[发明专利]一种风机塔筒门框参数设计方法

说明书

本发明提供了一种风机塔筒门框参数设计方法，通过对塔筒门框有限元模型进行有限元分析；然后选取门框筋板厚度、筋板向外拉伸厚度、筋板向内拉伸厚度为设计参数，建立塔筒门框的应力目标函数；最后选取风机塔筒样本点，获取样本点对应的应力响应值，根据样本点及各应力响应值建立应力响应面函数，对应力响应面函数进行求解获取应力最优参数组。本发明从应力着手，获取使最大等效应力最小的最优参数，保证了在塔筒门框承载能力的情况下，通过设计优化使得门框结构达到最优化，节约了门框参数优化时间，提高了塔筒门框参数优化的效率，表明了门框尺寸与其应力之间的关系。

技术领域

本发明属于风力发电技术领域，特别涉及一种风机塔筒门框参数设计方法。

背景技术

我国风电事业最近几年迅速发展，并且有着良好的发展前景，由于风电机组单机容量小的特点，一般一个风电场安装的风电机组都在几十台，甚至上百台。风力发电机(简称风机)主要由叶片、齿轮箱、发电机、塔筒、基础等部分组成。塔筒作为风机的重要组成部分，其承担着风机的大部分重量并为风机运行提供足够强度、刚度等安全保障。由于门框的存在改变了塔筒原有结构，门框所在区域形状发生突变，容易出现应力集中现象，使得塔筒门框区域成为塔筒最易受到破坏的部位之一。

工程实践证明，合理的门框设计能够使得门框区域应力集中现象明显降低。目前针对塔筒门框尺寸的设计主要根据经验公式来进行，即根据塔筒门框所在区域筒壁厚度来乘以相应的系数来获取塔门的筋板厚度、塔筒径向长度等尺寸。如申请公布号为“CN102434408A”，名称为“风力发电机组塔架门洞及其设计方法”的中国发明专利申请，该专利虽然其能够快速得出一个门框尺寸，但门框及附近区域是否能够满足极限强度与疲劳强度的要求仍未知，即使满足，针对门框的优化也是通过逐渐手动调整门框尺寸等来实现的，这样优化门框尺寸费时费力，参数优化效率低，不仅不能有效找出门框最优尺寸，而且不能反映出门框尺寸和门框应力之间存在怎样的影响关系。

发明内容

本发明的目的在于提供一种风机塔筒门框参数设计方法，用于解决现有技术中风机塔筒门框参数优化效率低的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种风机塔筒门框参数设计方法，包括如下步骤；

1)建立风机塔筒门框三维模型，将所述风机塔筒门框三维模型转换为有限元模型，并施加载荷，根据所述有限元模型对塔筒进行有限元分析；

2)选取门框筋板厚度、筋板向外拉伸厚度、筋板向内拉伸厚度为设计参数，以最大等效应力最小为目标，建立塔筒门框的应力目标函数；

3)选取风机塔筒样本点，将选取的样本点代入到所述应力目标函数中得到对应的应力响应值，根据样本点及各应力响应值建立应力响应面函数，对所述应力响应面函数进行求解，获取与应力对应的最优参数组。

本发明通过对塔筒门框有限元模型进行有限元分析；然后选取门框筋板厚度、筋板向外拉伸厚度、筋板向内拉伸厚度为设计参数，建立塔筒门框的应力目标函数；最后选取风机塔筒样本点，获取样本点对应的应力响应值，根据样本点及各应力响应值建立应力响应面函数，对应力响应面函数进行求解获取应力最优参数组。本发明从应力着手，获取使最大等效应力最小的最优参数，保证了在塔筒门框承载能力的情况下，通过设计优化使得门框结构达到最优化，节约了门框参数优化时间，提高了塔筒门框参数优化的效率，表明了门框尺寸与其应力之间的关系。

为了使最终设计得到的塔筒质量最小，在对风机塔筒门框参数进行优化时，还考虑了门框质量，以门框质量最小为目标建立塔筒门框的质量目标函数，将各最优参数组代入所述质量目标函数中，确定使塔筒门框质量最小的一组最优参数。

为了清楚的表示应力、质量与设计参数之间的关系，所述应力目标函数与所述质量目标函数的表达式为：

minF(X)，minG(X)