專利名稱:一種大型風力發(fā)電機塔架的免維護聯(lián)接裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種大型風力發(fā)電機塔架的免維護聯(lián)接裝置，包括：用于承受風的傾覆力矩以及風機運行中各種振動共同作用下對風機塔架引起的橫向載荷的聯(lián)接件，該聯(lián)接件設置于風機塔架的螺栓聯(lián)接組合中。本實用新型的優(yōu)點是：操作簡便，其能夠完全消除聯(lián)接螺栓與螺栓孔壁之間的間隙，并形成一定的過盈量。同時，在聯(lián)接螺栓與螺栓孔壁之間產(chǎn)生了巨大的壓緊力，實現(xiàn)可靠聯(lián)接，以此承受橫向載荷。同時，制造安裝成本顯著降低，應用于塔架法蘭之間形成了聯(lián)結(jié)，塔架法蘭之間沒有任何相對位移，等同于將兩個對接法蘭鉚接成為一個整體。這樣，塔架受的靜載荷、動載荷、風的傾覆力矩以及各種振動都不會引起聯(lián)接松動，從根本上解決螺栓松動問題，風機連續(xù)使用壽命20年內(nèi)，無需對聯(lián)接螺栓進行檢查維護。
【專利說明】
一種大型風力發(fā)電機塔架的免維護聯(lián)接裝置
技術(shù)領域
[0001 ]本實用新型涉及一種大型風力發(fā)電機塔架的免維護聯(lián)接裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 風電是潛力巨大的綠色能源，預計未來很長一段時間內(nèi)都將保持高速發(fā)展的趨 勢。功率在百千瓦級以上的風電機組稱為大型風電機組（以下簡稱風機）；大型風機的塔架 通常是用帶錐度的鋼管制成的。塔架的功能是將發(fā)電系統(tǒng)(機艙和轉(zhuǎn)輪)支撐到空中，塔架 越高，風機獲取的風能越多，大型風機的塔架有幾十米甚至上百米高。為了制造、運輸和安 裝方便，大型塔架一般分成幾段，以功率1500千瓦、高度80米的風機塔架為例，分為上中下 三段。上段與機艙相連、下段與基礎相連。各部分之間，采用螺栓聯(lián)接。塔架受力復雜，承受 風機重力靜載荷、風作用下的拉壓扭彎組合動載荷，還承受風輪旋轉(zhuǎn)引起的振動、風引起的 順風向振動和橫風向振動。風機的使用壽命為正常連續(xù)工作20年，對聯(lián)接螺栓要求非常 高，。螺栓聯(lián)接結(jié)構(gòu)在振動環(huán)境下，一方面，夾緊力容易下降，導致被聯(lián)接件的松動;嚴重情 況下，造成螺栓斷裂，引起重大安全事故。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)高強度螺栓與螺栓孔之間有縫隙，只能依靠很大的預緊力產(chǎn)生的摩擦力 矩來承受風的傾覆力矩以及風機運行中各種振動共同作用下對風機塔架引起的橫向載荷， 使用的螺栓強度等級高、直徑大、數(shù)量多，使用的連接法蘭特別厚，法蘭孔特別密集，即便如 此，仍然不能克服螺栓聯(lián)接松動的問題。對螺紋聯(lián)接結(jié)構(gòu)松動過程的研究是國內(nèi)外工程領 域長期研究的熱點。同濟大學建筑設計研究院研發(fā)的反向平衡技術(shù)主要是通過增加螺栓長 度減小螺栓剛度，改善螺栓的受力，但仍不能從根本上解決風機塔架聯(lián)接螺栓的松動和免 維護問題。另外，現(xiàn)有技術(shù)也有以下顯著缺點：使用的螺栓強度等級高、直徑大、數(shù)量多，使 用的連接法蘭別厚，法蘭孔特別密集制造成本高，螺栓聯(lián)接容易松動，維護成本高。 【實用新型內(nèi)容】
