無法蘭支撐結(jié)構(gòu)制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供一種管狀支撐結(jié)構(gòu)（１００），它包括多個用于風(fēng)力渦輪塔（１０５）的采用無法蘭接頭（９０）的管段（９６）。無法蘭接頭（９０）采用指狀板組件（１２０）來連接相鄰管段（９６），指狀板組件（１２０）可圍繞相鄰管段（９６）周邊均勻分布。各管段可聯(lián)合起來形成風(fēng)力渦輪支撐塔（１０５）。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)總的說涉及管狀結(jié)構(gòu)，更具體地說，涉及管狀支撐結(jié)構(gòu)管段之間的無法蘭接頭。
技術(shù)介紹
管狀支撐結(jié)構(gòu)有很多不同的應(yīng)用類型。某些類型的支撐結(jié)構(gòu)將設(shè)備支撐在離地面很高的高度。這些支撐結(jié)構(gòu)可能很高，同時在其頂部帶有不同重量的工作設(shè)備，因而在這些結(jié)構(gòu)的連接處承受著很高的應(yīng)力。這類支撐結(jié)構(gòu)可用于很多場合，包括移動電話塔、雷達塔、和風(fēng)力塔。風(fēng)力渦輪支撐塔的結(jié)構(gòu)很龐大，有時伸得非常高，以安置很大的風(fēng)力渦輪轉(zhuǎn)子葉片，并在布局上將轉(zhuǎn)子葉片置于風(fēng)路上。舉例來說，典型的塔可能高達80米。圖1所示為用焊接片組件管段制成的管狀結(jié)構(gòu)例，在各管段的兩端焊接著法蘭。管狀結(jié)構(gòu)10可由兩端帶法蘭27和29的管段15構(gòu)成，各管段用螺栓連接在一起而構(gòu)筑結(jié)構(gòu)的高度。管段15包括許多環(huán)形管片20(也稱“環(huán)筒”)。在管片20的內(nèi)或外端面上開有焊接槽。各管片20在環(huán)筒焊縫40處彼此焊接而形成片組件25。然后在片組件兩端用高熱輸入的埋弧焊法焊接頂封閉法蘭27和底封閉法蘭29。頂封閉法蘭27和底封閉法蘭29也是環(huán)形。然后用螺栓沿螺栓線30將相鄰段15的頂封閉法蘭27和底封閉法蘭29連接在一起而將各段組裝起來。再在管狀結(jié)構(gòu)10底部加上底座法蘭33，在管狀結(jié)構(gòu)10頂部加上平臺法蘭35，就完成了該結(jié)構(gòu)的縱向布局。圖1的管狀結(jié)構(gòu)10可代表典型的風(fēng)力塔，用來支撐風(fēng)力渦輪或其它各種支撐塔。這個約80米高的塔包括三段，其中兩段長約25米，一般長約30米。在其它典型管狀結(jié)構(gòu)中，每段的長度和數(shù)量可根據(jù)該結(jié)構(gòu)的應(yīng)用和高度而變化。塔可以是圓柱形或圓錐形。例如，高度為50米的塔可用于強風(fēng)力狀況，而100米高的塔用于弱風(fēng)力狀況。所舉塔例的水平斷面一般為圓形，上部可以是錐形。可以利用許多單個管片來做成錐形，這些管片沿軸向堆成正錐形截面。不過，其它典型結(jié)構(gòu)各管片的水平斷面可以是不同的幾何形狀。-->圖2是管狀結(jié)構(gòu)各段間法蘭接頭對中良好時的剖視圖。法蘭/環(huán)筒焊接37將頂封閉法蘭27與處在下面的片組件25相連接。法蘭/環(huán)筒焊接39將相關(guān)的底封閉法蘭29與處在上面的焊接片組件25相連接。理想情況下，頂封閉法蘭27的法蘭配合面41和底封閉法蘭29的法蘭配合面43應(yīng)該完全平行，以使用于螺栓47和螺母49的通孔45與兩個法蘭很好對準(zhǔn)。這種風(fēng)力渦輪支撐塔存在的問題包括當(dāng)塔彎曲時焊接開裂，法蘭變形，和螺栓損壞，每種情況都會使塔的壽命縮短。另外，在法蘭焊接過程中產(chǎn)生的熱量將使法蘭變形。圖3表示用螺栓連接已變形的法蘭的過程。一開始，由于將法蘭焊接到環(huán)筒時產(chǎn)生的熱量，法蘭29產(chǎn)生變形(A)。