[发明专利]一种风力发电机组塔架半自动设计方法及装置

权利要求书

1.一种风力发电机组塔架半自动设计方法，所述塔架包括至少两个塔架段，每个所述塔架段包括至少一个塔架单元；其特征在于，包括：

根据所述塔架的顶部法兰直径和底部法兰直径，确定至少两种法兰外径组合，每种所述法兰外径组合包含所述顶部法兰直径和底部法兰直径以及所述塔架任意一个塔架段的顶部法兰直径和所述塔架段的底部法兰直径；

通过优化算法对全部所述法兰外径组合进行筛选，获得目标法兰外径组合；在所述目标法兰外径组合对应的塔架中，每个塔架单元的安全系数满足预设安全条件，且所述目标法兰外径组合对应的塔架的质量最轻；

所述安全系数包括强度安全裕度、疲劳损伤以及屈曲安全裕度；

所述强度安全裕度的满足如下公式：

其中，σ_d为塔架材料设计许用应力，且σ_f为材料许用应力，γ_m为材料安全系数；所述σ_eqv为等效应力；

所述等效应力满足如下公式：

其中，为正应力，为切应力；M_xy为塔架截面上的合弯矩，F_z为塔架截面上的轴向载荷，M_Z为塔架截面上的扭矩载荷，F_xy为塔架截面上的合成剪力载荷，W_b,h为塔架抗弯截面模量，W_t为塔架抗扭截面模量，A_h为塔架截面积；

所述疲劳损伤满足如下公式：

其中，Δσ_i为塔架的实际应力范围，n_i为Δσ_i的循环次数，N_D为塔架材料S-N曲线拐点对应的循环次数；m为塔架材料S-N曲线的反斜率，γ_M为材料分项系数，ks为厚度折减系数；

ks满足如下公式：

其中，e为相邻的两个所述塔架单元的壁厚差值，e＝0.5*(t₁-t₂)，t₁、t₂分别相邻的两个所述塔架单元的壁厚；

所述屈曲安全裕度的满足如下公式：

其中，σ_x,Ed为塔架轴向失稳临界应力值，σ_x,Rd为塔架轴向实际失稳临界应力值，τ_xθ,Ed为塔架剪切失稳临界应力值，τ_xθ,Rd为塔架剪切实际失稳临界应力值，_kχ、_kτ为无量纲参数。

2.根据权利要求1所述的风力发电机组塔架半自动设计方法，其特征在于，所述通过优化算法对全部所述法兰外径组合进行筛选，获得目标法兰外径组合，包括：

通过所述预设安全条件对全部所述法兰外径组合进行筛选，获得至少一个待匹配法兰外径组合，所述待匹配法兰外径组合对应的塔架中，每个塔架单元的安全系数都满足预设安全条件；

基于所述至少一个待匹配法兰外径组合，确定所述目标法兰外径组合，所述目标法兰外径组合为所述至少一个待匹配法兰外径组合中，对应的塔架质量最轻的待匹配法兰外径组合。

3.根据权利要求2所述的风力发电机组塔架半自动设计方法，其特征在于，通过所述预设安全条件对全部所述法兰外径组合进行筛选，包括：

判断每一个所述法兰外径组合对应的塔架中，每个塔架单元的安全系数是否满足所述预设安全条件；

若全部满足，则所述法兰外径组合为所述待匹配法兰外径组合；

若至少一个所述塔架单元的安全系数不满足，则对所述塔架单元的壁厚进行调整，直至所述塔架单元的安全系数满足所述预设安全条件。

4.根据权利要求1所述的风力发电机组塔架半自动设计方法，其特征在于，在通过优化算法对全部所述法兰外径组合进行筛选，获得目标法兰外径组合的步骤之后，包括：

判断所述疲劳损伤是否大于预定阈值；若是，则对所述目标法兰外径组合对应的塔架进行中心对齐优化，以使所述塔架的居中折减系数的值为1。

5.一种风力发电机组塔架半自动设计装置，其特征在于，包括处理器、存储器、I/O接口和总线，所述I/O接口用于与外部设备进行数据交换，存储器存储有所述处理器可执行的机器可读指令，所述处理器与所述存储器之间通过总线通信，所述处理器执行所述机器可读指令，以执行时执行如权利要求1至4任一所述的发电机组塔架半自动设计方法的步骤。