27_塔筒法兰结构的强度分析_龙凯
法兰承压能力
法兰承压能力法兰是连接管道、阀门、仪表等设备的关键部件之一，它承受着管道系统内部的压力和温度。
法兰的承压能力直接影响着管道系统的安全运行。
本文将从法兰的结构、材料以及设计等方面，探讨法兰的承压能力。
一、法兰的结构法兰通常由法兰盘、法兰垫片、法兰螺栓等组成。
法兰盘是连接两个法兰的部件，它有多种形状，常见的有平焊法兰、对焊法兰、螺纹法兰等。
法兰垫片则用于填充法兰盘之间的间隙，起到密封作用。
法兰螺栓则用于固定法兰盘和法兰之间的连接。
二、法兰的材料法兰的材料选择对其承压能力至关重要。
常见的法兰材料有碳钢、不锈钢、合金钢等。
碳钢法兰具有较高的强度和硬度，适用于一般工况下的管道系统。
不锈钢法兰则具有抗腐蚀性能好的特点，适用于化工、食品等特殊工况下的管道系统。
合金钢法兰具有较高的耐高温和耐腐蚀能力，适用于高温高压工况下的管道系统。
三、法兰的设计在法兰的设计中，需要考虑到承压能力的要求。
首先是法兰盘的厚度，法兰盘的厚度直接决定了法兰的承压能力。
其次是法兰盘的连接方式，不同的连接方式对承压能力有所影响。
对焊法兰连接方式在承压能力上具有优势，因为焊接可以减少法兰与法兰盘之间的连接间隙，提高密封性能。
最后是法兰的密封性能，良好的密封性能可以有效防止泄漏，提高法兰的承压能力。
四、法兰的承压能力法兰的承压能力是指法兰在工作压力下不发生破裂或泄漏的能力。
法兰的承压能力取决于多个因素，如法兰材料的强度、法兰盘的结构、法兰螺栓的数量和紧固力，以及法兰盘与法兰垫片之间的密封性能等。
一般来说，法兰的承压能力应符合相关标准和规范的要求。
五、提高法兰的承压能力的措施为了提高法兰的承压能力，可以采取以下措施：1.选择合适的法兰材料，根据工况要求选择合适的材料，如碳钢、不锈钢或合金钢等。
2.合理设计法兰结构，根据工作压力和温度确定法兰盘的厚度和连接方式。
3.选择适当的法兰螺栓和紧固力，确保法兰盘与法兰之间的连接牢固。
4.选择优质的法兰垫片，确保法兰盘与法兰垫片之间的密封性能良好。
风力机塔筒结构纵焊缝疲劳寿命预测
风力机塔筒结构纵焊缝疲劳寿命预测林朋远;孙鹏文;郜佳佳;李双荣【摘要】The welding fatigue strength of the tower,which is an important part of large-scale wind turbines,can directly affect its running safety and reliability.A fatigue life prediction method of the tower's longitudinal welding is proposed in this paper.Under the precondition of satisfying the limit strength,time series stress at various operating conditions is obtained by DIN18800-4 stress calcula-tion,and the fatigue life of the tower's longitudinal welding is analyzed with the binding of the rain-flow counting method and the Miner linear cumulative damage theory.The results show that the tower structure satisfies the requirement of design.The feasibility and effectiveness of this method is verified.%塔筒作为大型风电机组的重要基础部件,其焊接部分的疲劳性能直接影响风电机组的安全可靠运行.提出了预测塔筒结构纵焊缝疲劳寿命的方法,在其满足极限强度的前提下,通过DIN18800-4截面应力计算获得各工况时序应力,结合雨流计数法和Miner线性累积损伤理论,预测塔筒纵焊缝疲劳寿命.结果表明:塔筒结构满足设计要求,验证了该方法的可行性和有效性.【期刊名称】《内蒙古工业大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(036)002【总页数】6页(P137-142)【关键词】风力机塔筒;纵焊缝;疲劳寿命预测;极限强度分析【作者】林朋远;孙鹏文;郜佳佳;李双荣【作者单位】内蒙古工业大学机械学院,呼和浩特 010051;内蒙古工业大学机械学院,呼和浩特 010051;内蒙古工业大学机械学院,呼和浩特 010051;内蒙古工业大学机械学院,呼和浩特 010051【正文语种】中文【中图分类】TH12风电机组所受载荷具有交变性和随机性,其使用寿命主要取决于关键零部件的疲劳寿命[1]。
长圆平板法兰盖开孔及其管嘴的应力分析与强度评估
长圆平板法兰盖开孔及其管嘴的应力分析与强度评估
尹巍峰;高晓冬;苏海鹏