當(dāng)已焊接的頂封閉法蘭27和已焊接的底封閉法蘭29連在一起時，通孔45的螺栓線不對中(B)，因而管段15(圖1)被已變形的法蘭夾持。用來連接相鄰法蘭組件15的螺栓可能受到扭曲，直至已變形的法蘭對準(zhǔn)為止(C)。這些帶螺母49的螺栓47可能扭曲至產(chǎn)生一定的預(yù)應(yīng)力(例如約590Mpa)，才能讓已變形的法蘭對準(zhǔn)。這個操作將在兩個焊接點37和39及螺栓47內(nèi)引起很高的預(yù)應(yīng)力，從而減少承受外負荷的能力。在螺栓中的高而非均勻的預(yù)應(yīng)力可能使螺栓和焊接點損壞(D)。對于用類似焊接法蘭接頭的其它類型管狀支撐結(jié)構(gòu)也可能遇到相似的問題。從本質(zhì)上來說，焊接具有固有的應(yīng)力集中特性。當(dāng)塔之類的管狀結(jié)構(gòu)受到強風(fēng)力負荷時，塔承受彎曲應(yīng)力。疊加在這些應(yīng)力上面的，是由塔頂質(zhì)量引起的周期性振動的高彎曲應(yīng)力。這些因數(shù)組合，再加上組件的預(yù)應(yīng)力，使焊接點和螺栓承受高的張應(yīng)力，很可能使焊接開裂或螺栓損壞，造成相關(guān)的維修費用增加。螺栓的損壞已變成一件很大的事情，以致于供應(yīng)商不得不在焊接之后加工法蘭，以滿足平整度的要求。舉例來說，某些塔的用戶可能要求供應(yīng)商使用激光測量法蘭的平整度，凡是不平度超過1.5mm就要求重新加工。供應(yīng)商可能不得不切割和重焊法蘭來滿足此要求，這可能顯著影響成本和工期及塔的強度。法蘭焊接的檢驗也是一個關(guān)注點。由于大多數(shù)檢驗方法是依靠定標(biāo)的間接檢驗過程，所以很難準(zhǔn)確評估焊接是否牢固。因而有必要提供一種風(fēng)力渦輪支撐塔標(biāo)準(zhǔn)段的組件，它不會在連接處產(chǎn)生高應(yīng)力，而且能對應(yīng)力進行檢測。
技術(shù)實現(xiàn)思路
-->本專利技術(shù)總的說涉及將各段管狀結(jié)構(gòu)連接在一起的接頭，尤其是連接風(fēng)力渦輪支撐塔各段的無法蘭接頭。簡單地說，本專利技術(shù)的一種形式提供一種指狀板組件，用來連接管狀支撐結(jié)構(gòu)兩相鄰管段。該指狀板組件包括外指板、內(nèi)指板和對接在一點的相鄰管段的相應(yīng)兩端。在每個指板上提供多個通孔陣列，每個通孔陣列提供與兩個相鄰管段中一個的連接。相配的通孔陣列位于相鄰管段的相應(yīng)端上。還提供將內(nèi)、外指狀板固定到管段的裝置。簡單地說，根據(jù)本專利技術(shù)另一形式，提供一種將管狀支撐結(jié)構(gòu)兩段相連接的無法蘭接頭。此無法蘭接頭包括管狀支撐結(jié)構(gòu)的兩個相鄰段和多個指狀板組件，后者圍繞該管狀支撐結(jié)構(gòu)兩個相鄰段的周邊均勻分布。簡單地說，根據(jù)本專利技術(shù)第三種形式，提供一種管狀支撐結(jié)構(gòu)。此管狀支撐結(jié)構(gòu)包括許多管段和多個用指狀板組件連接相鄰管段的無法蘭接頭，這些指狀板組件圍繞相鄰管段的周邊均勻分布。附圖說明參照附圖閱讀下面的詳細說明，將更好地了解本專利技術(shù)的上述和其它多個特性、形式、和優(yōu)點，附圖中相似的字符代表類似的部件，其中：圖1表示用螺栓連在一起的帶法蘭段的管狀結(jié)構(gòu)例。圖2表示塔的各標(biāo)準(zhǔn)段的法蘭接頭對準(zhǔn)良好時的剖視圖。圖3表示用螺栓連接已變形法蘭的過程。圖4表示指狀板組件的側(cè)剖視圖。圖5表示典型指狀板的等角投影圖。圖6表示指狀板組件連接和現(xiàn)行短法蘭接頭在塔側(cè)傾時的相對剛度。圖7表示利用圍繞管狀支撐結(jié)構(gòu)周邊均勻分布的指狀板組件的無法蘭接頭。圖8表示風(fēng)力渦輪支撐塔的軸向截面，此塔包括多個用指狀板組件連接的無法蘭接頭。