风力发电机组钢制筒形塔架设计方法、装置、设备及介质

摘要

本发明公开了风力发电机组钢制筒形塔架设计方法、装置、设备及介质。该方法包括：根据塔架设计指令和预设的参数库确定风力发电机组钢制筒形塔架主体的几何参数后，调整塔架的壁厚符合塔架技术要求；利用预设的参数库和/或预设的模板库确定塔架的门洞的几何参数，根据预设的规范库改变门洞的门框伸出塔架长度以满足门洞技术要求；利用预设的参数库和/或预设的模板库确定塔架的法兰的几何参数，根据预设的规范库改变法兰的螺栓规格和/或法兰的厚度以达到法兰技术要求；确定风力发电机组钢制筒形塔架。采用本发明实施例的方案，能够缩短塔架研发周期的同时能够提高塔架设计效率。

权利要求

1.一种风力发电机组钢制筒形塔架设计方法，其特征在于，所述方法包括：

根据塔架设计指令和预设的参数库确定风力发电机组钢制筒形塔架主体的几何参数后，调整所述塔架的壁厚符合塔架技术要求，所述参数库存储有塔架主体的几何参数、门洞的几何参数和法兰的几何参数，所述塔架技术要求包括塔架主体所受的等效应力要求、塔架主体累积损伤要求和塔架主体屈曲值要求；

基于符合塔架技术要求的所述塔架的壁厚，利用所述预设的参数库和/或预设的模板库确定所述塔架的门洞的几何参数，根据预设的规范库改变所述门洞的门框伸出塔架长度以满足门洞技术要求，所述模板库存储有塔架的各组成部分的参数信息，所述规范库中存储有所述塔架技术要求、所述门洞技术要求和法兰技术要求，所述门洞技术要求包括：门洞所受的等效应力要求、门洞累积损伤要求和门洞综合屈曲值要求；

基于符合塔架技术要求的所述塔架的壁厚，利用所述预设的参数库和/或所述预设的模板库确定所述塔架的法兰的几何参数，根据所述预设的规范库改变所述法兰的螺栓规格和/或所述法兰的厚度以达到所述法兰技术要求，所述法兰技术要求包括：塔架法兰安全裕度要求和法兰连接螺栓累积损伤要求；

根据满足塔架技术要求的所述塔架的壁厚、满足门洞技术要求的所述门框伸出塔架长度和达到法兰技术要求的所述螺栓规格和所述法兰的厚度，确定风力发电机组钢制筒形塔架。

2.根据权利要求1所述风力发电机组钢制筒形塔架设计方法，其特征在于，所述塔架设计指令包括塔架主体高度信息和塔架主体外径信息；

所述根据塔架设计指令和预设的参数库确定风力发电机组钢制筒形塔架主体的几何参数后，调整所述塔架的壁厚符合塔架技术要求，包括：依据预设的参数库确定塔架主体的多个塔筒段长度和塔架的壁厚的初始值；

基于所述塔架的主体高度信息、所述塔架的主体外径信息、所述塔架主体的多个塔筒段长度和所述塔架的壁厚的初始值，确定风力发电机组钢制筒形塔架主体的几何参数后，按照预设的壁厚步长调整所述塔架的壁厚符合塔架技术要求。

3.根据权利要求1所述风力发电机组钢制筒形塔架设计方法，其特征在于，所述基于符合塔架技术要求的所述塔架的壁厚，利用所述预设的参数库和/或所述预设的模板库确定所述塔架的法兰的几何参数，根据所述预设的规范库改变所述法兰的螺栓规格和/或所述法兰的厚度以达到法兰技术要求，包括：基于符合塔架技术要求的所述塔架的壁厚，利用所述预设的参数库和/或所述预设的模板库确定所述塔架的法兰的几何参数，所述塔架的法兰的几何参数包括法兰的厚度初始值和螺栓规格初始值；

根据所述预设的规范库和所述螺栓规格初始值调整所述螺栓规格确定所述螺栓规格满足法兰技术要求。

4.根据权利要求1所述风力发电机组钢制筒形塔架设计方法，其特征在于，所述基于符合塔架技术要求的所述塔架的壁厚，利用所述预设的参数库和/或所述预设的模板库确定所述塔架的法兰的几何参数，根据所述预设的规范库改变所述法兰的螺栓规格和/或所述法兰的厚度以达到法兰技术要求，包括：基于符合塔架技术要求的所述塔架的壁厚，以及所述预设的规范库确定所述预设的参数库和/或所述预设的模板库中所述法兰的螺栓规格阈值不能满足法兰技术要求；