【期刊名称】《石油和化工设备》
【年(卷),期】2024(27)2
【摘要】采用有限元分析方法,以应力线性化方法为主,对长圆法兰盖开孔及其管嘴在外部载荷作用下的力学性能进行校核与验证,并对应力的类别及其结果进行评估。
结果显示,最大应力强度位于管嘴顶部位置。
对长圆平板法兰盖开孔及其管嘴力学
性能的模拟,其意义在于设计出了一种具有可抽出功能的新型火筒结构,提供了类似
受压元件力学性能校验的方法和思路,通过受力分析,确保受压设备满足设计要求和
安全性能。
【总页数】5页(P129-133)
【作者】尹巍峰;高晓冬;苏海鹏
【作者单位】华油惠博普科技股份有限公司北京分公司
【正文语种】中文
【中图分类】TP3
【相关文献】
1.主汽阀阀盖法兰侧壁开孔强度分析
2.高压容器端部法兰开孔的应力分析和强度评定
3.主汽阀阀盖法兰侧壁开孔强度分析
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风电塔筒内部结构2000KW塔筒顶法兰平面度加工方法探讨
风电塔筒内部结构2000KW塔筒顶法兰平面度加工方法探讨摘要：针对大唐三门峡清源风电场许继单机2000KW/8On风电塔筒顶法兰装焊后平面度要求较高、难于保证这一生产难题，作者分别采用二种不同的加工方法认真进行对比、分析，并设计出的专用定位工装。
最终采用顶部法兰与相邻三节筒节装配焊接后，用专用定位工装，在数控落地铣镗床上焊后加工顶法兰端面，再将加工过的组件与塔架上段塔筒其余各段总装，较好地解决了这一制约生产的技术难题。
关键词：顶法兰；平面度；焊接变形：TG113.26+3：A1 问题的提出1.1 前言由于风电塔筒上段顶部法兰总装时与风机机舱推力轴承相连接，所以对其装焊形位公差控制要求相当严格。
我公司承制的许继2000KW/80n风电塔筒顶部法兰总装后图纸要求法兰平面度不大于0.35mm表面光洁度为5级。
远高于东汽风电塔筒对法兰焊后平面度0.6mm的要求。
1.2 保证顶部法兰要求平面度0.6m m以内的上段塔筒传统的加工工艺为保证风电塔架上段塔筒顶部法兰的焊后平面度，对于顶部法兰要求平面度0.6mm以内的上段塔筒，我们通常采用如下的加工工艺。
我们在塔架上段塔筒上、下法兰整体辗制成型后机加工时预留适当的法兰内倾反变形量。
塔架上段塔筒厂内装焊时，采用先将上、下法兰与与之相邻的筒节在平台上竖装，将焊缝间隙调整均匀，点焊定位加固成组件；再将上段其余筒节按排板图也装配成组件，定位加固；最后将二法兰组件与筒节组件总装。
检验合格后，制定严密、科学的焊接方法、焊接规范及合理的焊接顺序，然后认真施焊，从而尽可能地减小焊接变形。
如果采用我们传统的加工方法，将难以保证许继塔筒顶部法兰焊后平面度要求，生产将不能正常进行，进而影响产品的正常交货周期。
2 改进方法探讨图1 上段组成示意图顶部法兰机加工时在法兰端面予留5mm厚度余量作为焊后加工余量。
结合我公司设备现状，我们制订了二种加工方案：2.1 方案一顶部法兰与筒节T1 装焊后，用6.5m 立车加工法兰端面。
简述法兰的结构特点及应用场合
简述法兰的结构特点及应用场合
法兰是一种具有密封导气、收口功能的旋接件，它能够将分离的两个部件有效地固定、连接在一起。
它的主要结构和性能特点是：
一、结构层次：主要由外紧环形成底座、紧固法兰、法兰底座安装紧固件、隔热填料
等构成。
二、密封性：外紧环的金属材料是关键，它可以抵抗低压或者中低高压气体的逃逸。
密封表面的整洁无损、无明显刮痕及杂质，会影响法兰连接部件的密封性。
三、收口功能：紧固法兰可以使连接处的两个部件之间形成合适的密封结构，实现收
口功能，提高设备运行安全性及耐久性。
法兰具有结构紧凑、密封性能可靠、安装使用简易等特点，主要应用于传动轴、气缸、风机减速箱的连接上。
它还可用于水电、燃气、冷冻空调和内燃机的管路两端的连接，使
连接处的管束不易受到振动及压力的影响，提高了连接部件的使用寿命。
在航空航天、汽
车制造业里法兰也有广泛的应用，也是原子能发电站核装备上常用的旋接件。
法兰强度设计
YM Dit2
- Zsr
C点
t: 初拟法兰厚度； Di：法兰内直径； M：法兰力矩； f: 法兰锥颈应力校正系数； e: 系数，e =F/h0
h0: 系数，h0 = （Dig0）1/2 g1:系数， g1=（U/V）h0g02
F和V分别是考虑剪力和转角影响的锥颈系数，根据g1/ g0 和h1 /h0和由图查取；
法兰结构类型 法兰标准 法兰强度设计计算方法
➢ 巴赫法 ➢ 铁木辛哥法 ➢ 华脱斯法
2021/7/15
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法兰标准
2021/7/15
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11
法兰标准-公称直径
2021/7/15
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12
法兰标准-公称压力
