專利名稱：用于管形構(gòu)件的連接法蘭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種按照權(quán)利要求1前序部分所述的用于安裝在管形構(gòu)件端部的環(huán)形的連接法蘭。
用于連接多個(gè)管形構(gòu)件的環(huán)形連接法蘭在迪特·雷蒙的論文“按照DIN4133計(jì)算具有不同接觸面/環(huán)形凸緣形狀的L形法蘭”(“Berechnung vonL-Flanschen mit unterschiedlichen Kontaktflaechen/Ringflanschformen nachDIN 4133”)Emst & Sohn Stahlbau 69(2000)第9期，第682至687頁中已公開，并且也廣為人知。例如，已知在所述管道結(jié)構(gòu)中沿徑向在所述管形構(gòu)件上連接有法蘭凸緣，這些法蘭凸緣在所述管形構(gòu)件的端部通常沿徑向向外定向設(shè)置。通常，這些法蘭凸緣具有一個(gè)沿軸向遠(yuǎn)離自身的管體的平法蘭面，并且具有多個(gè)沿其圓周分布的通孔。所述管形構(gòu)件例如可以作為管道的多個(gè)管段相互安置并借助于適當(dāng)?shù)拿芊鈮|相互用螺栓固定組成一個(gè)管道。
因?yàn)檫@些環(huán)形法蘭凸緣是從自身的管形構(gòu)件體的側(cè)面凸伸出來的，因此，所述法蘭凸緣與管形構(gòu)件一體式制成，這在任何情況下在制造技術(shù)上都是不利的(至少這些構(gòu)件在不能采用鑄造技術(shù)來制造時(shí)是這樣的)例如，由金屬板或金屬片通過焊接技術(shù)制成的管形構(gòu)件作為半成品在任何情況下幾乎都不可能通過適當(dāng)?shù)卣蹚澬纬煞ㄌm凸緣來進(jìn)行預(yù)加工成形。因此，通常的情況是，首先制造不帶法蘭凸緣的管形構(gòu)件，然后通過適當(dāng)?shù)慕Y(jié)合技術(shù)將法蘭凸緣結(jié)合在所述自身的構(gòu)件上，采用金屬管時(shí)例如通過焊接進(jìn)行結(jié)合，采用塑料管時(shí)例如通過粘接或?qū)訅杭夹g(shù)(Laminieren)進(jìn)行結(jié)合。
為了改善所述環(huán)形法蘭的可能是高應(yīng)力區(qū)中的力的傳遞，公知的在結(jié)構(gòu)上有利的環(huán)形法蘭元件的構(gòu)成方式是使法蘭元件具有一個(gè)用于裝配在圓柱管形構(gòu)件的一個(gè)端部上的短圓柱管形段，該管段的一端例如焊接在所述圓柱管形構(gòu)件上，而其另一端延伸成沿徑向連接的法蘭凸緣，該法蘭凸緣具有一個(gè)沿軸向遠(yuǎn)離所述管段的法蘭面。
例如在構(gòu)造用于風(fēng)能設(shè)備的風(fēng)塔時(shí)，為了建得較高，將多個(gè)管形塔段相互疊裝在建造地點(diǎn)上。業(yè)已證明，在所屬技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)出于靜力學(xué)的考慮，可使所述風(fēng)塔從靠近地面的區(qū)域向上呈圓錐形地縮小成一吊艙(Gondel)。迄今為止，在采用所述連接法蘭連接所述塔段時(shí)常常出現(xiàn)斷裂和其它疲勞現(xiàn)象。
與此相應(yīng)，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種環(huán)形法蘭，這種法蘭基于符合規(guī)定地承受載荷而更少受損害。
按照本發(fā)明，上述技術(shù)問題可通過一種具有權(quán)利要求1所述特征的連接法蘭解決。在從屬權(quán)利要求中描述了一些優(yōu)選的配置。