[0004] 有鑒于此，本實用新型的主要目的在于提供一種大型風力發(fā)電機塔架的免維護聯(lián) 接裝置，其結(jié)構(gòu)可靠操作簡便，能夠徹底解決螺栓聯(lián)接的松動難題，降低高強度螺絲的等 級、減小數(shù)量和尺寸規(guī)格，減小法蘭的厚度尺寸，從而降低制造費用，還節(jié)省了高昂的維護 費用。
[0005] 為達到上述目的，本實用新型的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：一種大型風力發(fā)電機塔 架的免維護聯(lián)接裝置，其特征在于，包括：用于承受橫向載荷的聯(lián)接件，該聯(lián)接件設置于風 機塔架的螺栓聯(lián)接組合中。
[0006] 本實用新型相對于現(xiàn)有技術(shù)具有以下實質(zhì)性特點和進步：
[0007] 結(jié)構(gòu)簡單操作簡便，包括:用于承受橫向載荷的聯(lián)接件，該聯(lián)接件設置于風機塔架 的螺栓聯(lián)接組合中。其能夠完全消除聯(lián)接螺栓與螺栓孔壁之間的間隙，并形成一定的過盈 量。同時，在聯(lián)接件與螺栓孔壁之間產(chǎn)生了巨大的壓緊力，擠壓應力不低于150MPa，從而實 現(xiàn)可靠聯(lián)接，以此承受風的傾覆力矩以及風機運行中各種振動共同作用下對風機塔架引起 的橫向載荷。同時，制造成本顯著降低，其加工和安裝方便，對螺栓孔的加工要求，沒有鉸制 孔螺栓要求的那樣高，而且應用于塔架法蘭之間形成了聯(lián)結(jié)，塔架法蘭之間沒有任何相對 位移，跟鉚接到一起一樣行成一個整體。這樣，塔架受的靜載荷、動載荷、風的傾覆力矩以及 各種振動都不會引起聯(lián)接松動，從根本上解決螺栓松動問題，安裝合格的風機塔架，風機使 用壽命20年內(nèi)，無需對聯(lián)接螺栓進行檢查維護。而且，因為脹緊螺栓的脹緊套之間是錐面接 觸，十分容易拆卸。
【附圖說明】

[0008] 圖1為本實用新型的大型風力發(fā)電機塔架的免維護聯(lián)接裝置的第一實施例結(jié)構(gòu)示 意圖；
[0009] 圖2為本實用新型的大型風力發(fā)電機塔架的免維護聯(lián)接裝置的第二實施例結(jié)構(gòu)示 意圖；
[0010] 圖3為本實用新型的安裝結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0011]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步說明，以使本領域的技術(shù)人員 可以更好地理解本實用新型并能予以實施，但所舉實施例不作為對本實用新型的限定。
[0012] 請參照圖1，本實用新型的大型風力發(fā)電機塔架的免維護聯(lián)接裝置包括:用于承受 橫向載荷的聯(lián)接件1〇〇,該聯(lián)接件設置于風機塔架的螺栓聯(lián)接組合中。在風機塔架的螺栓聯(lián) 接中，增加能承受風的傾覆力矩以及風機運行中各種振動共同作用下對風機塔架引起的橫 向載荷的聯(lián)接件，該聯(lián)接件的脹緊套為帶錐度的結(jié)構(gòu)，既能滿足塔架對接螺栓孔加工尺寸 精度不高的使用條件，又能保證塔架聯(lián)接螺栓不松動，穩(wěn)定度提升100%，達到風機塔架聯(lián) 接螺栓免維護的目的。
