[发明专利]塔架及风力发电机组

说明书

本发明提供一种塔架及风力发电机组。所述塔架上开设有门洞，所述门洞包括上下对称的弧形段，并且所述弧形段呈n+1个控制顶点控制的k次B样条曲线形式，B样条曲线通过下面的等式来表示：其中，d_i是B样条曲线的控制顶点，N_i,k(u)是B样条基函数，其中，i是节点序号且i＝0,1,...,n，k是所述基函数的次数，n和k都是正整数并且满足2≤n，k≤n，节点矢量其中m＝n+k+1。采用本发明的塔架及风力发电机组可有效降低塔架门洞的应力集中系数，减小塔架门洞位置处的塔架厚度，从而减轻塔架重量并且降低制造成本。

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，更具体地，涉及一种能够降低塔架门洞的应力集中系数的塔架及风力发电机组。

背景技术

开设于风力发电机组塔架底部的门洞是维护操作人员和设备进入风机的主要通道。由于开设了塔架门洞，因此，塔架会出现应力局部增大的现象(应力集中)。应力集中能使物体产生疲劳裂纹，也能使脆性材料制成的零件发生静载断裂。工程中采用应力集中系数SCF(Stress Concentration Factor)来表示应力集中的程度，可以通过产生应力集中时的最大应力除以平均应力来计算得到SCF值，并且SCF值大于1。

工程经验表明：截面尺寸改变愈剧烈，SCF值就愈大。因此，在设计塔架门洞时应尽量避免带尖角的孔或槽，在开洞处的设计要用圆弧过渡。从制造加工工艺来看，目前门洞切割方法采用数控切割机对圆筒直接进行切割。这就避免了采用先对钢板进行切割再卷成圆筒的方法时需要先对塔架门洞形状的坐标进行变换的麻烦。在数控切割机的操作中，只需要对投影到XOY平面(即，正视图)的曲线形状上取足够多的坐标点，切割机便可读取这些点的坐标，进行加工得到设计所采用的形状。因此，在实际生产中，只要能够得到塔架门洞切割形状函数，便可以得到足够多的点，也就可以加工得到所需要的形状来。

在现有的塔架门洞设计中，根据椭圆曲线上一系列点的坐标来加工出上下两端部分呈椭圆形状的塔架门洞。然而，根据椭圆设计的塔架门洞附近的SCF值仍然较大，一般可以达到1.40～1.50，由于塔架壁厚对SCF值的敏感性很大，因此，为了使塔架的设计符合强度要求，现有的椭圆设计仍需要对塔架门洞部分的塔架壁厚进行加厚，导致塔架的质量变大。

考虑到SCF值的大小直接影响塔架门洞处塔架壁厚的大小，因此，需要设计一种能够在现有工艺水平下降低SCF值的塔架门洞，以减小塔架壁厚并降低塔架的重量。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种可降低塔架门洞的SCF值、减小门洞位置处的塔架厚度的塔架及包括该塔架的风力发电机组。

根据本发明的一方面，提供一种塔架，该塔架上开设有门洞，门洞包括上下对称的弧形段，并且弧形段呈n+1个控制顶点控制的k次B样条曲线形式，B样条曲线通过下面的等式来表示：

其中，d_i是B样条曲线的控制顶点，N_i,k(u)是B样条基函数，i是节点序号且i＝0,1,...,n，k是基函数的次数，n和k都是正整数并且满足2≤n，k≤n，节点矢量U＝[u₀,u₁,...,u_m]，其中m＝n+k+1。该塔架可以降低塔架门洞的应力集中系数。

根据本发明的示例性实施例，上述基函数可采用下面的Cox-deBoor递推公式：

根据本发明的示例性实施例，k满足：2≤k≤5。

根据本发明的示例性实施例，门洞还包括直线段，直线段连接在所述上下弧形段之间，以满足塔架门洞大小的设计要求。

根据本发明的另一方面，提供一种风力发电机组，该风力发电机组包括如上所述的塔架。