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/80m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
中图分类号：TG113.26+3文献标识码：A
1 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/80m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0.6mm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。6.5m立车加工范围φ3.2m～φ3.3m，加工最大高度3.5m。
由于加工部件刚性不足，立车加工时振动较大，表面光洁度不能达到图纸要求。6.5m立车的加工精度虽可保证0.3mm～0.5mm，但由于后续环缝焊接时，焊接变形还会加大顶部法兰的平度变形。故采用此方案，最终不一定能满足图纸要求。
2.2 方案二
顶部法兰与筒节T1、T2、T3装焊后，先用TJK6916数控落地铣镗床加工法兰端面。设备加工范围：行程3×8m；工作台2.5×3m；工作台承重40000Kg。加工部件总重13245Kg，长度7.41m，经现场实测加工设备及其周围空间环境完全能够满足机械加工要求。
由于该设备本身加工能力强、精度高；况且三节筒节与顶部法兰成组件后加工，减小了总装时焊接变形对顶部法兰平面度的影响。经综合评估，我们认为该方法能够较好地保证加工质量。
3 方案实施
3.1 提高被加工组件刚性
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，将顶部法兰与筒节T1、T2、T3装焊好后，用TJK6916数控落地铣镗床加工法兰端面。同时为提高被加工组件加工时的刚性，减小加工后法兰表面可能产生的弹性变形，我们在筒节T3外口处如图点焊一δ16环形加强筋。
3.2 设计铣镗床定位夹紧专用工装
由于铣镗床工作台面较小，且风电塔架上段塔筒为锥筒，我们必须设计一套专用工装，既要保证塔筒定位后锥筒中心线平行于铣镗床工作台面，又要能保证工件与铣镗床工作台紧固在联接在一起。为此，我们设计了许继上塔筒顶部法兰端面加工夹具定位支撑Ⅰ、Ⅱ。
图2 定位支撑（前后支撑要各自设计计算）
图3 抱箍（前后抱箍R分别计算）
图4 加工安装示意图
使用时，需先将夹具支撑Ⅰ、Ⅱ，分别用M24螺栓压紧在数控铣镗床工作台上；将待加工组件轻轻放置在定位支撑上，并分别用拉杆将抱箍与支撑件联接牢靠；在被加工组件尾部用千斤顶将工件支撑平稳，以防加工时振动。装夹好后，在机床主轴用百分表对顶部法兰端面四个象限分别测量，调整工件直至塔架上段塔筒顶部法兰端面加工余量分布均匀后，方可开始加工。
加工完毕后，用EASY-Laser激光找正仪测量顶法兰平面度为0.07mm；粗糙度远高于图纸要求。
4 结论
加工后，将风电塔架上段塔筒顶法兰组件与上段塔筒下法兰筒节组件及上段塔筒其余筒节组件按拼板图装配、定位焊。按图示测量上段塔筒，A、B、C、D四个象限斜边长（在45°C方向上测量），对角线长差值在3mm以内为合格；否则返修。用EASY-Laser激光找正测量仪测量上段塔筒上、下法兰平行度。合格后，焊接终结环缝。最后用EASY-Laser激光找正仪测量上段塔筒顶法兰最终平面度，实测为0.18mm，远高于图纸及规范要求。
实践证明该方案科学、合理、经济、适用、高效，完全能够满足生产要求，适合在风电塔筒顶法兰平面度要求较高时推广使用。
图5 测量示意图
A1B4=A A2B3=B A3B2=C A4B1=D
参考文献
[1]徐灏．机械设计手册第四卷[M]．北京∶机械工业出版社，1995．
[2]塔筒（含基础环）制造技术规范[S]．许继风电科技有限公司，2010．
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