[0013] 優(yōu)選地，所述聯(lián)接件100包括:一聯(lián)接螺栓110,在所述聯(lián)接螺栓110外面套裝一組 或多組帶有圓錐結(jié)合面的脹緊螺栓。
[0014] 優(yōu)選地，所述接合面的剖面傾角0在10-15度為最佳使用效果。
[0015] 優(yōu)選地，所述脹緊螺栓包括:設置于聯(lián)接螺栓外層的內(nèi)脹套114和外脹套113,內(nèi)外 脹套具有高強度高彈性高硬度特性。
[0016] 優(yōu)選地，在所述聯(lián)接螺栓110的至少一個端部耦合有擠壓螺母119,擰在擠壓螺母 119外圓的是緊固螺母117,擠壓螺母119是高強度螺母，緊固螺母也是高強度螺母。
[0017]優(yōu)選地，在緊固螺母117與擠壓螺母119之間設置間距，能夠有效增強使用性能。
[0018]優(yōu)選地，所述緊固螺母117的內(nèi)側(cè)設有墊圈115,增強緊固性能。
[0019]優(yōu)選地，所述墊圈的直徑大于緊固螺母的直徑，能夠有效增強使用性能。
[0020]作為具體的實施例，旋轉(zhuǎn)擠壓螺母使脹套沿徑向向外擴張，直到外脹套緊緊擠壓 到孔壁上，消除聯(lián)接螺栓與孔壁之間的間隙，脹套完全脹緊塞滿螺栓孔，并形成一定的過盈 量。外脹套與螺栓孔壁之間產(chǎn)生不低于150MPa的擠壓應力，實現(xiàn)可靠聯(lián)接，以此承受風的傾 覆力矩以及風機運行中各種振動共同作用下對風機塔架引起的橫向載荷。同時，緊固螺母 和現(xiàn)有技術(shù)使用的高強度螺栓的螺母作用一樣以承受軸向力為主，同時靠摩擦力承受部分 橫向載荷。這種脹緊螺栓加工和安裝方便，對螺栓孔的加工要求，沒有鉸制孔螺栓要求的那 樣高;安裝時，先將擠壓螺母松開，內(nèi)外脹套縮小，很輕松地插入孔內(nèi)，然后將擠壓螺母和緊 固螺母分別按要求的力矩擰緊即可達到脹緊連接目的。
[0021]請參照圖2,本實用新型的大型風力發(fā)電機塔架的免維護聯(lián)接裝置包括:用于承受 風的傾覆力矩以及風機運行中各種振動共同作用下對風機塔架引起的橫向載荷的聯(lián)接件 300,該聯(lián)接件設置于風機塔架的螺栓聯(lián)接組合中。在風機塔架的螺栓聯(lián)接中，增加能承受 橫向載荷的聯(lián)接件300，該聯(lián)接件為雙頭結(jié)構(gòu)，既能滿足塔架對接螺栓孔加工尺寸精度不高 的使用條件，又能保證塔架聯(lián)接螺栓不松動，穩(wěn)定度提升1〇〇%，達到風機塔架聯(lián)接螺栓免 維護的目的。
[0022]優(yōu)選地，所述聯(lián)接件300包括:一聯(lián)接螺栓310,在所述聯(lián)接螺栓310外面套裝一組 或多組帶有圓錐結(jié)合面的脹緊螺栓。
[0023] 優(yōu)選地，所述脹緊螺栓包括:設置于聯(lián)接螺栓外層的內(nèi)脹套314和外脹套313,內(nèi)外 脹套具有高強度高彈性高硬度特性。
[0024] 優(yōu)選地，在所述聯(lián)接螺栓310的至少一個端部耦合有擠壓螺母319,擰在擠壓螺母 319外圓的是緊固螺母317,擠壓螺母319是高強度螺母，緊固螺母也是高強度螺母。
[0025]優(yōu)選地，所述緊固螺母317的內(nèi)側(cè)設有墊圈315,增強緊固性能。
