风力发电机组的塔架的壁厚的设计方法和设备技术

本发明专利技术提供一种风力发电机组的塔架的壁厚的设计方法和设备，该设计方法包括：针对每节塔架，分别采用优化算法确定每节塔架的壁厚，其中，所述优化算法的优化目标为最小化每节塔架的质量，所述优化算法的约束条件为每节塔架的极限强度的安全系数、屈曲强度的安全系数以及疲劳强度的安全系数都满足预设的安全裕度值。在根据本发明专利技术的实施例的风力发电机组的塔架的壁厚的设计方法和设备中，通过将塔架壁厚的优化算法的优化目标设置为最小化塔架的质量，以及将约束条件设置为每节塔架的极限强度的安全系数、屈曲强度的安全系数以及疲劳强度的安全系数都满足预设的安全裕度值，可在保证塔架实现其需要实现的功能的同时，降低塔架的成本。

【技术实现步骤摘要】
风力发电机组的塔架的壁厚的设计方法和设备
本专利技术涉及风力发电领域，更具体地讲，涉及一种风力发电机组的塔架的壁厚的设计方法和设备。
技术介绍
塔架和基础是风力发电机组的主要承载部件，其重要性随着风力发电机组的容量增加，愈来愈明显。以海上风电机组为例，塔架和基础的整理制造成本占风机总成本的三分之一左右，而塔架的重量关系到整体支撑结构的频率，影响设计院对基础的设计，更是业主考察风机厂家的指标之一。由此可见塔架在风力发电机组设计与制造中的重要性。由于塔架的主要功能是支承风力发电机的机械部件、发电系统等，以及承受风轮的作用力和风作用在塔架上的力，因此，塔架的设计较为复杂，需要进行多种计算以满足其需要实现的功能。目前塔架的壁厚的设计方法较多地关注其需要实现的功能，还没有一种行业内公认的较为合理和先进的方法，因此导致塔架的壁厚较厚，成本较高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种风力发电机组的塔架的壁厚的设计方法和设备，以解决现有的塔架的壁厚的设计方法设计的塔架的成本较高的技术问题。本专利技术的一方面提供一种风力发电机组的塔架的壁厚的设计方法，设计方法包括：针对每节塔架，分别采用优化算法确定本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种风力发电机组的塔架的壁厚的设计方法，其特征在于，包括：针对每节塔架，分别采用优化算法确定每节塔架的壁厚，其中，所述优化算法的优化目标为最小化每节塔架的质量，所述优化算法的约束条件为每节塔架的极限强度的安全系数、屈曲强度的安全系数以及疲劳强度的安全系数都满足预设的安全裕度值。