正是在將連接法蘭應(yīng)用在風(fēng)能設(shè)備的風(fēng)塔上時(shí)，對(duì)這種連接法蘭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要充分利用各種可能性來優(yōu)化在風(fēng)塔的各塔段之間的法蘭連接段上的力的傳遞力線(Kraftfluss)。而在現(xiàn)有技術(shù)中，公知的環(huán)形法蘭元件是以其沿圓柱軸線方向直線定向的圓柱管形固定段安裝在圓錐形的管形風(fēng)塔構(gòu)件上，在所述法蘭連接段中傳遞力線的方向甚至可能出現(xiàn)多次變化，此外，在美感上也存在不足。
按照本發(fā)明，一種相應(yīng)的環(huán)形法蘭具有一用于將該法蘭安裝在管形構(gòu)件的一端上的管形段。該管形段的一端沿徑向優(yōu)選向內(nèi)連接有一法蘭凸緣，而且該法蘭凸緣具有一個(gè)沿軸向遠(yuǎn)離所述管段的、優(yōu)選為平面的法蘭連接面。所述管形段的外壁呈圓錐形，并且可以安裝在一個(gè)圓錐形的管形構(gòu)件上以形成一個(gè)連續(xù)的共同的外形輪廓。由于避免了力線的偏轉(zhuǎn)，這種結(jié)構(gòu)將顯著地改善從所述圓錐形的管形構(gòu)件到法蘭的力線，因?yàn)樗隽€的偏轉(zhuǎn)往往能引起應(yīng)力集中，而且可能使構(gòu)件承受過載。
所述法蘭凸緣優(yōu)選沿徑向向內(nèi)連接在所述管形段上，以便于例如在裝入所述按照本發(fā)明的法蘭來連接風(fēng)能設(shè)備的塔段時(shí)安裝所述法蘭凸緣和例如法蘭連接螺栓之類的其它連接件，所述連接件優(yōu)選借助于在所述法蘭凸緣的周圍軸向設(shè)置的多個(gè)孔而形成結(jié)合力并構(gòu)成最后的形狀，以便裝入風(fēng)塔的內(nèi)部空間，并因此保護(hù)這些法蘭凸緣和連接元件免受天氣變化的影響。
優(yōu)選本發(fā)明的連接法蘭的管形段和徑向法蘭凸緣一體構(gòu)成。也就是說，本發(fā)明的連接法蘭優(yōu)選由金屬半成品通過車削一體構(gòu)成，或者由纖維連接材料卷繞成一個(gè)構(gòu)件，例如卷繞成一預(yù)浸樹脂的構(gòu)件(Prepreg)。當(dāng)然，由鑄造構(gòu)成的一體構(gòu)件也屬于本發(fā)明的范疇。
為了能用本發(fā)明的法蘭連接兩個(gè)管形構(gòu)件而得到具有本發(fā)明的有利的連續(xù)的外形輪廓，優(yōu)選調(diào)整兩個(gè)本發(fā)明的法蘭的相互連接關(guān)系，使得當(dāng)通過相互重疊的法蘭面將這兩個(gè)法蘭相互連接起來時(shí)，也就是說，例如當(dāng)通過它們的法蘭凸緣中的優(yōu)選成對(duì)設(shè)置的、彼此對(duì)中的通孔用螺栓將它們固定時(shí)，使這兩個(gè)法蘭的管形段的(圓錐形)外壁彼此連續(xù)地過渡銜接。
為了通過優(yōu)選為平面的法蘭面以及裝在優(yōu)選為通孔中的連接螺栓進(jìn)一步優(yōu)化力線，優(yōu)選用一位于所述法蘭面中的凹槽包圍所述通孔。由于延伸長度較長，上述結(jié)構(gòu)有利于通孔中的連接螺栓承受負(fù)荷，并且將所述法蘭面相對(duì)于在所述通孔周圍的一互補(bǔ)的法蘭面的接觸區(qū)有利地轉(zhuǎn)移到所述法蘭面的徑向外邊緣區(qū)域和內(nèi)邊緣區(qū)域中。
下面借助于附圖
闡述本發(fā)明。
附圖中以局部橫截面圖示出了按照本發(fā)明的具有兩個(gè)法蘭的連接法蘭，這兩個(gè)法蘭分別安裝在一圓錐形的管形構(gòu)件上。
