一種厚度漸變型塔筒門框的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于風力發電塔筒結構技術領域，具體涉及一種厚度漸變型塔筒門框。
【背景技術】
[0002]風力發電塔常見為塔筒結構1，其底部與基礎2連接，頂部安裝發電機3和風輪4，塔筒內部布置供上下交通的爬梯及傳輸電能的電纜等，因此塔筒底部需開孔設置門洞5。塔筒I受開孔削弱影響往往需要采取補強措施加強，常見塔筒I補強采用環形加勁板6，環形加勁板6與筒壁采用全熔透T型焊縫連接8。由于T型焊縫8處應力集中較大、容許疲勞應力幅較低，通常采用增加門洞5區域筒壁厚度以降低最大應力和疲勞應力幅，門洞5區域加厚的較厚筒壁與上部未加厚的較薄筒壁設置一定過渡坡度11以緩解壁厚突變引起的應力集中。
[0003]環形加勁板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吊裝難度，經濟性差；此外，由于筒壁厚度的增加，引起底部塔筒筒壁之間焊縫10、筒壁與環形加勁板之間焊縫8、筒壁與底法蘭之間焊縫9焊接量大大增加，因此引起的焊接熱量和焊接變形增大，增加了焊接變形控制難度。且門洞5區域加厚的較厚筒壁與上部未加厚的較薄筒壁之間設置的過渡坡度11也難以完全避免此處的應力集中，造成結構破壞易在此處發生。
【發明內容】
[0004]本實用新型的目的在于提供一種厚度漸變型塔筒門框。
[0005]本實用新型提出一種厚度漸變型塔筒門框，所述門框采用整體鍛造或鑄造成型，呈環狀結構，由門框上端、門框中部和門框下端依次連接組成一體，環狀門框內部的空間構成門洞，所述門框上端和門框下端呈曲線，門框中部為直線或弧線，門框上端和門框中部連接處采用平滑過渡，門框下端和門框中部連接處采用平滑過渡；所述環狀門框外側壁與塔筒門洞側壁連接，所述環狀門框外壁與塔筒外壁同弧度，所述環狀門框內壁與塔筒內壁采用平滑過渡；所述門框內側壁的厚度較門框外側壁的厚度厚，以彌補開設門洞對塔筒強度和剛度的削弱。
[0006]本實用新型中，所述門框上端和門框下端曲線，根據實際情況采用圓弧、橢圓弧或其他高次曲線中任一種。
[0007]本實用新型中，所述厚度漸變型塔筒門框與塔筒筒壁采用全熔透對接焊縫連接。
[0008]本實用新型技術原理是在不增厚底部塔筒的情況下通過門框厚度由薄到厚的平滑漸變來彌補門洞對塔筒強度和剛度的削弱，并采用全熔透對接焊縫連接門框和筒壁，大大減小鋼材用量和焊接量，緩解門框與筒壁連接處的應力集中，改善門框焊縫的疲勞問題，而底部塔筒厚度不增加也避免了上下塔筒連接處的應力集中問題。
[0009]本實用新型的有益效果在于:
[0010]1.提供了一種厚度漸變型塔筒門框，門框與塔筒焊縫為全熔透對接焊縫，減小了此連接焊縫處的應力集中，降低其疲勞應力幅，磨平后抗疲勞性能高。
[0011]2.厚度漸變型塔筒門框可避免加厚底部塔筒的壁厚，減小底部塔筒筒壁之間、筒壁與門框之間、筒壁與底法蘭之間焊縫的焊接量和焊接變形，提高了塔筒的經濟性，降低了運輸難度。
[0012]3.采用厚度漸變型塔筒門框對風力發電塔門洞進行補強對風力發電塔本身的低階自振特性幾乎沒有影響。
【附圖說明】
[0013]圖1為風力發電塔側視圖；
[0014]圖2為環形加勁門框主視圖；
[0015]圖3為圖2的側視圖；
[0016]圖4為圖2的俯視圖；
[0017]圖5為厚度漸變型塔筒門框主視圖；
[0018]圖6為圖5的側視圖；
[0019]圖7為圖5的俯視圖；
[0020]圖8為厚度漸變型塔筒門框的三維主視圖。
[0021]圖中標號:1為塔筒，2為基礎，3為發電機，4為風輪，5為門洞，6為環形加勁板，7為筒壁，8為筒壁與環形加勁板T型焊縫，9為筒壁與底法蘭焊縫，10為筒壁之間焊縫，11為不同厚度筒壁之間過渡坡度，12為厚度漸變型門框，13為門框上端，14為門框中部，15為門框下端，16為筒壁與厚度漸變型門框對接焊縫，17為門框外壁，18為門框內壁，19為門框外側壁，20為門框內側壁，21為塔筒門洞側壁。