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法兰标准-法兰的选用
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法兰强度设计计算方法-Timoshenko法
设A为矩形截面上任一点，其坐标为(r，y)。当矩形截面 绕中心C转过一角度q以后，A点位移到A’，其半径出r变为 r+dr。A点的周向相对伸长为：
A点周向应变：
周向应力：
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法兰强度设计计算方法-Timoshenko法
垫片有效密封宽度； 垫片特性参数（m，y） 垫片压紧力作用中心圆直径 垫片压紧力
松套法兰 整体法兰 任意式法兰
垫片宽度校核
螺栓设计 法兰强度设计
2021/7/15
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法兰强度设计计算方法
计算方法分类：三类
➢ 以材料力学为基础的简单计算方法— Bach法
MW级风力发电机组塔筒法兰强度分析
MW级风力发电机组塔筒法兰强度分析何海建;杨扬;孟令锐;晁贯良;董姝言【摘要】针对MW级风力发电机组运行过程中的塔筒法兰安全问题,以某大型风力发电机组塔筒法兰为例,利用有限元分析软件AN-SYS建立了包含上段塔筒、上段法兰、连接螺栓、垫圈、下段法兰以及下段塔筒的法兰连接系统的有限元模型,对MW级风力发电机组塔筒法兰在极限工况下的应力分布进行了分析,对塔筒法兰的疲劳强度计算方法进行了研究,提出了一种将临界平面算法与剪应力算法相结合的塔筒法兰疲劳强度计算方法.计算结果表明:塔筒法兰的极限强度安全系数为1.1,疲劳安全系数为5.163,两项计算结果均大于1,且危险位置与工程实际吻合,根据德国劳埃德船级社规范,塔筒法兰强度能够满足设计要求,说明提出的方法能够实现MW级风力发电机组塔筒法兰的强度校核.%Aiming at the safety of tower flange in the MW wind turbine operating,take a certain high power level wind turbine top flange for example,the finite element model of the tower flange connection system which including top tower,topflange,bolts,washers,bottom flange and bottom tower was built up to analyze its stress distribution under the ultimate load case, and a new method which combines the critical plane method with shear stress method to calculate the fatigue damage of tower flange was then proposed in the tower flange fatigue strength calculation method study. The results indicate that the tower flange ultimate strength safety factor is 1.1,and its fatigue strength safety factor is 5.163,all of them above 1 and the critical locations are consistent with engineering practice,the tower flange can satisfy the strength de-sign requirements according toGermanischer Lloyd standard. Besides,the results also indicating that the proposed method is feasible and re-liable for tower flange strength calculation.【期刊名称】《机电工程》【年(卷),期】2018(035)003【总页数】5页(P270-273,316)【关键词】风力发电机组;塔筒法兰;强度计算;有限元;临界平面【作者】何海建;杨扬;孟令锐;晁贯良;董姝言【作者单位】许昌许继风电科技有限公司,河南许昌461000;许昌许继风电科技有限公司,河南许昌461000;许昌许继风电科技有限公司,河南许昌461000;许昌许继风电科技有限公司,河南许昌461000;许昌许继风电科技有限公司,河南许昌461000【正文语种】中文【中图分类】TH140.1;TK830 引言由于国家政策的大力支持，近几年风力发电机组的国产化程度逐渐提高[1]。
采用VDI2230的风力发电机组塔筒法兰联接处螺栓强度分析.
