[发明专利]一种风电机组塔筒及其加工方法

说明书

本发明提供一种风电机组塔筒及其加工方法，风电机组塔筒，筒壁内侧面上设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网状结构；根据设计尺寸切割钢板；在所述钢板上焊接横向加筋和斜向加筋，焊脚处做凸形或凹形角焊缝处理；将焊完加筋后的钢板卷制成圆筒，并释放焊接应力和变形应力采用本发明的风电机组塔筒，可以改善塔架的屈曲力学特性，在满足屈曲强度的前提下减小塔架重量，从而达到减小塔底载荷，为整个支撑结构减重的目的，此外，通过本发明提出的一种风电机组塔筒加筋结构，还可以有效减小塔架在横卧放置阶段的变形。

技术领域

本发明属于风力发电钢制塔架设计技术领域，具体涉及一种风电机组塔筒及其加工方法。

背景技术

伴随风电机组容量的总打和叶片直径的正常，风电塔架的直径和高度也越来越大，成型工艺与结构细节越来越复杂。风电塔架的重量根据实际项目情况，一般在200-500吨左右，占到风电机组总成本的5％左右。由于当前国内政策对风电平价上网的要求，因此对塔架结构优化设计的精细程度、对新型轻质结构研究提出了更高的要求。

在筒壳结构的设计中普遍采用光筒壳这种结构形式，后在实际应用中发现其对初始缺陷非常敏感，导致结构承载力发生较大折减，难以满足实际承载需求。在航天运载火箭的技术发展中，为了提高筒壳结构的承载能力和抗缺陷能力，设计师提出了加筋筒壳结构形式，其由蒙皮和筋条组成，筋条结构有效提高了筒壳结构的弯曲刚度，进而提高了筒壳结构的承载能力和抗缺陷能力越来越复杂。弹箭体结构中的加筋薄壳一般采用铝合金材料，通常采用化学铣切或机械铣切方式制造。随着复合材料的兴起，国外的弹箭体关键部段已采用了复合材料加筋薄壳结构。

加筋筒壳结构还未广泛用于风电塔架的产业化设计制造中。航天弹箭体结构的破坏模式一般只需要考虑极限强度和屈曲强度，而风电塔架的破坏模式分为极限强度、屈曲强度和疲劳强度。对于轮毂中心高度在100m以内的陆上风机塔架，对于水深在20m、轮毂中心高度在90m以内的海上风机塔架，一般都是由屈曲强度控制的。

在塔架设计中，在塔架分段、直径、材料和加工工艺确定后，屈曲强度一般由塔架的壁厚决定。塔架的壁厚直接影响塔底的载荷大小和塔架的重量，从而影响基础设计的工程量。尤其对于海上风机支撑结构，基础的造价一般是塔架的5倍以上。因此，通过优化塔筒壁厚和重量来减小塔底载荷对整个支撑结构造价十分有必要。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种风电机组塔筒及其加工方法，对于由屈曲强度控制的风机塔架结构，设计一种加筋结构，用以在满足屈曲强度的前提下减小塔架重量，从而达到减小塔底载荷，为整个支撑结构减重的目的。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是，一种风电机组塔筒，筒壁内侧面上设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网状结构。

第一加筋平行于塔筒轴线，第二加筋垂直与塔筒轴线。

壁厚t、第一加筋平行于塔筒轴线，第二加筋的宽度f、高度h、相邻两根第一加筋的间距l以及相邻两根第二加筋的间距w满足：

find:f,h,t,l,w

minimize:mass_tower

subject to:SRF_buckling≥1

f,h,t,l,w＞0

其中，mass_tower为塔架的质量，SRF_buckling为屈曲强度的安全裕度。

第一加筋和第二加筋与塔筒轴线均有一夹角，筒壁内侧面上还设置有与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间的夹角为α。

第三加筋为横向，第三加筋垂直于塔筒轴线；第三加筋与第一加筋和第二加筋所形成一系列平行四边形的边相交。