[发明专利]风力发电机组塔筒法兰的设计方法及装置

说明书

本发明提供了一种风力发电机组塔筒法兰的设计方法及装置，所述方法包括以下步骤：测量并获取与每个设计参数对应的法兰连接的多条轴力曲线和多条弯矩曲线；根据所述多条轴力曲线和所述多条弯矩曲线的变化趋势确定影响法兰连接受力的关键设计参数；基于与关键设计参数对应的多条轴力曲线和多条弯矩曲线确定与关键设计参数的特定值对应的应力曲线；基于所述应力曲线对具有所述特定值的关键设计参数的法兰连接进行极限和疲劳验证。本发明避免了在风力发电机组塔筒设计中需要考虑尺寸限制的条件，并解决了有限元算法收敛的问题，以及有效的缩短了风力发电机组塔筒法兰的设计周期。

技术领域

本发明涉及风电技术领域，具体地讲，涉及一种风力发电机组塔筒法兰的设计方法及装置。

背景技术

随着环境问题对人民日常生活的影响日益突出，与可燃性能源相比，风电能源由于其清洁环保及可再生性已成为全球日益增长的清洁电力市场的主要贡献。塔架作为风力发电机与地面连接的部分，为风轮的转动提供了必要的工作高度。大型风力发电机塔架自身的质量和尺寸都较大，实际组装过程中，是将分成的每一段采用法兰连接的方式连接起来。风机法兰连接系统往往是整个塔筒中最容易发生失效的地方，因此对法兰的设计的研究的必要性也可见一斑。

现有技术中，关于大型风力发电机组法兰的研究主要是针对材料、加工工艺、焊接技术等方面的工作，对其力学性能分析很少，且对其力学性能分析也主要集中在法兰承载力及法兰盘的厚度、同时也由螺栓应力方面的分析。当前法兰连接设计中关于结构尺寸限制，基本都要求a约等于1.25b(a为螺栓轴心线到法兰内径处的距离，b为螺栓轴心线到塔筒内壁的距离)，具有限制性。另外，现有技术中法兰连接设计一般没有考虑弯矩的受力情况，且采用有限元算法对法兰连接设计方法进行分析。

发明内容

本发明提供了一种风力发电机组塔筒法兰的设计方法及装置，通过对建立的不同参数值下的法兰连接受力曲线进行分析，得出法兰连接设计的最佳参数值。

本发明的一方面提供了一种风力发电机组塔筒法兰的设计方法，所述方法包括以下步骤：测量并获取与每个设计参数对应的法兰连接的多条轴力曲线和多条弯矩曲线；根据所述多条轴力曲线和所述多条弯矩曲线的变化趋势确定影响法兰连接受力的关键设计参数；基于与关键设计参数对应的多条轴力曲线和多条弯矩曲线确定与关键设计参数的特定值对应的应力曲线；基于所述应力曲线对具有所述特定值的关键设计参数的法兰连接进行极限和疲劳验证。

优选地，所述关键设计参数包括螺栓分度圆直径a/b，其中，a为螺栓轴心线到法兰内径处的距离，b为螺栓轴心线到塔筒内壁的距离，a+b为固定值。

优选地，所述基于与关键设计参数对应的多条轴力曲线和多条弯矩曲线求取与关键设计参数的特定值对应的应力曲线的步骤包括：通过对与关键设计参数对应的多条轴力曲线和多条弯矩曲线进行线性插值和曲线拟合得出与关键设计参数的特定值对应的轴力曲线和弯矩曲线；根据得到的与关键设计参数的特定值对应的轴力曲线和弯矩曲线计算求取与关键设计参数的特定值对应的应力曲线。

优选地，所述根据得到的与关键设计参数的特定值对应的轴力曲线和弯矩曲线计算求取与关键设计参数的特定值对应的应力曲线的步骤包括：通过将轴力曲线和法兰螺栓应力截面之比与弯矩曲线和截面抗弯模量之比相加来得到所述应力曲线。

优选地，所述基于所述应力曲线对具有所述特定值的关键设计参数的法兰连接进行极限和疲劳验证的步骤包括：基于所述应力曲线计算出关键设计参数值在所述特定值下的极限应力值和疲劳损伤值，将所述极限应力值与材料极限强度值进行对比，将所述疲劳损伤值与设计要求值进行对比，以确定具有所述特定值的关键设计参数的法兰连接是否满足极限和疲劳验证。