设备设计/诊断维修/再制造现代制造工程(ModernManufacturingEngineering)2011年第5期采用VDI2230的风力发电机组塔筒法兰联接处螺栓强度分析*陈真,杜静,何玉林,刘卫,冯博(重庆大学机械传动国家重点实验室,重庆400044)摘要:针对风力发电机组塔筒法兰联接处螺栓轴线与法兰横向对称中心线不一致,且螺栓所受外载荷为偏心载荷的问题,基于VDI2230螺栓联接理论对法兰联接处螺栓进行理论分析,计算出实际工况下螺栓螺纹处的等效应力,采用有限元理论对法兰联接处螺栓在MSC.Marc/Mentat环境中进行接触强度分析,有限元结果与理论计算结果基本吻合。
研究为螺栓联接强度分析提供了新的思路。
关键词:螺栓;VDI2230螺栓联接理论;风力发电机;有限元中图分类号:TM614 文献标志码:A 文章编号:1671 3133(2011)05 0125 05 StrengthanalysisofboltjointonwindturbinetowerflangebasedonVDI2230 CHENZhen,DUJing,HEYu lin,LIUWe,iFENGBo (TheStateKeyLaboratoryofMechanicalTransmission,ChongqingUniversity,Chongqing4 00044,China)Abstract:Fortowerflangeandboltjointofwindturbine,theaxisofboltisinconsistentwiththeho rizontalsymmetryaxisofflange.Theboltofflangesufferedeccentricload.Thetheoreticalanal ysisofsuchcasewascarriedoutreferringtothetheoryofVDI2230.Equivalentstressunderactu alconditionwasobtained.Onbaseoffiniteelementtheorycontactstrengthanalysisofflangean dboltswereconductedinMSC.Marc/Mentat.Theresultoffiniteelementanalysisisapproxima telyagreeablewiththetheoreticalresult.Providesanovelapproachforstrengthanalysisofbolt. Keywords:VDI2230;boltjoint;windturbine;finiteelement0 引言塔筒法兰联接处螺栓作为风力发电机组重要的联接件,其联接的可靠性决定着整个风力发电机组的整体可靠性,传统螺栓联接强度理论只对螺栓组联接受轴向载荷或受倾覆力矩的情况进行了简单分析[1]论在MSC.Marc/Mentat环境中进行螺栓接触强度分析,为螺栓联接设计提供新的理论依据。
塔筒安装条件下法兰盘受力变形分析研究
塔筒安装条件下法兰盘受力变形分析研究
龚欢;卫红英;叶兆艺;王欣怡;李小鹏
【期刊名称】《水力发电》
【年(卷),期】2024(50)1
【摘要】法兰盘是塔筒的重要部件,起到连接风机塔筒的作用。
塔筒翻身吊装施工过程中,法兰盘及螺栓孔容易发生损伤变形,导致螺栓连接失效,严重影响塔筒的安全稳定性。
因此,研究吊装条件下塔筒法兰盘的受力变形特征有着重要意义。
采用有限元数值分析软件,对吊装条件下法兰盘及螺孔受力及变形特征进行分析研究,结果表明:塔筒吊装翻身过程中,当塔筒处于水平状态下法兰盘螺孔变形最大;法兰盘螺孔最大变形随法兰盘厚度增大而减小,随塔筒壁厚以及长度增大而增大。
基于敏感性分析数据,提出了基于非线性拟合方法的法兰盘螺孔最大变形预测公式,平均误差仅为6.79%,可以为吊装条件下法兰盘螺孔最大变形预测提供有效的理论支持。
【总页数】7页(P71-76)
【作者】龚欢;卫红英;叶兆艺;王欣怡;李小鹏
【作者单位】中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司;浙江华东工程咨询有限公司;浙江大学港口海岸与近海工程研究所;锡林浩特市泰富风力发电有限公司【正文语种】中文
【中图分类】TU745.7
【相关文献】
1.钢管塔塔脚结构法兰盘角变形控制措施
2.独塔四索面异型斜拉桥塔梁固结节点受力性能分析研究
3.空间反对称扭转钢混组合塔安装受力分析研究
