一种风力发电机用变壁厚风塔及制造方法技术

一种风力发电机用变壁厚风塔和制造方法，属于风电装备技术领域，该种风塔其特征在于每个塔筒均由1

A variable wall thickness wind tower for wind turbine and its manufacturing method

【技术实现步骤摘要】
一种风力发电机用变壁厚风塔及制造方法


[0001]本项专利技术属于风电装备制造领域，特别属于一种风力发电机用风塔及制造成形方法。

技术介绍

[0002]风塔是风力发电的关键装置，风力发电机的叶片只有安装在高达几十米甚至超过一百米的风塔上，才能在风力的作用下旋转，带动发电机正常发电。因此风塔要有足够的高度和强度，不仅要保证在强风之中立得住，站得牢，而且要承受位于塔顶顶端几十米长叶片的旋转运动，因此每根风塔多重达数十吨，对于钢铁的消耗数量较多，因此需要进行改进。
[0003]根据风塔载荷的特点，现有风塔制造工艺的要点是：
[0004]1)根据设计要求，利用卷板机将下料后的等厚度钢板卷成下部直径大、上部直径小，整体略带锥形、钢板厚度相同的等厚度筒节单元铁板；
[0005]2)将等厚度筒节单元铁板沿纵向焊接，得到厚度相等，下部直径大、上部直径小，整体略带锥形的一节等厚度筒节单元，再将多节等厚度筒节单元沿圆周方向焊接在一起，制成一段等厚度筒节。在等厚度筒节的二端各安装一个法兰盘，制成一节等厚度塔筒；
[0006]3)将几段等厚度塔筒运输到风力发电现场，通过法兰盘连接起来，形成整体风塔，具体如图1所示。
[0007]按照这种传统工艺制造的风塔，存在以下明显缺陷：
[0008]其一、不可避免的会出现过多的焊缝，因为同一段等壁厚塔筒是由多个等壁厚筒节单元组成的，相邻等壁厚筒节单元之间通过横向焊缝将其焊接到一起，限于钢板最大宽度为4.7m左右，每个等壁厚筒节单元的最大高度不大于4.7m，则21m高的一节塔筒就要有不小于5条横向焊缝。焊接需要局部融化很多金属，消耗焊条，污染环境。
[0009]其二、一段塔筒内等壁厚筒节单元所用钢板厚度相同，相邻筒节单元的壁厚出现阶梯型变化如厚壁筒节单元、薄壁筒节单元甚至壁厚没有变化，详见图2，一方面造成金属的不必要浪费，同时也将导致塔筒结构承载能力受到损失。

