风电塔筒T型法兰平面度及内外倾检测研究

赵学理

【摘 要】论文通过对目前风电塔筒生产中T型法兰平面度及内外倾检测各种方法和观点的讨论研究，分析了T型法兰与L型法兰检测的差异性，纠正了当前风电塔筒行业内对T型法兰检测的常见误区，总结出T型法兰平面度及内外倾检测的最佳方法，对提高检测效率和准确性具有实际指导意义。

【关键词】风电塔筒;T型法兰;平面度;内外倾;检测方法

【中图分类号】TM63                               【文献标志码】A                                【文章编号】1673-1069（2019）01-0169-02

1 引言

锻造法兰是风电塔筒的关键连接件、支撑件和受力件，长期在高空各种恶劣天气环境和复杂风力交变载荷下承受拉伸、弯曲和剪切等作用力，对生产制造和安装有很严格的要求，其中法兰平面度和内外倾是一项非常重要的几何指标，它将直接影响两片法兰之间的结合程度及塔筒预紧状态。

目前风电行业钢制塔筒采用的基础过渡段连接方案，有基础环连接和预应力锚栓连接两种形式。基础环连接在行业初期的基础施工中处于垄断地位，技术相对成熟，但基础环与顶面混凝土的防水密封以及下法兰附近的应力集中问题是该结构形式的薄弱环节，而预应力锚栓连接方式的塔筒基础受力特性明确，吸能性能更好，加工周期短，而且成本较基础环连接略有降低，所以在近几年得到大力推广和应用，有后来者居上的趋势。相对于基础环结构采用L型法兰与塔筒连接，预应力锚栓结构需要使用T型法兰与塔筒连接，因此在塔筒法兰平面度及内外倾检测中出现了对T型法兰检测的需求[1]。

2 L型和T型法兰检测现状

风电塔筒常规使用的法兰是L型法兰（如图1），行业内平面度及内外倾检测经验较丰富，各塔筒制造商的检测方法基本一致，以常用的瑞典Damalini AB公司生产的Easy-laser系列激光测平仪为例进行检测，取法兰外缘三点确定一个基准平面，根据法兰直径大小，分别在L型法兰的内缘和外缘取若干点，测得两圈数据，通过仪器设置在最佳平面基础上，将最低点置零，其偏差值都为正，然后以外圈为基准时最佳平面平移到最下面时的最大值即为L型法兰平面度。同时，以外圈减去内圈数据的差值作为内倾度，出现负值即为法兰外倾。通常L型法兰严禁出现外倾。

但对于T型法兰（如图2）的检测，由于国内外各家设计方对于T型法兰平面度及内外倾的要求不同，允许的偏差范围也存在差异，所以实际检测过程中出现了各种不同的测量方法，其中有些方法最终达到了异曲同工的目的，但也有部分測量方法是存在理解误区的，不能准确反映T型法兰的平面状态，或者造成成本增加、效率降低等问题。以下我们从不同角度对常见的检测方法进行分析研究。

3 T型法兰测量圈数分析

通常测量一圈或两圈数据的方法，都是将T型法兰看做L型法兰进行检测，方法与L型法兰检测一致，但由于T型法兰宽度比L型法兰明显增加，有的设计甚至T型法兰宽度已达到L型法兰的两倍，这种情况必然导致同样的检测圈数所得数据覆盖率的减少。另外，有一种观点认为：相对于L型法兰与筒体的连接焊缝位于法兰外侧，T型法兰的连接焊缝位于法兰中部，主要受力位置也在法兰中部，所以确保T型法兰中部平面度符合要求即可，这种观点对于T型法兰两侧数据的忽略相当于放弃了对法兰内外倾范围的要求，这对于T型法兰安装后，两侧螺栓连接间隙的控制是不利的，所以无论采用一圈还是两圈测量数据所得的平面度都不够准确。在T型法兰内缘、中心、外缘三圈取点测量的方法，可以确保数据覆盖率不低于L型法兰测量的比例。同时，可以通过足够的数据分析对T型法兰两侧内外倾大小实现控制，以达到安装后法兰面紧密贴合的目的，所以采用三圈法更利于准确检测T型法兰平面度及内外倾。

