一种用于制取变壁厚风塔的成型压力机

1.本项发明属于风电装备制造领域，特别属于一种用于制取变壁厚风塔的成型压力机。


背景技术：

2.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。
3.根据风塔载荷的特点，现有风塔制造工艺的要点是：
4.1)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；
5.2)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；
6.3)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。
7.按照这种传统工艺制造的风塔，存在以下明显缺陷：
8.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3.5m左右，每个等壁厚筒节单元的最大高度不大于3.5m，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。
9.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。


技术实现要素：

10.为了解决上述两个问题，本项发明提出采用变厚度梯形钢板沿纵向进行焊接制造风塔的技术设想，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。
11.根据上述设想，本项发明需要按照风塔直径的要求，先选择使用纵向连续变厚度梯形钢板，剪裁成变厚度梯形钢板，然后再将变厚度梯形钢板通过成型压力机压制成制取变壁厚筒节用的变厚度弧形片，以下简称弧形片，再将这些弧形片沿纵向焊接在一起，制成变壁厚筒节，见图4，并在制成的变壁厚筒节的两端安装上法兰盘，制成变壁厚塔筒，再由多个变壁厚塔筒通过法兰盘连接在一起，组装成变壁厚风塔，见图3。由此可见，利用此方法制造风塔筒节时，因不需要将钢板卷曲成圆筒状等厚度筒节单元，因此无需再使用前述的卷
筒机，代之而来是必须设计出一种用于制取变壁厚筒节的成型压力机。
12.本项发明已经完成了该种用于制取用于制造风塔变壁厚筒节的成型压力机设计与制造，现将其技术方案公布如下：
13.成型压力机如附图5～图7所示，主要由15-弧形片上模具、16-弧形片下模具、17-液压缸单体框架、18-液压缸、19-活塞杆法兰盘、20-压力机底座、21-侧定位挡板、22-连接板组成，其中：4个液压缸单体框架17坐落在压力机底座20上，压力机底座20通过连接板22连接在一起，压力机底座20和连接板22之上安装有弧形片下模具16，弧形片下模具16两侧安装有侧定位挡板21，液压缸18固定在各自液压缸单体框架17的顶部，其液压缸18的活塞杆向下延伸并通过活塞杆法兰盘19和弧形片上模具15固定连接在一起，弧形片上模具15和弧形片下模具16彼此相对应，其中弧形片上模具15为凸形，弧形片下模具16为凹形。依靠成型压力机的弧形片上模具15和弧形片下模具16，在多台液压缸18上活塞杆10的带动下，可将通过下料工序剪裁好的变厚度梯形钢板9压制成制作变壁厚筒节用的变壁厚弧形片，以下简称弧形片23。成型压力机上弧形片下模具16两侧安装有侧定位挡板21，属于对变5厚度梯形钢板9进行位置找正的专用装置，以此装置将其位置固定，通过上述方法将变厚度梯形钢板9固定在合适位置，防止在压制变形时变厚度梯形钢板9出现偏斜移位。
14.对完成压制成型的弧形片焊接成直缝式筒节，然后分别在其二个端头安装法兰盘，制成一个完整的变壁厚塔筒，再对这种直缝的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，进行安装使用。
15.本发明的优点如下：
16.1)利用压力机制作成直缝式变壁厚塔筒，使得最终组装成的风塔厚度由不连续的阶梯型变化，改为变壁厚的连续变化，不仅使风塔的承载能力得到优化更为重要的是节省了板材金属，进而做到了节能减排，低碳经济；
17.2)取消了因多节等厚度筒节相连而产生的多个横向焊缝，减少焊接工作量，省时、省力、省工，进而加快风塔制造进度，节省风塔制造时间，降低了生产成本。