技术实现思路

[0010]为了解决上述两个问题，在材料使用中节能减排、节材减重的发展趋势下，本项专利技术提出采用变厚度钢板制造风塔的技术思路，以期通过优化风塔的结构，取得减轻风塔重量、节约制造风塔的钢材用量、减少钢板焊缝、降低风塔的综合制造成本的良好效果。
[0011]本项专利技术的要点是：
[0012]1)设计并制造出一种纵向连续变厚度变壁厚塔筒，其原材料使用的是纵向变厚度、横向变宽度的梯形钢板，以下简称变厚度梯形钢板，使每一段塔筒所用钢板的厚度均发生连续变化，用该种变厚度塔筒代替以前的同一厚度或阶梯式变厚度的塔筒；
[0013]2)新设计的每一塔筒均由纵向变厚度板沿着纵向焊接在一起，按照塔筒的长度选定纵向变厚度钢板原料的长度，这样无需如现有技术，先制造单个的等壁厚筒节单元，再将
等壁厚筒节单元焊接在一起制成等壁厚或阶梯变化的塔筒。
[0014]3)将现有的风塔成形
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焊接生产工艺改为新的生产方法：新方法的特征是：
[0015]a)用成型压力机把变厚度梯形钢板压制成塔筒片或弧形片；
[0016]b)对塔筒片或者弧形片进行纵向焊接，得到变壁厚筒节称之为变壁厚筒节；
[0017]c)将变壁厚筒节的二端安装上法兰盘，得到塔筒，再将这种塔筒运送到现场组装成风塔。
[0018]本项专利技术所完成的风塔及其制造方法主要包括以下内容：
[0019]一种风力发电机用连续变壁厚风塔，该种风塔由多个塔筒连接而成，其特征在于每个塔筒均由1
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6块变厚度弧形片按纵向焊接成变壁厚塔筒；变壁厚塔筒和变壁厚塔筒之间通过变壁厚塔筒两端的法兰盘相互连接在一起；具体如附图2所示。
[0020]一种制取如前所述风力发电机用连续变壁厚塔筒的成套装备，具体包括下料装置、安装法兰盘装置以及表面喷涂装置，其特征在于还包括成型压力机10、转位焊机11，详见附图5，其中成型压力机如附图9～图11所示，主要由22
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液压缸活塞杆、27
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弧形片上模具、28
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弧形片下模具、29
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液压缸单体框架、30
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液压缸、31
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活塞杆法兰盘、32
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压力机底座、33
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侧定位挡板、34
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连接板组成，其中：4～6个液压缸单体框架29坐落在压力机底座32上，压力机底座32通过连接板34连接在一起，压力机底座32和连接板34之上安装有弧形片下模具28，弧形片下模具28两侧安装有侧定位挡板33，液压缸30固定在各自液压缸单体框架29的顶部，其液压缸30的活塞杆22向下延伸并通过活塞杆法兰盘31和弧形片上模具15固定连接在一起，其液压缸向下延伸并通过法兰盘31和弧形片上模具27固定连接在一起，弧形片上模具27和弧形片下模具28彼此相对应，其中弧形片上模具27为凸形，弧形片下模具28为凹形。依靠成型压力机10的弧形片上模具27和弧形片下模具28，在4台液压缸30的带动下，可将通过下料工序剪裁好的变厚度梯形钢板9压制成制作变壁厚塔筒用的变壁厚弧形片，以下简称弧形片15。
[0021]为了制造前述的风力发电机用变壁厚塔筒，需要一种专用的旋转焊接设备，将各个弧形片15焊接在一起，形成风塔用的变壁厚筒节部件，在此基础上在变壁厚筒节两端焊接上法兰盘，制成一个完整的变壁厚塔筒。
[0022]这里所说的专用旋转焊接设备取名为转位焊机11，转位焊机及其附属装置的具体结构如附图5和附图6所示，其特征在于：转位焊机及其附属装置主要由12
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焊接小车、13
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组合式电磁压板与轨道支撑机构、16
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牵引小车、35
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转位焊机底座、36
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转位焊机传动系统、37
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前部小摩擦轮、38
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前部大摩擦轮、39
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焊机衬板、41
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中部小摩擦轮、42
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中部大摩擦轮、43
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后部小摩擦轮、44
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后部大摩擦轮、45