4 T型法兰整体平面度

前面介绍的L型法兰常规检测方法中，由于连接焊缝位于法兰外侧，应优先保证安装时法兰外缘良好结合，取法兰外缘三点作为基准平面，最终得出的最大值为两圈数据最大值，结合L型法兰可以内倾，不准外倾的要求，该最大值实为外圈数据最大值，由此体现的L型法兰平面度是可以满足设计需求的[2]。但对于T型法兰，连接焊缝位于法兰中部，应优先保证安装时法兰中部良好结合，通常以中心三点确定基准平面，最终测得的最大值为3圈数据最大值，即最高点的测量值与基准平面的距离，而常规的内外倾要求难以同时控制两侧的法兰锥度走向，此时再通过最大值表征平面度就不够准确了。所以对于T型法兰应该考虑法兰的整体平面度，即所有各圈测量数据的综合体现，在确定基准平面后，应以测量所得峰峰值（最高点测量值与最低点测量值之差）作为法兰整体平面度。此时要满足整体平面度的要求就需要确定中心基准面的同时，兼顾法兰內缘与外缘各点的数据，这样能够更准确地体现T型法兰平面度的实际状态。

5 T型法兰内外倾的研究

关于法兰内外倾程度，可以理解为法兰的锥度，对于L型法兰能够允许一定程度内倾，但不允许出现外倾（也可称为外翻）。这主要源于对法兰连接螺栓锁紧和受力情况的考虑，如法兰一定程度內倾，对接后螺栓连接部位存在一定间隙，会使螺栓锁紧后承受沿螺栓轴心线方向的反向作用力，有利于法兰面预紧贴合，相反如果出现明显外翻现象，即法兰对接后外缘出现间隙，筒体一部分支撑力会转移到连接螺栓上，导致螺栓受力复杂，对塔筒稳定性和使用寿命造成影响。对于T型法兰，理想状态是存在一定程度的內缘内倾，外缘外倾，所以有观点认为测量T型法兰锥度时要达到这样的要求，但在实际生产中，焊后T型法兰即使采用火焰矫正等工艺手段也难以实现这种状态，除非对T型法兰采购时提出预置内外倾余量的要求，但这样必然会导致法兰采购成本的增加。

实际上T型法兰在按照三圈数据整体平面度要求进行控制时，已在一定程度上限制了法兰两侧内外倾的走向，不必再过分追求內缘内倾，外缘外倾的状态也可满足一般设计要求。如果需要关注T型法兰的锥度（即内外倾）数值，可以用中心圈数值分别减内圈和外圈数值，所得差值的绝对值最大值即为T型法兰锥度。有的观点认为应该像L型法兰一样用外圈数值减内圈数值，确保所有值为正，实现T型法兰的整体内倾，但这种要求实际意义并不大，反而会增加火焰矫正工作量，降低生产效率，且过多的火校对塔筒原材料性能是不利的，实际生产中应尽可能减少火焰矫正措施的使用[3]。

6 结语

以上通过对各种检测方法的分析研究，总结出一种相对科学、准确的T型法兰平面度及内外倾检测方法：测量內缘、中心、外缘三圈数据，以中心圈为基准面，三圈峰峰值作为T型法兰整体平面度。以中心圈数据分别减去内圈和外圈数据所得差值的绝对值最大值作为T型法兰锥度（即内外倾）数值。使用这种方法不仅测量数据更加准确，而且现场执行起来方便、可靠，提高了检测效率，也一定程度减少了焊后的火焰矫正。另外，从设计角度对风电塔筒T型法兰平面度及内外倾制定要求时，也应同时考虑具体检测方法和需要达到的效果，结合现有的生产条件，尽量使检测和矫正具有可行性和可操作性，避免笼统、模糊的平面度要求造成检测方法不统一及结果的多样性，这样才能使风电塔筒T型法兰平面度及内外倾要求在企业的生产过程中被良好执行和准确控制。

【参考文献】

【1】刘嫔，等.风电机组预应力锚栓基础局部承压分析[J].西北水电，2015（04）：99-101.

【2】张汉生.风电塔筒制造工艺对法兰平面内倾度的影响研究[J].数字化用户，2013（26）：23.

【3】袁建华.兆瓦级风力发电机组塔架的检测[J].机械工程师，2016（09）：167-168.