[发明专利]基于频率控制的风电机组双曲线型塔筒设计方法及塔筒

权利要求书

1.一种基于频率控制的风电机组双曲线型塔筒设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

确定所述双曲线形塔筒总高度、壁厚和最大直径；

初始化多组双曲线焦点和半实轴长，在塔筒底、顶部法兰直径及塔筒高度壁厚限制的条件下，以频率和强度要求为约束条件，基于粒子群多目标优化方法进行寻优，获取双曲线焦点和半实轴长的最优解；

设定塔筒的筒节数目，基于所述最优解和筒节数目得到每个筒节的尺寸；

所述粒子群多目标优化方法具体包括：

(1)初始化多组双曲线焦点和半实轴长的粒子群，并设定所述焦点和半实轴长的位置范围和速度范围；

(2)对于每组焦点和半实轴长粒子解，计算相应的塔筒固有频率和强度参数，判断是否满足频率和强度约束条件，若均满足，则以强度裕量最大的粒子解作为最优解；若存在一个或一个以上塔筒固有频率或强度参数不满足所述约束条件，则以最接近约束条件的粒子作为优化解；

(3)判断是否达到最大迭代次数，若否，根据优化解更新粒子位置和速度，返回步骤(2)；若是，选择可行粒子解中强度裕量最大的粒子作为最优解。

2.如权利要求1所述的一种基于频率控制的风电机组双曲线型塔筒设计方法，其特征在于，频率约束条件包括：

或

或

其中f_R为正常运行时风轮最大转频，f_R,m为m个叶片的跃迁频率，f_0,n为塔筒的第n个固有频率。

3.如权利要求1所述的一种基于频率控制的风电机组双曲线型塔筒设计方法，其特征在于，强度约束条件包括：焊缝极限强度约束、焊缝疲劳强度约束和筒体的屈曲约束。

4.如权利要求1所述的一种基于频率控制的风电机组双曲线型塔筒设计方法，其特征在于，基于所述最优解和筒节数目得到每个筒节的尺寸包括：

根据所述最优解和塔筒的总高度得到双曲线塔筒的整体外形；

基于筒节数目对整体外形进行划分，得到每个筒节的上下开口直径尺寸，结合壁厚即得到每个筒节的外形；每个筒节的上下开口直径满足公式：

其中，D和L分别表示塔筒截面直径和相应的塔筒高度，a为半实轴长，b为半虚轴长。

5.如权利要求1所述的一种基于频率控制的风电机组双曲线型塔筒设计方法，其特征在于，所述方法还根据筒节的上下开口直径尺寸获取连接各节塔筒的法兰尺寸。

6.如权利要求1所述的一种基于频率控制的风电机组双曲线型塔筒设计方法，其特征在于，所述筒节数目n满足：3≤n≤6。

7.一种风电机组双曲线型塔筒，其特征在于，包括通过法兰依次连接的多个筒节，每个所述筒节的上下开口直径尺寸和法兰尺寸通过权利要求1-6任一项设计方法得到。

8.如权利要求7所述的一种风电机组双曲线型塔筒，其特征在于，所述筒节由钢板卷制后焊接而成。

9.如权利要求7所述的一种风电机组双曲线型塔筒，其特征在于，所述法兰采用L型或T型结构，设有均匀分布的通孔，用于安装连接两节塔筒的螺栓。