浅谈风塔法兰椭圆度的控制及矫正 刘美芝

浅谈风塔法兰椭圆度的控制及矫正刘美芝

摘要：介绍了风塔法兰椭圆度在制造中形成的原因，阐述了针对椭圆度超标的

解决方案及矫正方法。

关键词：法兰椭圆度形成应对措施矫正方法

风塔就是风力发电的塔杆，在风力发电机组中主要起支撑作用，是连接风机

的重要部件，它承受了风力作用在叶片上的推力、扭矩、弯矩，陀螺力矩，同时

吸收机组的震动。

风塔法兰即风力发电塔筒连接法兰，风电塔筒为圆锥筒形焊接结构，分段制造，每段高度在几米、十几米至三十几米，每段之间采用法兰连接，顶部安装风

力发电机。风力发电塔筒的制造难点在于解决各段之间连接法兰的平面度、法兰

角变形（内倾）、法兰椭圆度与焊接变形之间的矛盾。

在风塔制造过程中，法兰椭圆度不仅是塔架质量检验的把关环节，也是评价

风塔塔架质量的重要指标。但是由于塔筒卷制过程中本身存在的圆度偏差，进而

造成筒节与法兰组对时椭圆度出现偏差，接着又是组对焊接应力等特殊性，不能

完全保证风塔法兰椭圆度完全达标。本文主要浅谈法兰椭圆度的形成及应对措施、矫正方法。

1.法兰椭圆度的形成

与法兰组对的筒节是钢板通过卷板机辊制而成，影响辊制筒节圆度的因素又

有诸多种，比如卷板机的性能、卷板机的精度以及操作工人师傅的技能等等。

法兰与筒节组对时如何更好的操作使法兰椭圆度最大程度的得到控制？筒节

辊制不可避免的存在椭圆度，面对与其对接的机加工法兰或多或少存在不完全吻合。

焊接对法兰椭圆度亦有影响。

2.应对措施

风塔塔架作为大型焊接件，其生产过程中因组对、焊接变形等各种因素造成

的塔架整体尺寸出现偏差，如何可靠、有效的控制是塔架生产中的重要环节。

1）筒节辊制控制

a．常用卷板机为三辊卷板机和四辊卷板机，我公司三辊卷板机用来辊制板厚≥40mm的钢板，四辊卷板机用来辊制板厚＜40mm的钢板，目前多数主机厂

1.5KW，2KW，

2.5KW的机型钢板厚度小于40mm的钢板居多，可以利用四辊卷

板机辊制，四辊卷板机的优点在于可以控制预弯剩余直边最小，最大程度上保证

了辊制筒节对接接口处的圆度。

b．卷板机的性能在购买机器时已定，卷板机的精度在长期使用过程中会有磨损从而造成显示屏显示的数据与实际数据的误差，故定期保养可降低精度带来的

误差。

c.操作工人师傅的技艺也是不能否认的，由于机器本身和磨损无法避免时，

工人师傅操作过程中掌握的经验成了控制筒节圆度的主要因素。辊制时钢板放正，上辊应按经验值缓慢下降，不能用倒链强行合口，与法兰对接的一侧应平齐不能

有错边。辊制过程中必须用与之相符的卷圆样板随时检验。回圆时不能存在死弯

和直段，亦要随之用样板检验。

因此对筒节辊制后的椭圆度的控制技术研究，是确保法兰焊后椭圆度的首先

工作。筒节辊圆后的最大直径和最小直径要求满足Dmax/Dmin≤1.005，设备的正

确使用对保证法兰焊后椭圆度有重大的影响。

2）法兰与筒节组对

a．可采用液压滚轮给辊制筒节施加外力进而减少由于自重造成的椭圆度（特

别是大直径，薄钢板的筒节）。

b．组对点焊时滚轮架在滚动，筒节的最大、最小内径位置随时变化避免了自重造成的椭圆度（特别是大直径，薄钢板的筒节）。

3）在风塔法兰与筒节焊接过程中，焊接变形是不可避免的，焊接坡口、焊接顺序、焊接电流大小的控制等均要指定严格的要求。降低焊接线能量是确保制造

满足设计指标要求的关键。

a．在法兰焊接完成后需要进行多次法兰椭圆度、平面度、角变形的测量，以

加强过程控制，确保法兰椭圆度。

b．针对法兰要求较高的，可以先把需要现场对接的法兰螺栓固定后一起施焊，进而减少法兰因焊接带来的变形。

3.矫正方法

椭圆度测量方法：在滚轮胎架上每隔3个孔位用激光测距仪测量法兰内径，

找出最小值并做好标识。

椭圆度偏差解决办法：

1）冷加工，即利用机械力的作用，对组对及焊接变形进行纠正，一般常用器具有千斤顶、压力机、矫板机等。原理为施加外力使其产生相反的塑性变形，补

偿原来的变形即可。法兰椭圆度超差后，采用千斤顶配合配合支撑工装，顶圆时

注意对法兰内侧进行垫层保护，避免出现压痕。

a．根据激光测距仪找出的最小值旋转到水平位置45°方向，根据法兰直径尺

寸和厚度选择合适的千斤顶，并加圆管支撑加力外撑，撑到比设计值较大时停止。 b．保持一段时间后松掉支撑，用激光测距仪测量回弹量，如椭圆度未达到设计要求则继续加力外撑，再松掉再测量，如此反复直到达到设计要求为止。

c．为了增加支撑接触面加大支撑效果，支撑两头加支撑工装。

2）但是对于焊接应力过大造成的椭圆度超差，冷加工的方法达不到目的，我公司采用火焰纠正去除应力的办法，用氧乙炔火焰（温度在540℃～600℃）对法兰内侧进行加热，部位为法兰直径超大位置，注意控制加热温度，并在热矫形后

