[發(fā)明專利]一種風電機組塔筒及其加工方法

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• 申請日: 2021-03-08
• 公開（公告）號: CN112761891A
• 公開（公告）日: 2021-05-07
• 發(fā)明（設計）人: 周昳鳴;郭小江;王茂華;劉鑫;閆姝;施建沖;顧小兵;張艷飛;張寶君;陸啟芹;李釗;戴堅
• 申請（專利權）人: 中國華能集團清潔能源技術研究院有限公司;華能國際電力江蘇能源開發(fā)有限公司清潔能源分公司;華能海上風電科學技術研究有限公司
• 主分類號: F03D13/20
• 分類號: F03D13/20;B23P15/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 王艾華

本發(fā)明提供一種風電機組塔筒及其加工方法，風電機組塔筒，筒壁內側面上設置有相互交叉的第一加筋和第二加筋；第一加筋和第二加筋形成網狀結構；根據設計尺寸切割鋼板；在所述鋼板上焊接橫向加筋和斜向加筋，焊腳處做凸形或凹形角焊縫處理；將焊完加筋后的鋼板卷制成圓筒，并釋放焊接應力和變形應力采用本發(fā)明的風電機組塔筒，可以改善塔架的屈曲力學特性，在滿足屈曲強度的前提下減小塔架重量，從而達到減小塔底載荷，為整個支撐結構減重的目的，此外，通過本發(fā)明提出的一種風電機組塔筒加筋結構，還可以有效減小塔架在橫臥放置階段的變形。

技術領域

本發(fā)明屬于風力發(fā)電鋼制塔架設計技術領域，具體涉及一種風電機組塔筒及其加工方法。

背景技術

伴隨風電機組容量的總打和葉片直徑的正常，風電塔架的直徑和高度也越來越大，成型工藝與結構細節(jié)越來越復雜。風電塔架的重量根據實際項目情況，一般在200-500噸左右，占到風電機組總成本的5％左右。由于當前國內政策對風電平價上網的要求，因此對塔架結構優(yōu)化設計的精細程度、對新型輕質結構研究提出了更高的要求。

在筒殼結構的設計中普遍采用光筒殼這種結構形式，后在實際應用中發(fā)現其對初始缺陷非常敏感，導致結構承載力發(fā)生較大折減，難以滿足實際承載需求。在航天運載火箭的技術發(fā)展中，為了提高筒殼結構的承載能力和抗缺陷能力，設計師提出了加筋筒殼結構形式，其由蒙皮和筋條組成，筋條結構有效提高了筒殼結構的彎曲剛度，進而提高了筒殼結構的承載能力和抗缺陷能力越來越復雜。彈箭體結構中的加筋薄殼一般采用鋁合金材料，通常采用化學銑切或機械銑切方式制造。隨著復合材料的興起，國外的彈箭體關鍵部段已采用了復合材料加筋薄殼結構。

加筋筒殼結構還未廣泛用于風電塔架的產業(yè)化設計制造中。航天彈箭體結構的破壞模式一般只需要考慮極限強度和屈曲強度，而風電塔架的破壞模式分為極限強度、屈曲強度和疲勞強度。對于輪轂中心高度在100m以內的陸上風機塔架，對于水深在20m、輪轂中心高度在90m以內的海上風機塔架，一般都是由屈曲強度控制的。

在塔架設計中，在塔架分段、直徑、材料和加工工藝確定后，屈曲強度一般由塔架的壁厚決定。塔架的壁厚直接影響塔底的載荷大小和塔架的重量，從而影響基礎設計的工程量。尤其對于海上風機支撐結構，基礎的造價一般是塔架的5倍以上。因此，通過優(yōu)化塔筒壁厚和重量來減小塔底載荷對整個支撐結構造價十分有必要。

發(fā)明內容

為了解決現有技術中存在的問題，本發(fā)明提供一種風電機組塔筒及其加工方法，對于由屈曲強度控制的風機塔架結構，設計一種加筋結構，用以在滿足屈曲強度的前提下減小塔架重量，從而達到減小塔底載荷，為整個支撐結構減重的目的。

為了實現上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是，一種風電機組塔筒，筒壁內側面上設置有相互交叉的第一加筋和第二加筋；第一加筋和第二加筋形成網狀結構。

第一加筋平行于塔筒軸線，第二加筋垂直與塔筒軸線。

壁厚t、第一加筋平行于塔筒軸線，第二加筋的寬度f、高度h、相鄰兩根第一加筋的間距l(xiāng)以及相鄰兩根第二加筋的間距w滿足：

find:f,h,t,l,w

minimize:mass_tower

subject to:SRF_buckling≥1

f,h,t,l,w＞0

其中，mass_tower為塔架的質量，SRF_buckling為屈曲強度的安全裕度。

第一加筋和第二加筋與塔筒軸線均有一夾角，筒壁內側面上還設置有與第一加筋和第二加筋均交叉的第三加筋，第一加筋和第二加筋之間的夾角為α。

第三加筋為橫向，第三加筋垂直于塔筒軸線；第三加筋與第一加筋和第二加筋所形成一系列平行四邊形的邊相交。