具體實施方式本專利技術(shù)下面多個實施例具有很多優(yōu)點，包括可避免焊接處和螺栓中出現(xiàn)高的張應(yīng)力，這些應(yīng)力可能導(dǎo)致焊接開裂或螺栓損壞，并使相關(guān)維護費用增加。本專利技術(shù)的一種形式提供多個指狀板組件，以連接管狀組件的相鄰-->段。圖4表示一種指狀板組件50的側(cè)剖視圖，該組件能克服上述帶焊接法蘭接頭的管狀組件中法蘭在焊接后變形的問題。管狀組件(無法蘭)的兩個相鄰無法蘭標(biāo)準(zhǔn)段52和54的圓環(huán)在很靠近點56處被連在一起。在管狀組件內(nèi)部提供內(nèi)指狀板57。此內(nèi)指狀板57可以是具有曲線外直徑的，它與無法蘭標(biāo)準(zhǔn)段52和54的曲線內(nèi)直徑相配。內(nèi)指狀板57用來連接相鄰無法蘭段的內(nèi)表面58和60。在管狀組件外部提供外指狀板62。此外指狀板62可以是具有曲線內(nèi)直徑的，它與無法蘭標(biāo)準(zhǔn)段52和54的曲線外直徑相配。外指狀板62用來連接相鄰無法蘭段的外表面64和66。在每個指狀板上提供多個固定通孔陣列，它們與無法蘭標(biāo)準(zhǔn)段相應(yīng)端上的固定通孔陣列相配。根據(jù)固定通孔陣列的不同，組件還可能包括螺栓47和螺母49。但按照具體應(yīng)用的不同，也可以采用其它的適當(dāng)固定方式。圖5表示用螺栓和螺母固定的典型指狀板等角視圖。此典型指狀板70具有內(nèi)表面72和外表面74。對于內(nèi)指狀板，它的外表面與相鄰管段的曲線外表面相匹配。對于外指狀板，它的外表面與相鄰管段的相應(yīng)表面相匹配。典型的螺栓通孔陣列76用來與一個管段連接，而典型的螺栓通孔陣列78用來與相鄰管段連接。指狀板的設(shè)計根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計程序進行，包括螺栓通孔離指狀板邊緣的距離，相鄰螺栓通孔之間的距離，指狀板厚度，指狀板的表面尺寸和板材選擇。本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種管狀支撐結(jié)構(gòu)（１００），包括：多個管段（９６）；和多個無法蘭接頭（９０），包括用來連接相鄰管段（９６）的指狀板組件（１２０），這些指狀板組件（１２０）圍繞相鄰管段（９６）的周邊均勻分布。

【技術(shù)特征摘要】
US 2006-8-18 11/5064211.一種管狀支撐結(jié)構(gòu)(100)，包括：多個管段(96)；和多個無法蘭接頭(90)，包括用來連接相鄰管段(96)的指狀板組件(120)，這些指狀板組件(120)圍繞相鄰管段(96)的周邊均勻分布。2.如權(quán)利要求1的管狀支撐結(jié)構(gòu)(100)，其中管狀支撐結(jié)構(gòu)(100)包括：支撐塔(105)。3.如權(quán)利要求2的管狀支撐結(jié)構(gòu)(100)，其中管狀支撐結(jié)構(gòu)(100)包括：風(fēng)力渦輪支撐塔。4.如權(quán)利要求3的管狀支撐結(jié)構(gòu)(105)，其中無法蘭接頭(90)還包括：五個指狀板組件(120)，它們圍繞相鄰管段(96)的周邊均勻分布。5.如權(quán)利要求3的管狀支撐結(jié)構(gòu)(100)，其中風(fēng)力渦輪支撐塔還包括：支撐塔(105)的底座(108)；用無法蘭接頭(90)相連的管段；連接至管段(96)頂部的平臺(108)；和支撐在平臺(108)上的風(fēng)力渦輪發(fā)電機(110)和風(fēng)力渦輪轉(zhuǎn)子(115)。6.如權(quán)利要...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：RR凱羅，S薩天，
申請(專利權(quán))人：通用電氣公司，
類型：發(fā)明
國別省市：US[美國]