【技术特征摘要】
1.一种风力发电机组的塔架的壁厚的设计方法，其特征在于，包括：针对每节塔架，分别采用优化算法确定每节塔架的壁厚，其中，所述优化算法的优化目标为最小化每节塔架的质量，所述优化算法的约束条件为每节塔架的极限强度的安全系数、屈曲强度的安全系数以及疲劳强度的安全系数都满足预设的安全裕度值。2.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，采用优化算法确定任意一节塔架的壁厚的步骤包括：设定所述任意一节塔架当前的壁厚；根据所述任意一节塔架当前的壁厚确定所述约束条件是否被满足；当所述约束条件未被满足时，更新当前的壁厚，并重新执行确定所述约束条件是否被满足的步骤，其中，所述更新之后的壁厚大于更新之前的壁厚；当所述约束条件被满足时，将当前的壁厚作为确定的所述任意一节塔架的壁厚。3.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，每节塔架的极限强度的安全系数为极限强度的强度储备安全系数或者极限强度的材料性能使用程度系数，和/或，每节塔架的屈曲强度的安全系数为屈曲强度的强度储备安全系数或者屈曲强度的材料性能使用程度系数，和/或，每节塔架的疲劳强度的安全系数为疲劳强度的强度储备安全系数或者塔架焊缝的疲劳损伤累计值。4.根据权利要求3所述的设计方法，其特征在于，每节塔架的极限强度的安全系数满足其安全裕度值是指极限强度的强度储备安全系数大于或等于极限强度的强度储备安全系数的安全裕度值，或者极限强度的材料性能使用程度系数小于或等于极限强度的材料性能使用程度系数的安全裕度值；每节塔架的屈曲强度的安全系数满足其安全裕度值是指屈曲强度的强度储备安全系数大于或等于屈曲强度的强度储备安全系数的安全裕度值，或者屈曲强度的材料性能使用程度系数小于或等于屈曲强度的材料性能使用程度系数的安全裕度值；每节塔架的疲劳强度的安全系数满足其安全裕度值是指疲劳强度的强度储备安全系数大于或等于疲劳强度的强度储备安全系数的安全裕度值，或者塔架焊缝的疲劳损伤累计值小于或等于塔架焊缝的疲劳损伤累计值的安全裕度值。5.根据权利要求4所述的设计方法，其特征在于，极限强度的强度储备安全系数的安全裕度值与屈曲强度的强度储备安全系数的安全裕度值的取值范围为1.06至1.24，疲劳强度的强度储备安全系数的安全裕度值为1.01至1.24。6.根据权利要求3所述的设计方法，其特征在于，塔架的极限强度的强度储备安全系数的计算公式以及塔架的极限强度的材料性能使用程度系数的计算公式如下：其中，SRF_ULS为塔架的极限强度的强度储备安全系数，UTI_ULS为塔架的极限强度的材料性能使用程度系数，fy,k为塔架的材料屈服强度，γM为塔架的材料分项系数，σv为塔架的极限强度，σv根据塔架截面的名义应力分量以及塔架的壁厚和外径来确定。7.根据权利要求6所述的设计方法，其特征在于，塔架的极限强度σv的计算公式如下：其中，Mxy,ges为塔架截面上的合弯矩载荷，Fz为塔架截面上的轴力载荷，Mz为塔架截面上的扭矩载荷，Fxy为塔架截面上的合成剪力载荷，Wxy为塔架抗弯截面模量，Wt为塔架抗扭截面模量，A为塔架截面积，fy,k为塔架的材料屈服强度；γM为塔架的材料分项系数。8.根据权利要求3所述的设计方法，其特征在于，塔架的屈曲强度的强度储备安全系数以及屈曲强度的材料性能使用程度系数的计算公式如下：其中，SRF_BCK为塔架的屈曲强度的安全系数为屈曲强度的强度储备安全系数，UTI_BCK为塔架的屈曲强度的材料性能使用程度系数，σx,Ed为塔架特征轴向失稳临界应力值，σx,Rd为塔架实际轴向失稳临界应力值，τx,Rd为塔架特征剪切失稳临界应力值，τx,Rk为塔架实际剪切失稳临界应力值，σθ,Ed为塔架特征环向失稳临界应力值；σθ,Rd为塔架实际环向失稳临界应力值；kx，kτ，kθ和ki无量纲参数。9.根据权利要求3所述的设计方法，其特征在于，塔架的疲劳强度的安全系数为疲劳强度的强度储备安全系数以及塔架焊缝的疲劳损伤累计值的计算公式如下：其中，SRF_FLS为塔架的疲劳强度的安全系数，DAM_FLS为塔架焊缝的疲劳损伤累计值，Δσi为塔架的实际应力范围值，ni为Δσi的循环次数，ND为塔架的材料应力寿命曲线拐点所对应的循环次数，k为塔架的材料应力寿命曲线的斜率的倒数，γM为塔架的材料分项系数，ΔσD为塔架的材料应力寿命曲线拐点所对应的应力范围值。10.一种风力发电机组的塔架的壁厚的设计设备，其特征在于，包括：优化单元，针对每节塔架，分别采用优化算法确定每节塔架的壁厚，其中，所述优化算法的优化目标为最小化每节塔架的质量，所述优化算法的约束条件为每节塔架的极限强度的安全系数、屈曲强度的安全系数以及疲劳强度的安全系数都满足预设的安全裕度值。11.根据权利要求10所述的设计设备，其特征在于，所述优化单元通过以下方式...

【专利技术属性】
技术研发人员：周昳鸣，齐涛，李荣富，
申请(专利权)人：江苏金风科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32