰，其特征是所述法兰 板焊接于钢管的管壁上，加劲板分别与法兰板的前表面、钢管管壁接触的部 分通过焊接固定。
10.如权利要求1 8中任意一项所述的连接法兰，其特征是还包括 法兰管，该法兰管的后端与钢管的管壁接触面对焊，前端与另一法兰管的对 接端对接，法兰板焊接于法兰管的管壁上。
专利摘要本实用新型公开了一种连接法兰，包括法兰板及多个加劲板，在法兰板上设有多个螺栓孔，在沿钢管的管身轴向指向管壁接触面的方向上，各加劲板位于法兰板的前侧，且加劲板的前端面设有平衡接触面。本实用新型的连接法兰，可由平衡接触面产生的压应力弯矩来抵消螺栓作用于钢管管壁的拉应力，减小了钢管的环向拉应力，既具有可靠的连接强度，又能确保在循环动力荷载下抗弯刚度不变，特别适用于大型钢管的连接，例如大型风力发电机的圆管型塔柱连接，也能节约用钢量，降低加工难度，大幅降低制造及组装成本。
文档编号F03D11/04GK201027737SQ20072000266
公开日2008年2月27日 申请日期2007年1月26日 优先权日2007年1月26日
发明者马人乐 申请人:国水投资集团包头风电科技有限公司