18.3)变厚度梯形钢板的轧制方向与风塔的主要承载方向一致，钢板的强度、塑性指标能够得以充分发挥，而且由于取消了横向焊接，变壁厚塔筒没有横向焊缝，使风塔的结构更为合理，承载能力更强。
附图说明
19.图1为由多个等厚度塔筒装配成的传统风塔示意图；
20.图2为依据现有工艺制造的等壁厚筒节结构示意图；
21.图3为依据本项发明制作出由多个变壁厚塔筒装配成的变壁厚风塔示意图；
22.图4为依据本项发明方法制作的变壁厚筒节结构示意图；
23.图1～图4中：1-风塔塔身；2-等壁厚筒节单元；3-横向焊缝；4-纵向焊缝；5-变壁厚塔筒；6-等壁厚厚壁筒节单元；7-等壁厚薄壁筒节单元；8-变壁厚筒节；
24.图5为成型压力机结构示意图，其中：15-弧形片上模具；16-弧形片下模具；17-压力机单体框架；18-压力机液压缸；19-法兰盘；20-压力机底座；21-侧定位挡板；22-连接板；
25.图6为成型压力机a-a截面结构示意图；
26.图7为成型压力机b-b截面结构示意图；
27.图8为一条焊缝塔筒压制成形工艺示意图；
28.图8中：10-液压缸活塞杆；11-u成形上模具；12-uo成形下模具；13-o成形上模具；14-压制成形的圆锥型变壁厚筒节片；
29.图9为多条焊缝塔筒的成形工艺示意图；
具体实施方式
30.本专利完全按照如前所述发明内容描述的方式予以实施，具体如图5～7所示。成型压力机的主要作用是利用压力使变厚度梯形钢板压制成为圆锥型变壁厚筒节片或者是压制成制造变壁厚筒节用的弧形片。其中：
31.利用成型压力机由1块儿变厚度梯形钢板制造的圆锥形变壁厚筒节的工艺过程如附图8所示，附图8中：8a-变厚度梯形钢板；8b-变厚度梯形钢板上料,找正,固定工艺横截面示意图；8c-利用u成形上模具将其压制成u形工艺横截面示意图；8d-提升u成形上模具工艺横截面示意图；8e-将u成形上模具更换为o成形上模具工艺横截面示意图；8f-压制o成形；8g-提升o成形上模具工艺横截面示意图；8h-压制成形的圆锥型变壁厚筒节片横截面示意图；
32.利用成型压力机制造多块儿变厚壁筒节弧形片的工艺过程如图9所示，图9中：9a-变厚度梯形钢板；9b-上料,找正,固定工艺横截面示意图；9c-压制成形工艺横截面示意图；9d-上模具提升工艺横截面示意图；9e-压制成形的变壁厚筒节的弧形片23；
33.将圆锥型变壁厚筒节片14或变壁厚筒节的弧形片23焊接成o型的变壁厚筒节后，在其二个端头处，各安装上一个法兰盘，完成一段变壁厚塔筒的制造。经涂装、检验合格后，将多段变壁厚塔筒运送到现场组装成连续的变壁厚风塔。
34.实施例所获得的效果：
35.实施效果1：制取大端直径1.2m，小端直径0.8m，长度21m的等壁厚塔筒，用24mm等厚度钢板制造，使用原工艺：分为3.5m长一段，共计6段，不计二端焊缝，共有5条横向焊缝，6条纵向焊缝。各段的直径、横向焊缝长度、纵向焊缝长度、重量如表1。
36.表1实施例1采用原有工艺的塔筒重量和焊缝长度
[0037][0038]
使用压力成型机等新设备、新工艺制造变壁厚塔筒，利用变厚度梯形钢板替代等厚度钢板，大端厚度为24mm，小端厚度为20mm，长度21m连续变厚度，把横向焊缝改为纵向焊缝，各项参数如表2。比较二种工艺可见，采用新工艺后，可减重节材931kg，节材率达7.2％；减少焊缝16.424m，减少焊接工作量43.9％。
[0039]
表2实施例1采用直缝焊接工艺的变壁厚塔筒重量和焊缝长度
[0040][0041]
实施效果2：取大端直径3.80m，小端直径3.36m，长度21m的等壁厚塔筒，以30mm等厚度钢板为原材料，使用原工艺：分为3.5m长一段，共计6段，不计二端焊缝，共有5条横向焊缝，6条纵向焊缝。各段的直径、横向焊缝长度、纵向焊缝长度、重量如表3所示。
[0042]
表3实施例2采用原有工艺的等厚度筒节重量和焊缝长度
[0043][0044]
使用新设备、新工艺制备同样长度的变壁厚塔筒，用变厚度板替代等厚度板，把横向焊缝改为纵向焊缝，各项参数如表4。比较二种工艺可见，采用新工艺后，可减重4918.5kg，节材率达8.11％；减少焊缝13.92m，减少焊接工作量18.1％。
[0045]
表4实施例2采用直缝焊接工艺的变壁厚塔筒重量和焊缝长度
[0046]