在附圖中所示的連接法蘭由兩個(gè)法蘭2構(gòu)成(其中，需要區(qū)分時(shí)，上面的構(gòu)件和元件，也就是與所述兩個(gè)法蘭2的上面的法蘭有關(guān)的構(gòu)件和元件用a表示，而與下面的法蘭有關(guān)的構(gòu)件和元件用b表示)。這兩個(gè)法蘭2各有一管形段4和一沿徑向向內(nèi)連接在該管形段4的端部上的法蘭凸緣6。在所述管形段4的另一端各與一管形構(gòu)件8相連，并且所述管形構(gòu)件8在連接處分別通過一位于徑向內(nèi)部的焊縫10和一位于徑向外部的焊縫12安裝在所述環(huán)形連接法蘭2上。所述法蘭2均由可焊接的鋼材制成。
附圖中示出的這種結(jié)構(gòu)全部都是由圍繞旋轉(zhuǎn)軸線14的環(huán)形或管形構(gòu)件構(gòu)成，圖中構(gòu)件的尺寸亦即所有構(gòu)件的直徑都沒有按比例示出。
所述法蘭2的管形段4的外壁15與所述管形構(gòu)件8一樣全部為圓錐形，在本實(shí)施方式中它們的外壁15彼此連續(xù)地過渡銜接。
所述兩個(gè)法蘭2各有一沿軸向遠(yuǎn)離所述自身的管形段4的平法蘭面16，這兩個(gè)法蘭面16大小相同，即，它們具有相同的內(nèi)徑和外徑，并且彼此對(duì)中放置。所述法蘭2具有多個(gè)沿其圓周均勻分布的通孔18，這些通孔18沿軸向穿過各自的法蘭凸緣6而延伸并且相互對(duì)中，這樣就可以使所述法蘭2定位。為了形成用于連接法蘭2的連接力和剛性連接，可以在所述通孔18中安裝螺栓以形成公知的螺栓連接。為了通過所述連接法蘭2優(yōu)化力線，可將所述通孔18設(shè)置成沿徑向盡可能地靠近所述管形段4，當(dāng)然這種安排在結(jié)構(gòu)上尤其可能受到用于固定的工具例如固定連接螺栓的工具應(yīng)能達(dá)到所述通孔的限制。
只有所述連接法蘭的一個(gè)(此處為上部的)法蘭2a的法蘭凸緣6a在所述法蘭面16a中具有一包圍所述通孔18a的凹槽20。當(dāng)用穿過所述通孔18的法蘭連接螺栓(未示出)將所述兩個(gè)法蘭互相夾緊時(shí)，所述力傳遞或力線通過的區(qū)域借助于所述法蘭面16沿徑向從通孔18向外轉(zhuǎn)移到所述法蘭面16的沿徑向的內(nèi)部邊緣區(qū)域22和沿徑向的外部邊緣區(qū)域24中。尤其是傳遞到沿徑向的外部邊緣區(qū)域24中的作用力對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)而言是有利的，因?yàn)檫@將產(chǎn)生直線的、從所述上圓錐管形構(gòu)件8a通過上法蘭2a的圓錐管形段到所述下法蘭2b的圓錐管形段4b中、最后到達(dá)所述構(gòu)件8b中的無偏移的力線的效果，也就是說，不產(chǎn)生對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)不利的力線偏移。優(yōu)選所述法蘭面16的用于進(jìn)一步改善力線的外邊緣區(qū)域24比所述管形段4和/或構(gòu)件8的壁厚寬，以使在該區(qū)域中力線不收縮。
為了通過法蘭2進(jìn)一步改善力線，在所述管形段4的基本上沿軸向的延伸段到所述法蘭凸緣6的沿徑向的延伸段的過渡區(qū)段內(nèi)沒有棱角而具有半徑26。這在機(jī)械結(jié)構(gòu)上避免了不利的應(yīng)力集中和缺口影響。
權(quán)利要求
1.一種環(huán)形的連接法蘭，其具有一個(gè)用于安裝在一管形構(gòu)件的一端上的管形段和一個(gè)沿徑向連接在該管形段一端上的法蘭凸緣，該法蘭凸緣具有一個(gè)沿軸向遠(yuǎn)離所述管形段的法蘭面，所述管形構(gòu)件尤其是用于構(gòu)造風(fēng)能設(shè)備的風(fēng)塔的塔段，其特征在于，所述管形段(4)的外壁(15)呈圓錐形，且尤其用于裝配在一個(gè)同樣是圓錐形的構(gòu)件(8)上。
