[发明专利]一种海上风机支撑结构整体化降本优化设计方法

权利要求书

1.一种海上风机支撑结构整体化降本优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，确定机位点环境参数；

步骤2，判断所述机位点的水深和地基刚度在其所处的风场或所在分区的位置是否达到预设点位，若否，执行步骤3；若是，执行步骤4；

步骤3，根据海上风机支撑结构的施工顺序、机位点的水深以及地质条件信息，执行①更新机位点及其环境参数后返回步骤1；

步骤4，分析海上风机支撑结构当前设计中极限强度、疲劳强度、变形要求、频率要求以及径厚比和桩长是否小于设定值；若是，则执行步骤11，若否，则执行步骤5；

步骤5，判断极限强度是否为单一控制因素，若否，则执行第6步；若是，则采用②一体化载荷和/或③优化控制策略方法优化，执行第10步；

步骤6，判断疲劳强度是否为单一控制因素：若否，则执行第7步；若是，则采用②一体化载荷、③优化控制策略、④提高阻尼比、⑤阻尼器和⑥采用新型射钉工艺的方法优化，执行第10步；

步骤7，判断变形要求是否为单一控制因素：若否，则执行第8步；若是，则采用②一体化载荷、③优化控制策略以及⑦泥面累积变形算法进行优化，执行第10步；

步骤8，判断频率要求是否为单一控制因素：若否，则执行第9步；若是，则采用⑧大直径桩土效应、⑨调整塔架构型、⑩调整塔架、基础直径和根开、放开频率范围至1P和3P控制以及地勘参数精细化处理的方法进行优化，执行第10步；

步骤9，判断径厚比和桩长是否为控制因素：若否，则执行第11步；若是，则通过增大径厚比和缩短桩长的方法进行优化，执行第10步；

步骤10，进行载荷-控制-塔架-基础整体化设计；

步骤11，得到设计结果，设计结束。

2.根据权利要求1所述的海上风机支撑结构整体化降本优化设计方法，其特征在于，第10步所述载荷-控制-塔架-基础迭代设计流程，包括以下步骤：

S1，根据塔架构型、塔底和单桩直径预估载荷；

S2，给出塔架和基础的初始设计，包含分段、直径、壁厚以及对齐方式，所述对齐方式为外径对齐、内径对齐或中径对齐；

S3，使用Bladed进行一体化建模并进行一体化载荷计算；

S4，同步进行塔架结构设计优化和基础结构设计优化；

S5，检查是否满足收敛准则，收敛准则主要包括：机组适应性，包括叶片、主轴承、变桨轴承、偏航轴承、发电机以及底座的极限和疲劳强度；相邻两次所得支撑结构频率差是否在1％以内，相邻两次所得支撑结构质量差异是否在1％以内；

S6，如果满足收敛准则，则迭代设计结束；如果不满足，则对控制策略、塔架和基础结构进行整体优化设计，并把优化后的结果返回S3，优化列式如下：

find:[x₁,x₂,x₃...]

min:m_{塔架+单桩}

subject to:SRF_1，2,3,4,5≥1

min(SRF₆(θ))≥1

Q_E≤Q_d

UC≤1

Damage≤1

Δ_θ≤0.25°

其中，[x₁,x₂,x₃...]为塔架壁厚、单桩壁厚、偏航、变桨及转矩控制策略参数；m_{塔架+单桩}为塔架和单桩的总质量；

S7，迭代设计结束，输出响应值，所述响应值包括塔架质量、单桩质量、频率、塔底极限和疲劳载荷。

3.根据权利要求2所述的海上风机支撑结构整体化降本优化设计方法，其特征在于，使用Bladed进行一体化建模并进行一体化载荷计算时，一体化建模时包括环境条件输入和支撑结构模型搭建两方面，其中，环境条件输入包括风资源参数、海洋水文参数、工程地质参数及其他特殊工况，特殊工况包括海冰、地震或台风；支撑结构模型包括机头、塔架以及基础，其中，基础包括泥面以下部分。

4.根据权利要求1所述的海上风机支撑结构整体化降本优化设计方法，其特征在于，所述优化方法中：①更新机位点及其环境参数、③优化控制策略以及⑨调整塔架构型的措施适用于所有海上风机。