一种风力发电机组塔筒法兰的优化设计方法

摘要

本发明属于风力发电机组技术领域，公开了一种风力发电机组塔筒法兰的优化设计方法，基于数学规划的基本理论，将环形法兰连接的力学模型简化为单段法兰连接，以塔筒法兰的结构参数为设计变量，四种塑性理论的失效模式、螺栓的扳手空间和螺栓孔边距尺寸为约束条件，建立以法兰和螺栓的总体积作为目标函数的数学规划模型，最后使用优化算法求解得到使法兰及螺栓的总体积最小的法兰连接结构。应用该方法得到质量最轻且满足法兰塑性设计四种失效模式的最优化的法兰连接结构。本方法易于编程实现，可以减少设计人员的计算量，提高设计的快速性和准确性。

主权项

一种风力发电机组塔筒法兰的优化设计方法，所述塔筒中包含环形法兰，所述环形法兰横截面为L型，所述环形法兰由多个单段法兰顺序连接而成，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤1，确定塔筒外径Dt、塔筒筒壁厚度s以及环形法兰截面中心受到的极限弯矩M，并设定螺栓的直径d；步骤2，将环形法兰内边沿到螺栓轴线的距离a、螺栓轴线到筒壁中心的距离b、环形法兰厚度t、螺栓数量n作为设计变量，构建目标函数G：$G=\pi ·({\mathrm{Dt}}^2-{\left(Dt-2·a-2·b-s\right)}^2)·\frac{t}{4}+n·d^2$其中，目标函数G表示单段法兰和螺栓的总体积，n＞0，t＞0；步骤3，根据所述塔筒外径Dt、塔筒筒壁厚度s、环形法兰截面中心受到的极限弯矩M以及螺栓数量n计算单段法兰受到的拉力；步骤4，设定求解所述目标函数的约束条件，所述约束条件包括：所述单段法兰受到的拉力小于单段法兰的抗拉承载力，装配螺栓时的扳手空间尺寸满足扳手空间设计规范，螺栓孔边距尺寸满足螺栓孔边距设计规范；步骤5，根据所述目标函数以及约束条件，建立数学规划模型，求解所述数学规划模型，得到使得所述目标函数最小的一组设计变量，以及该组设计变量对应的单段法兰和螺栓的总体积；步骤6，重新设定螺栓的直径d，并依次重复步骤2至步骤5，直到得到多组设计变量，以及多组设计变量分别对应的单段法兰和螺栓的总体积；步骤7，在多组设计变量中选取使得单段法兰和螺栓的总体积最小的一组设计变量作为单段法兰连接的结构参数。