进行超声波、磁粉检测。

通过生产实践证明，火焰矫正因其简单方便、可靠等优点，广泛应用于风力

发电塔架生产过程中。在对矫正后的变形偏差检验过程中，其矫正合格率在95%

以上。但是，不恰当的矫正方法产生的内应力与焊接内应力叠加会使应力超过材

料的许用应力，从而降低塔架的安全系数。因此，在生产制造过程中，使用火焰

矫正方法必须注意以下两点：

a．根据塔架尺寸偏差位置及偏差量，分析产生尺寸偏差的原因，选择合适的

矫正方法和矫正位置。若偏差量较大，采用火焰矫正无法满足矫正量需求，则应

采取其他措施（更换塔架钢板、法兰等），不得强行矫正；

b．合理控制加热温度，最高温度不得超过650℃。

结束语：通过上述方法矫正了法兰椭圆度，但风塔吊装时针对薄板对接的法

兰在由水平吊装转为竖直吊装过程中，法兰的椭圆度在自重及现场风载等载荷的

影响下会发生变化，不能完全保证段与段间的螺栓孔完全对应，遇到这种情况下，常采取法兰定位销，协助完成吊装。

作者简介：刘美芝（1984-），女，结构工程师，主要从事钢结构、风塔、烟

道结构设计及工艺、工装的研究。

浅谈风塔法兰椭圆度的控制及矫正 刘美芝

浅谈风塔法兰椭圆度的控制及矫正刘美芝 摘要：介绍了风塔法兰椭圆度在制造中形成的原因，阐述了针对椭圆度超标的 解决方案及矫正方法。 关键词：法兰椭圆度形成应对措施矫正方法 风塔就是风力发电的塔杆，在风力发电机组中主要起支撑作用，是连接风机 的重要部件，它承受了风力作用在叶片上的推力、扭矩、弯矩，陀螺力矩，同时 吸收机组的震动。 风塔法兰即风力发电塔筒连接法兰，风电塔筒为圆锥筒形焊接结构，分段制造，每段高度在几米、十几米至三十几米，每段之间采用法兰连接，顶部安装风 力发电机。风力发电塔筒的制造难点在于解决各段之间连接法兰的平面度、法兰 角变形（内倾）、法兰椭圆度与焊接变形之间的矛盾。 在风塔制造过程中，法兰椭圆度不仅是塔架质量检验的把关环节，也是评价 风塔塔架质量的重要指标。但是由于塔筒卷制过程中本身存在的圆度偏差，进而 造成筒节与法兰组对时椭圆度出现偏差，接着又是组对焊接应力等特殊性，不能 完全保证风塔法兰椭圆度完全达标。本文主要浅谈法兰椭圆度的形成及应对措施、矫正方法。 1.法兰椭圆度的形成 与法兰组对的筒节是钢板通过卷板机辊制而成，影响辊制筒节圆度的因素又 有诸多种，比如卷板机的性能、卷板机的精度以及操作工人师傅的技能等等。 法兰与筒节组对时如何更好的操作使法兰椭圆度最大程度的得到控制？筒节 辊制不可避免的存在椭圆度，面对与其对接的机加工法兰或多或少存在不完全吻合。 焊接对法兰椭圆度亦有影响。 2.应对措施 风塔塔架作为大型焊接件，其生产过程中因组对、焊接变形等各种因素造成 的塔架整体尺寸出现偏差，如何可靠、有效的控制是塔架生产中的重要环节。 1）筒节辊制控制 a．常用卷板机为三辊卷板机和四辊卷板机，我公司三辊卷板机用来辊制板厚≥40mm的钢板，四辊卷板机用来辊制板厚＜40mm的钢板，目前多数主机厂 1.5KW，2KW， 2.5KW的机型钢板厚度小于40mm的钢板居多，可以利用四辊卷 板机辊制，四辊卷板机的优点在于可以控制预弯剩余直边最小，最大程度上保证 了辊制筒节对接接口处的圆度。 b．卷板机的性能在购买机器时已定，卷板机的精度在长期使用过程中会有磨损从而造成显示屏显示的数据与实际数据的误差，故定期保养可降低精度带来的 误差。 c.操作工人师傅的技艺也是不能否认的，由于机器本身和磨损无法避免时， 工人师傅操作过程中掌握的经验成了控制筒节圆度的主要因素。辊制时钢板放正，上辊应按经验值缓慢下降，不能用倒链强行合口，与法兰对接的一侧应平齐不能 有错边。辊制过程中必须用与之相符的卷圆样板随时检验。回圆时不能存在死弯 和直段，亦要随之用样板检验。 因此对筒节辊制后的椭圆度的控制技术研究，是确保法兰焊后椭圆度的首先 工作。筒节辊圆后的最大直径和最小直径要求满足Dmax/Dmin≤1.005，设备的正 确使用对保证法兰焊后椭圆度有重大的影响。