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定位挡板、46
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组合式电磁压板与轨道、47
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定位楔、48
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衬板套、49
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电磁吸盘组、50
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摩擦轮支架组成，其中6个摩擦轮支架50分别对称固定在转位焊机底座35前部、中部和后部的上方，摩擦轮支架50安装有一对前部小摩擦轮37、一对中部小摩擦轮41、一对后部小摩擦轮43，前部小摩擦轮37和后部小摩擦轮43分别同转位焊机传动系统36相联接；中部小摩擦轮41不带传动装置；前部大摩擦轮38、中部大摩擦轮42和后部大摩擦轮44分别坐落在各自的小摩擦轮之上，大摩擦轮和各自的小摩擦轮之间滚动摩擦连结，前部大摩擦轮38、中部大摩擦轮42、后部大摩擦轮44共三个大摩擦轮内侧沿圆周方向均匀固定有2～6块与塔本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种风力发电机用变壁厚风塔，该种风塔由多个塔筒连接而成，其特征在于每个塔筒均由1
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6块连续变壁厚弧形片按纵向焊接成变壁厚筒节，在变壁厚筒节的两端安装有法兰盘制成变壁厚塔筒，变壁厚塔筒之间通过变壁厚塔筒两端的法兰盘相互连接在一起组装成变壁厚风塔。2.一种风力发电机用变壁厚风塔制造成形方法，其特征在于包括以下主要工艺过程：(1)下料工艺变壁厚梯形钢板的尺寸可由大头宽度Bi、大头厚度Hi，小头宽度bi、小头厚度hi，长度Li 5个参数描述；受到目前国际上最宽厚板轧机(5500mm)所能生产出产品最大宽度的限制，根据每节塔筒所需要的最大直径，确定变厚度梯形钢板的原料尺寸和组成一节变壁厚筒节所需的钢板块数；表1给出了以变壁厚筒节焊缝最短为优化目标，变厚度梯形钢板最佳块数的计算结果：表1 根据变壁厚筒节直径选择变厚度梯形钢板最佳块数和尺寸将沿长度方向厚度逐渐变薄、宽度逐渐变窄的梯形变厚度钢板原料裁剪成塔筒设计部门所要求的尺寸，外形为下大上小的梯形，长度符合变壁厚筒节的要求；按照焊接工艺要求，裁剪后塔筒钢板的二个边部加工出焊接坡口，在钢板宽度方向按照法兰盘的要求进行处理，制成单片的变厚度梯形钢板；(2)成形工艺成形工艺所使用的主体设备是成型压力机，成型压力机由液压缸提供压制力；在压力作用下，处于成型压力机模具内的变厚度梯形钢板发生所需要的塑性弯曲变形，以此制得塔筒的弧形片；成型压力机上设有专用工具对变厚度梯形钢板进行位置找正，然后将此位置固定；通过上述方法将变厚度梯形钢板固定在合适位置，防止在压制变形时变厚度梯形钢板出现偏斜移位。(3)焊接工艺焊接的主要设备是转位焊机，其作用是：a)把经过成形加工的弧形片移送到焊接工位后，依靠由大、小摩擦轮构成的转位焊机旋转机构转动变换位置，由焊机牵引小车把弧形片依次送入转位焊机内；b)对已经装入转位焊机的每一个弧形片进行找正、定位，并利用转位焊机内焊机衬板上的电磁吸盘组将其位置依次固定，形成待焊接变壁厚筒节工件；c)旋转转位焊机，使第一条焊缝位于即将进入转位焊机内的焊接小车正下方，同时通过组合式压板与轨道进出机构动作，将组合式压板与轨道和焊接小车送入转位焊机内；d)由安装在组
合式压板与轨道上的压板电磁吸盘对焊缝二侧弧形片实施压紧，防止焊接变形；e)依靠焊接小车沿组合式压板与轨道装置的轨道运动，实施自动焊接，直到完成一条焊缝的焊接；f)一条焊缝完成焊接后，移出焊接小车，松开组合式压板与轨道装置上的压板电磁吸盘，使转位焊机转动到下一条焊缝处于焊接小车正下方位置，按照e)所述的步骤，进行下一条焊缝的焊接；g)直到全部焊缝完成焊接，形成完整的变壁厚筒节；h)由焊接牵引小车将完成焊接的变壁厚筒节主体牵引出转位焊机，进入下一个工艺；(4)安装法兰盘工艺对完成焊接的变壁厚筒节主体，在其二个端头按照需要分别进行机械加工，然后分别在二端头焊接或安装法兰盘，制成一个完整的变壁厚塔筒；(5)涂装、检验工艺按照用户需要对变壁厚塔筒进行涂装，经验收合格后入库，根据建设部门的需要，运送到现场，进行风塔的安装使用。3.根据权利要求2所述的(2)成形工艺，其特征在于实施该项工艺需要使用成型压力机10，成型压力机主要由22
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液压缸活塞杆、27
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弧形片上模具、28
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弧形片下模具、29
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液压缸单体框架、30
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液压缸、31
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活塞杆法兰盘、32
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压力机底座、33
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侧定位挡板、34
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连...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘相华，安赛前，臧科聪，
申请(专利权)人：东北大学无锡研究院，
类型：发明
国别省市：