[发明专利]一种双风轮风机塔筒优化设计方法及系统

说明书

本发明涉及一种双风轮风机塔筒优化设计方法及系统，以实际塔筒模型为依托，确定了塔筒优化设计的设计变量、目标函数以及约束条件，建立了塔筒优化模型，提出了一种基于粒子群算的塔筒优化设计方法。相对于传统的塔筒设计方案，能够在保证塔筒满足安全稳定运行的基础上，有效减轻塔筒的质量，降低风机机组的整体制造成本，从而提升市场竞争力。

技术领域

本发明涉及塔筒优化技术领域，特别是涉及一种双风轮风机塔筒优化设计方法及系统。

背景技术

塔筒是双风轮风电机组的关键组成部件。塔筒的功能是支撑位于空中的风力发电系统，塔筒与基础相连接，承受风力发电系统运行引起的各种载荷，同时传递这些载荷到基础，使整个风力发电机组能稳定可靠的运行。

双风轮风机塔筒的质量和制造成本密切相关，根据统计结果，塔筒的质量约占风机总质量的50％，塔筒的制造成本约占双风轮风机总成本的15％～20％。目前的双风轮风机市场竞争压力大，需要降低整体的制造成本来提高企业竞争力，可以通过对塔筒进行优化设计来减轻塔筒的质量，从而降低其制造成本。

现有技术中提出了基于ANSYS软件的风机塔筒优化设计方法，具有较好的优化效果，但是优化效率较低。现有技术中还提出了一种基于随机方向法的风机塔筒，有机结合解析法和数值近似解法，优化过程不需要使用有限元分析软件，优化过程简单，但设计变量的初始值选择对优化结果影响大，容易陷入局部寻优。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种双风轮风机塔筒优化设计方法及系统。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种双风轮风机塔筒优化设计方法，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。

优选地，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。

优选地，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。

优选地，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。

优选地，所述塔筒最大应力的计算公式为：