風電塔筒T型法蘭平面度及內外傾檢測研究

趙學理

（1526301987XXXX5433，河北 張家口 075000）

1 引言

鍛造法蘭是風電塔筒的關鍵連接件、支撐件和受力件，長期在高空各種惡劣天氣環境和復雜風力交變載荷下承受拉伸、彎曲和剪切等作用力，對生產制造和安裝有很嚴格的要求，其中法蘭平面度和內外傾是一項非常重要的幾何指標，它將直接影響兩片法蘭之間的結合程度及塔筒預緊狀態。

目前風電行業鋼制塔筒采用的基礎過渡段連接方案，有基礎環連接和預應力錨栓連接兩種形式。基礎環連接在行業初期的基礎施工中處于壟斷地位，技術相對成熟，但基礎環與頂面混凝土的防水密封以及下法蘭附近的應力集中問題是該結構形式的薄弱環節，而預應力錨栓連接方式的塔筒基礎受力特性明確，吸能性能更好，加工周期短，而且成本較基礎環連接略有降低，所以在近幾年得到大力推廣和應用，有后來者居上的趨勢。相對于基礎環結構采用L型法蘭與塔筒連接，預應力錨栓結構需要使用T型法蘭與塔筒連接，因此在塔筒法蘭平面度及內外傾檢測中出現了對T型法蘭檢測的需求[1]。

2 L型和T型法蘭檢測現狀

風電塔筒常規使用的法蘭是L型法蘭（如圖1），行業內平面度及內外傾檢測經驗較豐富，各塔筒制造商的檢測方法基本一致，以常用的瑞典Damalini AB公司生產的Easy-laser系列激光測平儀為例進行檢測，取法蘭外緣三點確定一個基準平面，根據法蘭直徑大小，分別在L型法蘭的內緣和外緣取若干點，測得兩圈數據，通過儀器設置在最佳平面基礎上，將最低點置零，其偏差值都為正，然后以外圈為基準時最佳平面平移到最下面時的最大值即為L型法蘭平面度。同時，以外圈減去內圈數據的差值作為內傾度，出現負值即為法蘭外傾。通常L型法蘭嚴禁出現外傾。

但對于T型法蘭（如圖2）的檢測，由于國內外各家設計方對于T型法蘭平面度及內外傾的要求不同，允許的偏差范圍也存在差異，所以實際檢測過程中出現了各種不同的測量方法，其中有些方法最終達到了異曲同工的目的，但也有部分測量方法是存在理解誤區的，不能準確反映T型法蘭的平面狀態，或者造成成本增加、效率降低等問題。以下我們從不同角度對常見的檢測方法進行分析研究。

圖1

圖2

3 T型法蘭測量圈數分析

通常測量一圈或兩圈數據的方法，都是將T型法蘭看做L型法蘭進行檢測，方法與L型法蘭檢測一致，但由于T型法蘭寬度比L型法蘭明顯增加，有的設計甚至T型法蘭寬度已達到L型法蘭的兩倍，這種情況必然導致同樣的檢測圈數所得數據覆蓋率的減少。另外，有一種觀點認為：相對于L型法蘭與筒體的連接焊縫位于法蘭外側，T型法蘭的連接焊縫位于法蘭中部，主要受力位置也在法蘭中部，所以確保T型法蘭中部平面度符合要求即可，這種觀點對于T型法蘭兩側數據的忽略相當于放棄了對法蘭內外傾范圍的要求，這對于T型法蘭安裝后，兩側螺栓連接間隙的控制是不利的，所以無論采用一圈還是兩圈測量數據所得的平面度都不夠準確。在T型法蘭內緣、中心、外緣三圈取點測量的方法，可以確保數據覆蓋率不低于L型法蘭測量的比例。同時，可以通過足夠的數據分析對T型法蘭兩側內外傾大小實現控制，以達到安裝后法蘭面緊密貼合的目的，所以采用三圈法更利于準確檢測T型法蘭平面度及內外傾。