4.复杂条件下基坑支护结构变形及受力情况分析研究
5.低温条件下风力发电机组塔筒安装质量控制研究
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第三冷却器偏心法兰的结构分析和强度评定
２ Ｍｎ 泊 松 比 一０ ３ ０ Ｍｏ ．； ２ Ｍｎ （ ） ０ Ｍｏ 锻 设计 应力 强度 Ｓ 一２ ４ ａ ０ ＭＰ ；
２ Ｍｎ （Ｉ ０ Ｍｏ Ｉ 级锻 件） 力强 度许用 值 ： Ｉ 应
一
次 总 体 薄 膜 应 力 强 度 ＳＩ的 许 用 极 限 次局 部 薄 膜 应 力 强 度 Ｓ Ⅱ的 许 用 极 限
可 知 ， 法兰 的设计工 况有 两种 ： 该 预紧工 况 和操作
３ 结 构 分 析
图 ２ 计 算 模 型
３ １ 结构 尺寸确 定 ．
工 况 。预 紧状 态 下法 兰及 弯 管 内不 承 受 内压 ， 法
兰只承 受预 紧螺栓 载 荷 Ｑ 及 垫 片预 紧密 封 比压 。 Ｑ 操作 状态 下 法 兰及 弯 管 内承 受 内压 ， 且 法 ； 而 兰还 承受操 作螺栓 载 荷 Ｑ 及 垫 片工 作 密 封 比压 ｑ 。该法 兰高 压 密封 采 用 透镜 式 密 封 垫结 构 。螺
岩 棉 ６ ０
８ ８
冷 却 水 乙烯 气 保 温 厚 度 ／ ｍ ａ ｒ
ｌ５ ＿ １５ ． 换 热 面积 ／ ｍ０
焊接 接 头 系 数
水
１
ｌ
５ ． ２０
地震烈度／ 度
换 热器 管 束 级别 ／ 级 容 器 类 别
６
图 １ 偏 心 法 兰 及 接 管 的 结 构 示 意
第 三冷却 器 是 一 台高 压 换 热 器 ， 高 压 聚 乙 是
烯装 置 生产用 的关键 设备 。该 设备 是某 石化 分公 司于 ２ ０世 纪 ８ ０年代 从 德 国 引进 的 ， 设 计参 数 其
如表 １ 所示 。
表 １ 第 三冷 却 器 设 计 参 数
风力发电机组塔筒法兰连接处螺栓强度分析——采用Peterson方法
风力发电机组塔筒法兰连接处螺栓强度分析——采用Peterson方法王建华【摘要】笔者采用Peterson方法,对塔筒法兰连接处螺栓进行了极限强度分析,计算出了螺栓的等效应力,同时采用有限元分析方法对塔筒法兰连接处螺栓在NX Nastran软件环境中进行了仿真分析,通过比较采用Peterson方法的理论分析计算结果和有限元分析计算结果,可知结果基本吻合,指出采用Peterson方法的理论分析满足工程设计需求,该研究对工程实际应用具有很好的指导意义.【期刊名称】《科技创新与生产力》【年(卷),期】2017(000)012【总页数】4页(P91-94)【关键词】风力发电机组;塔筒;塔筒法兰连接;螺栓;Peterson方法;有限元【作者】王建华【作者单位】太原重工股份有限公司技术中心风电所,山西太原 030024【正文语种】中文【中图分类】TM315;TK83;TP391.7塔筒是风力发电机组的主要支撑装置，它将机组机舱部分与地面相连，为水平轴叶轮提供需要的高度，并承受极限风速产生的载荷。
目前在国内外风电市场上，现代大型风力发电机组普遍采用的塔筒主要是钢制锥形塔筒。
这种形式的塔筒通过法兰将若干段不同壁厚的钢制锥形筒连接，法兰之间采用高强度螺栓施加预紧力的方法保证塔筒的刚度和强度，其连接的可靠性决定着整个风力发电机组的整体性能。
濮良贵、纪名刚指出传统螺栓强度分析理论只对螺栓组连接受轴向载荷或受倾覆力矩的情况进行简单分析，存在一定的局限性[1]。
针对传统螺栓连接理论分析的局限性，德国工程师协会标准VDI 2230-1-2003中的螺栓连接理论考虑了同心加载和偏心加载的工况，并分析了螺栓连接强度[2]。
朱少辉基于风电机组整机性能匹配和提升总体净收益，介绍了半刚性塔筒设计的一般流程[3]。
陈真、杜静、何玉林等以某2.5 MW水平轴风力发电机组塔筒连接处高强度螺栓为分析对象，按照德国工程师协会标准VDI 2230-1-2003中的高强度螺栓连接理论计算方法，对法兰连接处的高强度螺栓进行了强度评估[4]。
法兰的结构特点
法兰的结构特点法兰是一种管件，是用来连接管道，阀门或其他设备的管件，由一个合金或不锈钢制成，有很强的耐腐蚀能力。
它常用来安装管道和设备，而且具有良好的密封性能和抗压能力，是用来连接管道和设备的主要连接部件。
法兰的结构特点：一、配件相关特性1、法兰是一种预制管件，在市面上有不同的形状和规格，非比寻常，具有更高的质量标准，可以满足不同类型的管道，阀门和设备的工作要求。