[0026] 作為具體的實施例，旋轉(zhuǎn)擠壓螺母使脹套沿徑向向外擴張，直到外脹套緊緊擠壓 到孔壁上，消除聯(lián)接螺栓與孔壁之間的間隙，脹套完全脹緊塞滿螺栓孔，并形成一定的過盈 量。外脹套與螺栓孔壁之間產(chǎn)生了不低于150MPa的擠壓應力，實現(xiàn)可靠聯(lián)接，以此承受風的 傾覆力矩以及風機運行中各種振動共同作用下對風機塔架引起的橫向載荷。同時，緊固螺 母和現(xiàn)有技術(shù)使用的高強度聯(lián)接螺栓中的螺母的作用一樣以承受軸向力為主，同時靠摩擦 力承受部分橫向載荷。這種脹緊螺栓加工和安裝方便，對螺栓孔的加工要求，沒有鉸制孔螺 栓要求的那樣高;安裝時，只需將擠壓螺母松開，內(nèi)外脹套縮小，就能很輕松地插入孔內(nèi)，然 后將擠壓螺母和緊固螺母分別按要求的力矩擰緊即可達到脹緊目的。
[0027] 本實施例中，所述聯(lián)接件沿塔架法蘭中心圓間隔均布，具體數(shù)量規(guī)格跟高強度螺 栓的數(shù)量規(guī)格相對應。
[0028] 作為另一種實施例，所述聯(lián)接件沿塔架法蘭中心圓間隔均布，整個中心圓圈全部 均布聯(lián)接件300。
[0029] 作為另一種實施例，如圖3所示，沿所述塔架法蘭中心圓間隔均布所述聯(lián)接件100， 300與聯(lián)接螺栓200。所述的聯(lián)接螺栓數(shù)量為100或幾十個-150甚至更多個，所述聯(lián)接件的數(shù) 量為6-12,或更多個。優(yōu)選地，聯(lián)接螺栓數(shù)量為120-129個，所述聯(lián)接件的數(shù)量為8-12個，緊 固聯(lián)接的效果最佳。
[0030] 優(yōu)選地，所述聯(lián)接螺栓為抗拉強度Ob彡1000,優(yōu)選地大于1274MPa的螺栓，緊固效 果增強。
[0031] 優(yōu)選地，所述內(nèi)脹套和外脹套為60Si2Mn彈簧鋼，增強緊固效果。
[0032] 優(yōu)選地，所述擠壓螺母與緊固螺母為抗拉強度〇b彡1000,優(yōu)選地大于1274MPa，緊 固效果增強。屈服強度〇s彡900,優(yōu)選地，大于1176MPa的螺母，緊固效果增強。
[0033]在實施時，聯(lián)接件承受橫向載荷的同時，還與高強度螺栓一起承受軸向載荷。步 驟:計數(shù)并作標記，留出聯(lián)接件的位置，裝入高強度螺栓。用扭矩扳手擰緊高強度螺栓達到 要求的預緊力矩，直到對接法蘭之間的間隙都閉合為止。再安裝聯(lián)接件。按要求的力矩用扭 矩扳手擰緊聯(lián)接件。當達到設定的脹緊力矩值，停止擰緊擠壓螺母，此時擠壓螺母與脹套之 間形成巨大的接觸應力，阻止擠壓螺母發(fā)生松動。最后擰緊緊固螺母達到規(guī)定的預緊力矩。 使用聯(lián)接件后，兩種螺栓的預緊力都遠遠小于現(xiàn)有高強度螺栓的預緊力，試驗表明，只有 1.7%左右，從而大大增強了使用效果。
[0034]優(yōu)選地，本實施例的高強度螺栓為性能等級8.8級以上、材質(zhì)為低碳合金鋼或中碳 鋼并經(jīng)熱處理(淬火、回火）的螺栓。脹緊力的檢測試驗:將要求達到的擠壓應力，換算為扭 矩扳手的扭矩值，高強度螺栓數(shù)量減少，節(jié)省了成本，聯(lián)接件的直徑尺寸、高強度螺栓的強 度等級降低、尺寸規(guī)格減小，應用范圍明顯加大。