【具體實施方式】
[0022]下面通過實施例結合附圖進一步說明本實用新型:
[0023]實施例1:如圖5-圖7所示，本實用新型包括門框上端13、門框中部14和門框下端15和，門框上端13、門框下端15與門框中部14之間平滑過渡，門框外壁17與塔筒I外壁同弧度，門框內壁18與塔筒I內壁采用平滑過渡，門框內側壁20的厚度較門框外側壁19的厚度厚，門框外側壁19與塔筒門洞側壁21之間采用全熔透對接焊縫16連接。
[0024]以圖1-圖4所示的一 80m高風力發電塔工程為例，若不開設門洞，底部塔筒壁厚可取為28_，底部塔筒總重量為59.3噸，風力發電塔塔身總重量為194.1噸，一階、二階自振頻率均為0.86288Hz ;若開設門洞并采用環形加勁門框6增強洞口，底部塔筒壁厚需增厚至37_，底部塔筒與上部塔筒連接處采用過渡坡度進行厚度的過渡，底部塔筒總重量為64.7噸，風力發電塔塔身總重量為199.5噸，底部塔筒總重量增加9.1%，風力發電塔塔身總重量增加2.8%ο
[0025]若采用本實用新型技術方案，利用三維建模軟件UG和通用有限元軟件ABAQUS對厚度漸變型塔筒門框進行建模、計算和優化，確定門框外形和尺寸，使門框強度、剛度和門框焊縫的疲勞強度均滿足要求，則優化之后底部塔筒厚度仍為28mm，底部塔筒總重量為59.8噸，風力發電塔塔身總重量為194.6噸，相比未開設門洞的風力發電塔，采用本實用新型的風力發電塔底部塔筒總重量僅增加0.8%，風力發電塔塔身總重量僅增加0.3% ;相比采用環形加勁門框的技術方案，采用本實用新型的風力發電塔底部塔筒可以節省7.6%的鋼材，整個風力發電塔可以節省2.5%的鋼材，效果非常可觀。而且風力發電塔一階、二階自振頻率分別為0.86279Hz和0.86325Hz，與未開設門洞的風力發電塔一階、二階自振頻率分別只相差0.01%和0.04%，可見采用本實用新型對風力發電塔門洞進行補強對風力發電塔本身的低階自振特性幾乎沒有影響。
【主權項】
1.一種厚度漸變型塔筒門框，其特征在于，所述門框采用整體鍛造或鑄造成型，呈環狀結構，由門框上端、門框中部和門框下端依次連接組成一體，環狀門框內部的空間構成門洞，所述門框上端和門框下端呈曲線，門框中部為直線或弧線，門框上端和門框中部連接處采用平滑過渡，門框下端和門框中部連接處采用平滑過渡；所述環狀門框外側壁與塔筒門洞側壁連接，所述環狀門框外壁與塔筒外壁同弧度，所述環狀門框內壁與塔筒內壁采用平滑過渡；所述門框內側壁的厚度較門框外側壁的厚度厚，以彌補開設門洞對塔筒強度和剛度的削弱。2.根據權利要求1所述的厚度漸變型門框，其特征在于所述門框上端和門框下端曲線，根據實際情況采用圓弧、橢圓弧或其他高次曲線中任一種。3.根據權利要求1所述的厚度漸變型門框，其特征在于所述厚度漸變型塔筒門框與塔筒筒壁采用全熔透對接焊縫連接。
【專利摘要】本實用新型涉及一種厚度漸變型塔筒門框，呈環狀結構，由呈曲線的門框上端、門框下端和呈直線或弧線的門框中部依次連接組成一體，門框上端、下端與門框中部采用平滑過渡；門框外側壁與塔筒門洞側壁連接，門框外壁與塔筒外壁同弧度，門框內壁與塔筒內壁采用平滑過渡，門框內側壁的厚度較門框外側壁的厚度厚；門框與筒壁采用全熔透對接焊縫連接。本實用新型與塔筒焊縫為全熔透對接焊縫，減小了此連接焊縫處的應力集中，降低其疲勞應力幅，磨平后抗疲勞性能高；同時本實用新型可避免加厚底部塔筒的壁厚，減小底部塔筒筒壁之間、筒壁與門框之間、筒壁與底法蘭之間焊縫的焊接量和焊接變形，提高了塔筒的經濟性，降低了運輸難度；并且本實用新型對風力發電塔本身的低階自振特性幾乎沒有影響。
【IPC分類】F03D11/00
【公開號】CN204646558
【申請號】CN201520307842
【發明人】陳俊嶺, 李哲旭
【申請人】同濟大學
【公開日】2015年9月16日
【申請日】2015年5月14日