2、为了满足不同类型的压力管道和设备的安装要求，法兰内部结构层次复杂，技术严格，材料先进。
3、每一种形状和规格的法兰都有一定的尺寸和规格，因此，在安装过程中，应注意选择合适的尺寸和规格。
二、结构加固特性1、法兰一般是按照国际通用标准制作，具有较高的强度。
2、法兰外壳一般有螺母和螺帽组成，螺母可以加在外壳上，螺帽可以拧紧来加固法兰，具有良好的加固性能。
3、法兰外壳上的突起或凹槽可以增加法兰的结构强度，增加法兰的抗压力。
三、密封性能特性1、法兰的主要作用是密封，因此法兰的密封性能非常重要。
2、由于受到温度，湿度，压力等外部因素的影响，法兰可能会变形，从而影响密封性能。
3、因此，法兰结构设计时，一般要求密封件的压紧力应处于一定的有效范围内，使法兰的密封性能得到保证。
四、其它特性1、由于法兰的结构简单，经济实惠，不需要安装在管道上，而且维护方便，卸下时也不易受损，因此深受用户喜爱。
2、此外，由于法兰具有良好的抗腐蚀性能，在各种化学介质环境下仍能正常使用，广泛应用于油田，石油化工，石化，热电，医药，食品等领域。
总之，法兰具有良好的配件特性、结构加固特性、密封性能特性以及耐腐蚀等特性，是使用加工和运输管道的主要连接件。
因此，在安装法兰时，应当重视按照规范安装，以获得良好的使用效果。
法兰强度设计
2020年3月14日
兰州理工大学石油化工学院
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法兰强度设计计算方法-Waters法
2020年3月14日
兰州理工大学石油化工学院
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法兰强度设计计算方法-- Waters法
2020年3月14日
兰州理工大学石油化工学院
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法兰强度设计计算方法-- Waters法
制定的。公称压力PN 0.25、0.6、1.0、1.6、2.5、4.0MPa为德国管 法兰系列；PN2.0、5.0、10.0、15.0、25.0、42.0MPa为美国管法 兰系列。
➢ 中石化总公司工程建设标准 JB/T74-90《钢制管法兰》按照美
国ANSI B16.5管法兰标准制定的，配用英制管，公称压力PN 2.0 、5.0、6.8、10.0、15.0、25.0、42.0MPa为美国管法兰系列。
2020年3月14日
兰州理工大学石油化工学院
2
主要内容
法兰结构类型 法兰标准 法兰强度设计计算方法
➢ 巴赫法 ➢ 铁木辛哥法 ➢ 华脱斯法 各种设计方法比较 大口径非标法兰强度设计方法 事例说明—Waters法的可靠性？
2020年3月14日
兰州理工大学石油化工学院
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法兰结构类型
2020年3月14日
兰州理工大学石油化工学院
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法兰设计内容
垫片设计
法兰型式设计
垫片有效密封宽度；
松套法兰
垫片特性参数（m，y）
整体法兰
垫片压紧力作用中心圆直径
任意式法兰
垫片压紧力
垫片宽度校核
螺栓设计 法兰强度设计
2020年3月14日
龙凯_大型水平轴风力机塔筒门洞屈曲分析研究
Fx_max 8.054 3.135 Fy_min 13.61 13.59 Fy_max 10.88 8.362 Fz_min 56.5 50.072
Fz_max 32.81 32.96 Fr_max 4.45 1.141 8.453 13.73
Mx_min 10.9 Mx_max 13.7
My_min 7.191 7.134 My_max 8.023 3.132 Mz_min 14.77 8.314 Mz_max 14.04 8.759 Mr_max 7.189 7.131
有限元等数值分析方法具有坚实的理论基础与广泛的工程应用近几年来逐步应用于大型化风力机组塔筒结构设计中但是对于塔筒门洞屈曲失稳这类问题有限元法只能作为一种辅助分析手段它需要与其它工程算法相结合来进行分析计算
Altair 2012 HyperWorks 技术大会论文集
大型水平轴风力机塔筒门洞屈曲分析
龙凯 1，谢园奇 2，桑鹏飞 2，吴继秀 1 (1. 华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室，北京，102206) （2. 中国航天万源国际集团有限公司，北京，100176）