[0035]本實用新型因為增加了聯(lián)接件，高強度螺栓主要承受軸向力，原設計的預緊力大 大減小，聯(lián)接螺栓尺寸規(guī)格可以減小，精度等級可以降低。還可以減少高強度螺栓的數(shù)量。 法蘭的加工成本、安裝成本都隨之降低，降低了制造成本。最重要的是實現(xiàn)風機塔架螺栓免 維護聯(lián)接。脹緊螺栓和高強度螺栓組合使用，完全消除了對接法蘭之間的相互錯動可能，而 且，法蘭之間形成了聯(lián)結(jié)，塔架法蘭之間沒有任何相對位移，跟焊接到一起一樣行成一個整 體。這樣，塔架受的靜載荷、動載荷、風的傾覆力矩以及各種振動都不合引起聯(lián)接松動，從根 本上解決螺栓松動問題。安裝合格的風機塔架，風機使用壽命20年內(nèi)，無需對聯(lián)接螺栓進行 檢查維護。
[0036]以上所述實施例僅是為充分說明本實用新型而所舉的較佳的實施例，本實用新型 的保護范圍不限于此。本技術(shù)領域的技術(shù)人員在本實用新型基礎上所作的等同替代或變 換，均在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。本實用新型的保護范圍以權(quán)利要求書為準。
【主權(quán)項】
1. 一種大型風力發(fā)電機塔架的免維護聯(lián)接裝置，其特征在于，包括:用于承受橫向載荷 的聯(lián)接件，該聯(lián)接件設置于風機塔架的螺栓聯(lián)接中。2. 如權(quán)利要求1所述的大型風力發(fā)電機塔架的免維護聯(lián)接裝置，其特征在于，所述聯(lián)接 件包括:一聯(lián)接螺栓，在所述聯(lián)接螺栓外面套裝一組或多組帶有圓錐結(jié)合面的脹緊螺栓。3. 如權(quán)利要求2所述的大型風力發(fā)電機塔架的免維護聯(lián)接裝置，其特征在于，所述脹緊 螺栓包括:設置于聯(lián)接螺栓外層的內(nèi)脹套和外脹套。4. 如權(quán)利要求3所述的大型風力發(fā)電機塔架的免維護聯(lián)接裝置，其特征在于，在所述聯(lián) 接螺栓的至少一個端部耦合有擠壓螺母，擰在擠壓螺母外圓的是緊固螺母。5. 如權(quán)利要求2所述的大型風力發(fā)電機塔架的免維護聯(lián)接裝置，其特征在于，所述聯(lián)接 件沿塔架法蘭中心圓間隔均布。6. 如權(quán)利要求2所述的大型風力發(fā)電機塔架的免維護聯(lián)接裝置，其特征在于，沿所述塔 架法蘭中心圓間隔均布所述聯(lián)接件與聯(lián)接螺栓。7. 如權(quán)利要求6所述的大型風力發(fā)電機塔架的免維護聯(lián)接裝置，其特征在于，所述的聯(lián) 接螺栓數(shù)量為120-129個，所述聯(lián)接件的數(shù)量為8-12個。8. 如權(quán)利要求2所述的大型風力發(fā)電機塔架的免維護聯(lián)接裝置，其特征在于，所述脹緊 螺栓為抗拉強度〇b多1274MPa的螺栓。9. 如權(quán)利要求3所述的大型風力發(fā)電機塔架的免維護聯(lián)接裝置，其特征在于，所述內(nèi)脹 套和外脹套為60Si2Mn彈簧鋼。10. 如權(quán)利要求4所述的大型風力發(fā)電機塔架的免維護聯(lián)接裝置，其特征在于，所述擠 壓螺母與緊固螺母為抗拉強度〇b彡1274MPa，屈服強度1176MPa的螺母。
【文檔編號】F03D80/00GK205714591SQ201620329278
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年4月20日
【發(fā)明人】王文玉, 勞光漢, 羅紅武
【申請人】王文玉, 勞光漢, 羅紅武