[发明专利]一种双风轮风机塔筒优化设计方法及系统

权利要求书

1.一种双风轮风机塔筒优化设计方法，其特征在于，包括：

获取双风轮风机塔筒的底部直径、顶部直径和壁厚；所述双风轮风机塔筒的结构为锥形钢筒结构；

根据所述底部直径、所述顶部直径和所述壁厚构建所述双风轮风机塔筒质量的优化函数；

根据所述双风轮风机塔筒的应力信息、频率信息和边界信息确定约束条件；

根据所述约束条件，基于粒子群算法对所述优化函数进行优化，得到优化后的双风轮风机塔筒质量。

2.根据权利要求1所述的双风轮风机塔筒优化设计方法，其特征在于，所述根据所述底部直径、所述顶部直径和所述壁厚构建所述双风轮风机塔筒质量的优化函数，包括：

获取所述双风轮风机塔筒的密度和高度；

根据所述底部直径、所述顶部直径、所述壁厚和所述高度计算所述双风轮风机塔筒的体积；

根据所述密度和所述体积构建所述双风轮风机塔筒质量的优化函数。

3.根据权利要求2所述的双风轮风机塔筒优化设计方法，其特征在于，所述优化函数的计算公式为：

其中，ρ为所述密度，D为所述底部直径，d为所述顶部直径，δ为所述壁厚，H为所述高度，f_min为所述优化函数。

4.根据权利要求2所述的双风轮风机塔筒优化设计方法，其特征在于，根据所述双风轮风机塔筒的应力信息、频率信息和边界信息确定约束条件，包括：

根据所述应力信息和所述高度计算塔筒最大应力；

根据所述塔筒最大应力和预设材料屈服应力构建强度约束条件；

根据所述频率信息和所述高度构建固有频率约束条件；

根据所述边界信息构建所述边界约束条件；所述约束条件包括强度约束条件、所述固有频率约束条件和所述边界约束条件。

5.根据权利要求4所述的双风轮风机塔筒优化设计方法，其特征在于，所述塔筒最大应力的计算公式为：

σ_max为所述塔筒最大应力，F_as为主风轮所受气动推力；F_ts为塔筒所受风压力；h为主叶轮中心到塔筒顶部距离；H为所述高度；A为塔筒根部截面积；G₁为机头重力；G₂为塔筒重力；ψ为锥形塔筒的长度折减系数。

6.根据权利要求5所述的双风轮风机塔筒优化设计方法，其特征在于，所述强度约束条件的公式为：

g₁(x)＝σ_max-[σ]≤0

g₁(x)为所述强度约束条件，[σ]为材料的屈服应力。

7.根据权利要求4所述的双风轮风机塔筒优化设计方法，其特征在于，所述固有频率约束条件的公式为：

g₂(x)＝(1+10％)f_n-f≤0

g₃(x)＝f-3(1-10％)f_n≤0

其中，g₂(x)、g₃(x)均为所述固有频率约束条件；f为塔筒的一阶弯曲振动固有频率；f_n为主风轮旋转频率；所述一阶弯曲振动固有频率的计算公式为：

其中，E为塔筒材料弹性模量；I为截面惯性矩；H为所述高度；m₁为机头质量；m₂为塔筒质量。