相比较工程算法而言，有限元法能处理含门洞、门框等复杂结构。为了进行塔筒门洞段 屈曲分析，被分析塔筒截段的高度最小满足 2.5 倍底部直径值要求，可以截取塔筒底部至上 一法兰段。 采用八节点六面体单元对塔筒门洞结构进行离散以提高分析精度。 全约束塔筒底 部法兰底面，为了方便载荷施加，在顶部法兰中心处建立网状刚性元，在中心处施加三个方 向的力和三个方向的矩。为了考察无门洞、有门洞、有门洞含门框三种不同结构对一阶屈曲 特征值的影响，采用 HyperMesh 软件分别建立了如图 2 所示不同的门洞网格模型。其中含 门框的塔筒门洞模型共包含 47 015 个节点，25 377 个单元。由 Focus 软件输出塔筒段法兰 中心截面处的载荷值，其中共包含 14 个极限工况。x, y ,z 坐标系满足 GL2010 认证规范塔筒 底部坐标系要求，Fx_min 工况表示在所有计算工况中，施加载荷部位的 x 方向力的代数值 对应最小，其它工况依此类推。采用 Radioss 软件进行屈曲特征值求解，不同塔筒门洞在各 工况下的一阶屈曲特征值如表 2 所示。
大型风力发电机组塔顶法兰强度影响因素分析
键零部件需要正常安全运行20年。因此，对塔顶法 兰极限强度的关键影响因素进行分析，可以指导塔 顶法兰结构设计,快速设计出合理的塔顶法兰结构， 对风力发电机的整体设计也具有重要意义凹曙
1塔顶法兰连接系统 1.1三维模型
塔顶法兰连接系统主要包含偏航轴承、刹车盘、 塔顶法兰、螺栓及塔筒，三维模型如图1所示。
表2 LinklO单元参数
角度/（。） 18 27 36 45 54 63 72 81
截面积M 20E-6 20E-6 20E-6 20E-6 20E-6 20E-6 20E-6 20E-6
初始应变An 0.005204 0.002333 0.000586 0 0.000586 0.002333 0.005204 0.009138
Equipment Manufacturing Technology No.4,2021
大型风力发电机组塔顶法兰强度影响因素分析
董彦省叫王斌叫陈晨h2
(1•浙江运达风电股份有限公司，杭州310012,2.浙江省风力发电技术重点实验室，杭州310012)
摘 要:风力发电机组塔顶法兰作为连接塔筒与主机架的关键部件，且受力情况复杂，为了更加合理设计大兆瓦风力发 电机组塔筒顶法兰，对塔顶法兰强度关键影响因素进行研究,运用有限元分析软件ANSYS,建立塔顶法兰连接系统有限 元模型，基于GL Guideline for the Certification of Wind Turbines Edition 2010规范，针对这些参数对塔顶极限强度影响情 况进行研究。结果表明，塔顶强度危险位置与工程实际吻合，为风力发电机塔顶法兰合理设计提供了参考和科学依据，将 塔顶参数的影响应用到实际设计工作中，具有一定的工程实用价值。 关键词：风力发电机;塔顶法兰;极限强度
某定制化塔筒结构稳定性及强度分析
某定制化塔筒结构稳定性及强度分析摘要：本文以某定制化风机塔筒为研究对象，通过建立实体模型，单元格划分，利用使用有限元软件ANSYS对塔筒进行了模态分析、静强度分析。
论文基于理论计算和模型有限元分析，形成有效的互相验证，并参考相关规范和技术标准，对风力机组塔筒进行了多种工况下的静力和屈曲，为风电行业塔筒的设计以及满足风电行业发展趋势而产生的的优化要求，提供了有益的参考。
关键词：新能源风电机组塔筒有限元静强度1.绪论随着社会经济的不断发展，人类对能源的需求在不断提高。
伴随着传统化石能源的日益枯竭，各种新兴能源的开发与利用得到了人们越来越多的重视，风力发电作为一种纯净和可循环利用的新能源产业在世界范围内也得到了长足的发展。
作为风力发电产业的主要设备之一的风力发电机组，其主要部件的设计和分析已经成为风力发电机组的研发设计和批量生产的关键技术之一。
图1.1 风力发电机主要部件示意图1.1.塔筒技术指标1.1.1.塔筒主要功能塔筒是风电机组的主要承载部件，塔筒的主要功能是支撑风机的机械部件（叶轮，轮毂、机舱），承受叶轮的作用力和风作用在塔筒上的力（包括弯矩、推力、扭矩）；同时塔筒底部与混凝土基础相连接，将风机重量和本身自重以及各种荷载传递给基础[1]。
1.1.2.塔筒结构钢制的风电机组塔架目前主要有桁架式和圆筒式。