2.如權(quán)利要求1所述的法蘭，其特征在于，所述法蘭凸緣(6)沿徑向向內(nèi)連接在所述管形段(4)上。
3.如上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的法蘭，其特征在于，所述法蘭面(16)是平面。
4.如上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的法蘭，其特征在于，所述法蘭凸緣(6)具有至少一個(gè)供連接法蘭的螺栓通過的軸向通孔(18)。
5.如權(quán)利要求4所述的法蘭，其特征在于，所述法蘭凸緣(6)在其法蘭面(16)中具有一包圍所述通孔(18)的凹槽(20)。
6.如權(quán)利要求5所述的法蘭，其特征在于，所述凹槽(20)與連接在所述管形段(4)的外壁(15)上的所述法蘭面的一邊棱之間的最小間距(24)大于所述管形段(4)的壁厚。
7.如上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的法蘭，其特征在于，所述管形段(4)和所述徑向的法蘭凸緣(6)一體構(gòu)成，尤其可由一個(gè)坯件車削而成。
8.如上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的法蘭，其特征在于，所述法蘭(2)可以通過焊接安裝在所述管形構(gòu)件(8)的端部上。
9.一種用于構(gòu)造風(fēng)能設(shè)備的風(fēng)塔的塔段(8)，其具有如上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的法蘭(2)。
10.一種法蘭連接，其通過兩個(gè)如上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的法蘭(2a，2b)建立，其特征在于，所述兩個(gè)法蘭(2)通過使其各自的法蘭面(16)相互重疊而實(shí)現(xiàn)相互連接，其中，它們各自的管形段(4)的外壁(15)呈圓錐形地相互連續(xù)地過渡銜接。
11.一種風(fēng)能設(shè)備的風(fēng)塔，其具有至少兩個(gè)由權(quán)利要求10所述的一法蘭連接實(shí)現(xiàn)連接的塔段。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于安裝在一個(gè)管形構(gòu)件的一端上的環(huán)形連接法蘭。本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種在使用過程中因承受應(yīng)力而引起的損害較小的環(huán)形法蘭。所述環(huán)形連接法蘭具有一個(gè)用于裝配在一管形構(gòu)件的一端上的管形段和一個(gè)連接在所述管形段的一端上的法蘭凸緣，該法蘭凸緣具有一個(gè)沿軸向遠(yuǎn)離所述管形段的法蘭面，所述管形構(gòu)件尤其是用于構(gòu)造風(fēng)能設(shè)備的風(fēng)塔的塔段，其特征在于，所述管形段(4)的外壁(15)呈圓錐形，尤其用于裝配在一個(gè)同樣是圓錐形的構(gòu)件(8)上。
文檔編號(hào)F03D11/04GK1509368SQ02807110
公開日2004年6月30日 申請(qǐng)日期2002年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月23日
發(fā)明者阿洛伊斯·沃本, 阿洛伊斯 沃本 申請(qǐng)人:阿洛伊斯·沃本, 阿洛伊斯 沃本