4 T型法蘭整體平面度

前面介紹的L型法蘭常規檢測方法中，由于連接焊縫位于法蘭外側，應優先保證安裝時法蘭外緣良好結合，取法蘭外緣三點作為基準平面，最終得出的最大值為兩圈數據最大值，結合L型法蘭可以內傾，不準外傾的要求，該最大值實為外圈數據最大值，由此體現的L型法蘭平面度是可以滿足設計需求的[2]。但對于T型法蘭，連接焊縫位于法蘭中部，應優先保證安裝時法蘭中部良好結合，通常以中心三點確定基準平面，最終測得的最大值為3圈數據最大值，即最高點的測量值與基準平面的距離，而常規的內外傾要求難以同時控制兩側的法蘭錐度走向，此時再通過最大值表征平面度就不夠準確了。所以對于T型法蘭應該考慮法蘭的整體平面度，即所有各圈測量數據的綜合體現，在確定基準平面后，應以測量所得峰峰值（最高點測量值與最低點測量值之差）作為法蘭整體平面度。此時要滿足整體平面度的要求就需要確定中心基準面的同時，兼顧法蘭內緣與外緣各點的數據，這樣能夠更準確地體現T型法蘭平面度的實際狀態。

5 T型法蘭內外傾的研究

關于法蘭內外傾程度，可以理解為法蘭的錐度，對于L型法蘭能夠允許一定程度內傾，但不允許出現外傾（也可稱為外翻）。這主要源于對法蘭連接螺栓鎖緊和受力情況的考慮，如法蘭一定程度內傾，對接后螺栓連接部位存在一定間隙，會使螺栓鎖緊后承受沿螺栓軸心線方向的反向作用力，有利于法蘭面預緊貼合，相反如果出現明顯外翻現象，即法蘭對接后外緣出現間隙，筒體一部分支撐力會轉移到連接螺栓上，導致螺栓受力復雜，對塔筒穩定性和使用壽命造成影響。對于T型法蘭，理想狀態是存在一定程度的內緣內傾，外緣外傾，所以有觀點認為測量T型法蘭錐度時要達到這樣的要求，但在實際生產中，焊后T型法蘭即使采用火焰矯正等工藝手段也難以實現這種狀態，除非對T型法蘭采購時提出預置內外傾余量的要求，但這樣必然會導致法蘭采購成本的增加。

實際上T型法蘭在按照三圈數據整體平面度要求進行控制時，已在一定程度上限制了法蘭兩側內外傾的走向，不必再過分追求內緣內傾，外緣外傾的狀態也可滿足一般設計要求。如果需要關注T型法蘭的錐度（即內外傾）數值，可以用中心圈數值分別減內圈和外圈數值，所得差值的絕對值最大值即為T型法蘭錐度。有的觀點認為應該像L型法蘭一樣用外圈數值減內圈數值，確保所有值為正，實現T型法蘭的整體內傾，但這種要求實際意義并不大，反而會增加火焰矯正工作量，降低生產效率，且過多的火校對塔筒原材料性能是不利的，實際生產中應盡可能減少火焰矯正措施的使用[3]。

6 結語

以上通過對各種檢測方法的分析研究，總結出一種相對科學、準確的T型法蘭平面度及內外傾檢測方法：測量內緣、中心、外緣三圈數據，以中心圈為基準面，三圈峰峰值作為T型法蘭整體平面度。以中心圈數據分別減去內圈和外圈數據所得差值的絕對值最大值作為T型法蘭錐度（即內外傾）數值。使用這種方法不僅測量數據更加準確，而且現場執行起來方便、可靠，提高了檢測效率，也一定程度減少了焊后的火焰矯正。另外，從設計角度對風電塔筒T型法蘭平面度及內外傾制定要求時，也應同時考慮具體檢測方法和需要達到的效果，結合現有的生產條件，盡量使檢測和矯正具有可行性和可操作性，避免籠統、模糊的平面度要求造成檢測方法不統一及結果的多樣性，這樣才能使風電塔筒T型法蘭平面度及內外傾要求在企業的生產過程中被良好執行和準確控制。