[發明專利]一種風力發電機組塔架半自動設計方法及裝置

有效

• 申請號: 201910583532.5
• 申請日: 2019-06-28
• 公開（公告）號: CN110159491B
• 公開（公告）日: 2020-06-19
• 發明（設計）人: 田潤利;易權;陳慶
• 申請（專利權）人: 三一重能有限公司
• 主分類號: F03D13/20
• 分類號: F03D13/20;G06F30/17
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 徐麗

1.一種風力發電機組塔架半自動設計方法，所述塔架包括至少兩個塔架段，每個所述塔架段包括至少一個塔架單元；其特征在于，包括：

根據所述塔架的頂部法蘭直徑和底部法蘭直徑，確定至少兩種法蘭外徑組合，每種所述法蘭外徑組合包含所述頂部法蘭直徑和底部法蘭直徑以及所述塔架任意一個塔架段的頂部法蘭直徑和所述塔架段的底部法蘭直徑；

通過優化算法對全部所述法蘭外徑組合進行篩選，獲得目標法蘭外徑組合；在所述目標法蘭外徑組合對應的塔架中，每個塔架單元的安全系數滿足預設安全條件，且所述目標法蘭外徑組合對應的塔架的質量最輕；

所述安全系數包括強度安全裕度、疲勞損傷以及屈曲安全裕度；

所述強度安全裕度的滿足如下公式：

其中，σ_d為塔架材料設計許用應力，且σ_f為材料許用應力，γ_m為材料安全系數；所述σ_eqv為等效應力；

所述等效應力滿足如下公式：

其中，為正應力，為切應力；M_xy為塔架截面上的合彎矩，F_z為塔架截面上的軸向載荷，M_Z為塔架截面上的扭矩載荷，F_xy為塔架截面上的合成剪力載荷，W_b,h為塔架抗彎截面模量，W_t為塔架抗扭截面模量，A_h為塔架截面積；

所述疲勞損傷滿足如下公式：

其中，Δσ_i為塔架的實際應力范圍，n_i為Δσ_i的循環次數，N_D為塔架材料S-N曲線拐點對應的循環次數；m為塔架材料S-N曲線的反斜率，γ_M為材料分項系數，ks為厚度折減系數；

ks滿足如下公式：

其中，e為相鄰的兩個所述塔架單元的壁厚差值，e＝0.5*(t₁-t₂)，t₁、t₂分別相鄰的兩個所述塔架單元的壁厚；

所述屈曲安全裕度的滿足如下公式：

其中，σ_x,Ed為塔架軸向失穩臨界應力值，σ_x,Rd為塔架軸向實際失穩臨界應力值，τ_xθ,Ed為塔架剪切失穩臨界應力值，τ_xθ,Rd為塔架剪切實際失穩臨界應力值，_kχ、_kτ為無量綱參數。

2.根據權利要求1所述的風力發電機組塔架半自動設計方法，其特征在于，所述通過優化算法對全部所述法蘭外徑組合進行篩選，獲得目標法蘭外徑組合，包括：

通過所述預設安全條件對全部所述法蘭外徑組合進行篩選，獲得至少一個待匹配法蘭外徑組合，所述待匹配法蘭外徑組合對應的塔架中，每個塔架單元的安全系數都滿足預設安全條件；

基于所述至少一個待匹配法蘭外徑組合，確定所述目標法蘭外徑組合，所述目標法蘭外徑組合為所述至少一個待匹配法蘭外徑組合中，對應的塔架質量最輕的待匹配法蘭外徑組合。

3.根據權利要求2所述的風力發電機組塔架半自動設計方法，其特征在于，通過所述預設安全條件對全部所述法蘭外徑組合進行篩選，包括：

判斷每一個所述法蘭外徑組合對應的塔架中，每個塔架單元的安全系數是否滿足所述預設安全條件；

若全部滿足，則所述法蘭外徑組合為所述待匹配法蘭外徑組合；

若至少一個所述塔架單元的安全系數不滿足，則對所述塔架單元的壁厚進行調整，直至所述塔架單元的安全系數滿足所述預設安全條件。

4.根據權利要求1所述的風力發電機組塔架半自動設計方法，其特征在于，在通過優化算法對全部所述法蘭外徑組合進行篩選，獲得目標法蘭外徑組合的步驟之后，包括：

判斷所述疲勞損傷是否大于預定閾值；若是，則對所述目標法蘭外徑組合對應的塔架進行中心對齊優化，以使所述塔架的居中折減系數的值為1。

5.一種風力發電機組塔架半自動設計裝置，其特征在于，包括處理器、存儲器、I/O接口和總線，所述I/O接口用于與外部設備進行數據交換，存儲器存儲有所述處理器可執行的機器可讀指令，所述處理器與所述存儲器之間通過總線通信，所述處理器執行所述機器可讀指令，以執行時執行如權利要求1至4任一所述的發電機組塔架半自動設計方法的步驟。