目前大型风电机组塔架多采用圆筒式，采用双定尺热轧钢板卷制焊接而成[2]，各段之间通过法兰由螺栓连接。
为了保证获得足够的切入风速和稳定的平均风速，大型风力机塔筒高度一般都在数十米以上，并且多为细长的圆锥状结构。
圆锥状结构既可以很好的保证整机的动力稳定性，也方便塔筒的加工生产和安装。
2.塔筒稳定性分析2.1.塔筒模型建立塔筒模态分析的主要目的是确定结构的频率和振型，模态分析是结构动力学分析的基本内容之一。
当物体在某一频率下振动时，就有与之对应的振型，如果知道了塔筒在某一范围内的各阶固有频率和振型，就可以推断塔筒在外界振源的激励下是否发生共振，如果发生共振，则需要对塔筒进行改进，避开振源的激励频率。
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塔筒法兰结构的强度分析
龙凯叶弘翔张健美
华北电力大学可再生能源学院北京 102206
摘要：采用hyperworks组件下的hypermesh软件，建立了单法兰有限元模型。
分析了单法兰的应力分布。
在此基础上，进行了结果统计，得到了在结构和受力方面的变化趋势关键词：塔架，有限元，法兰
0 引言
随着风力发电机组的大型化，风力发电机组塔筒法兰的设计问题日益突出。
为了降低制造成本，提高法兰承载能力，减小制造难度，对于法兰的研究就显得尤为重要。
孙鹏等[1]认为为了减小附加弯矩的不利作用，螺栓布置越接近钢管壁越好。
王元清[2]等运用屈服线理论，得到由法兰厚度控制的弯矩承载力，并与有限元计算和试验结果进行比较，证明其具有合理性和良好的适用性，采用半T 型连接模型，考虑螺栓撬力影响，得到螺栓与法兰厚度等强的表达式，得到法兰连接节点在弯矩作用下的设计流程，为法兰连接节点设计提供有效途径。
本文建立了单法兰有限元模型，分析了单法兰在结构和载荷两方面的影响。
在此基础上，提出单法兰设计流程图。
1 不同拉力下单法兰分析
为了考察不同大小拉力作用对法兰结构受力的影响，在原有预紧力作用下，对法兰顶部施加单点平均受力分别为0N、0.2kN、0.4 Kn-1.8 kN 、2kN，受力点为135个。
分别对此进行应力分析，受力状况如表2-2所示，为了观察合力与应力之间的关系，通过表2-2的数据得到如图2-5和2-6所示的曲线。
2 不同预紧力下单法兰分析
由于为了考察不同预紧力作用下对于法兰受力和强度破坏的影响，分别对模型施加原有预紧力1倍，1.05倍，1.1倍，1.15倍，1.2倍的预紧力，统计规律如图2和图所示。
图3 不同预紧力下螺栓结构统计图
0N
1000N 2000N
图4 不同预紧力下法兰结构统计图
由图3可知，不同预紧力下螺栓结构的应力基本与预紧力大小成正比，且变化范围很小。
另外，由图4可知，不同预紧力下法兰结构的最大应力变化很大，但是最终会趋于一致，这说明在适当增加预紧力时不会导致法兰结构的过早破坏，而且还能减小法兰应力的波动范围，提高法兰的疲劳寿命。
3不同厚度下单法兰分析
为了考察不同法兰厚度下法兰的应力分布和统计规律，采用60mm ，70mm-130mm 厚度的单法兰结构，单点受到400N 的拉力，得到如图5所示的应力分布云图。
(a)d60_f400 (b)d70_f400 (c)d80_f400
(d)d90_f400
(e)d100_f400 (f)d110_f400
(g)d120_f400 (h)d130_f400
图5 单点400N下不同厚度下法兰应力图
由图5进行最大应力与法兰厚度统计，得到如图6所示的曲线。
图6 不同厚度下法兰最大应力与厚度统计图
由图6可知，在法兰厚度不足时，法兰厚度增加法兰的最大应力下降明显，当达到一定厚度后法兰厚度增加法兰最大应力基本不变。
这一现象说明存在最佳法兰厚度，可以达到强度和经济的最优化效率。
4 结论
(1) Hyperworks中的hypermesh软件是非常优秀的有限元前处理工具，能大大减轻网格前处理的工作量。
(2) Hyperworks中的Hyperview工具具有良好的可视化效果。
(3) 法兰厚度适当可以使强度基本不变的条件下大大提高法兰制造的经济性，降低成本。
(4) 预紧力越大法兰受到的应力越大，但是随着拉力的增加法兰应力将会趋于一致。
5 参考文献
[1]孙 鹏，王元清，石永久．方钢管法兰连接承载性能的有限元分析[J]．中北大学学报( 自然科学版)，2009，30(5):430-435．
[2]王元清，宗亮，石永久．钢管结构法兰连接节点抗弯承载简化设计方法[J]．沈阳建筑大学学报( 自然科学版)，2011，27(1):1-9．。