利用所述预设的参数库和/或所述预设的模板库调整所述法兰的厚度，确定所述法兰的厚度满足法兰技术要求。

5.根据权利要求1所述风力发电机组钢制筒形塔架设计方法，其特征在于，所述塔架技术要求包括：塔架主体所受的等效应力要求、塔架主体累积损伤要求和塔架主体屈曲值要求。

6.根据权利要求1所述风力发电机组钢制筒形塔架设计方法，其特征在于，所述门洞技术要求包括：门洞所受的等效应力要求、门洞累积损伤要求和门洞综合屈曲值要求。

7.根据权利要求1所述风力发电机组钢制筒形塔架设计方法，其特征在于，所述法兰技术要求包括：塔架法兰安全裕度要求和法兰连接螺栓累积损伤要求。

8.一种风力发电机组钢制筒形塔架设计装置，其特征在于，所述装置包括：

第一调整模块，用于根据塔架设计指令和预设的参数库确定风力发电机组钢制筒形塔架主体的几何参数后，调整所述塔架的壁厚符合塔架技术要求，所述参数库存储有塔架主体的几何参数、门洞的几何参数和法兰的几何参数，所述塔架技术要求包括塔架主体所受的等效应力要求、塔架主体累积损伤要求和塔架主体屈曲值要求；

第二调整模块，用于基于符合塔架技术要求的所述塔架的壁厚，利用所述预设的参数库和/或预设的模板库确定所述塔架的门洞的几何参数，根据预设的规范库改变所述门洞的门框伸出塔架长度以满足门洞技术要求，所述模板库存储有塔架的各组成部分的参数信息，所述规范库中存储有所述塔架技术要求、所述门洞技术要求和法兰技术要求，所述门洞技术要求包括：门洞所受的等效应力要求、门洞累积损伤要求和门洞综合屈曲值要求；

第三调整模块，用于基于符合塔架技术要求的所述塔架的壁厚，利用所述预设的参数库和/或所述预设的模板库确定所述塔架的法兰的几何参数，根据所述预设的规范库改变所述法兰的螺栓规格和/或所述法兰的厚度以达到法兰技术要求，所述法兰技术要求包括：塔架法兰安全裕度要求和法兰连接螺栓累积损伤要求；

确定模块，用于根据满足塔架技术要求的所述塔架的壁厚、满足门洞技术要求的所述门框伸出塔架长度和达到法兰技术要求的所述螺栓规格和所述法兰的厚度，确定风力发电机组钢制筒形塔架。

9.根据权利要求8所述风力发电机组钢制筒形塔架设计装置，其特征在于，所述塔架设计指令包括塔架主体高度信息和塔架主体外径信息；所述第一调整模块，包括：第一确定子模块，用于依据预设的参数库确定塔架主体的多个塔筒段长度和塔架的壁厚的初始值；

第一调整子模块，用于基于所述塔架的主体高度信息、所述塔架的主体外径信息、所述塔架主体的多个塔筒段长度和所述塔架的壁厚的初始值，确定风力发电机组钢制筒形塔架主体的几何参数后，按照预设的壁厚步长调整所述塔架的壁厚符合塔架技术要求。

10.根据权利要求8所述风力发电机组钢制筒形塔架设计装置，其特征在于，所述第三调整模块，包括：第二确定子模块，用于基于符合塔架技术要求的所述塔架的壁厚，利用所述预设的参数库和/或所述预设的模板库确定所述塔架的法兰的几何参数，所述塔架的法兰的几何参数包括法兰的厚度初始值和螺栓规格初始值；

第二调整子模块，用于根据所述预设的规范库和所述螺栓规格初始值调整所述螺栓规格确定所述螺栓规格满足法兰技术要求。

11.根据权利要求8所述风力发电机组钢制筒形塔架设计装置，其特征在于，所述第三调整模块，包括：第三确定子模块，用于基于符合塔架技术要求的所述塔架的壁厚，以及所述预设的规范库确定所述预设的参数库和/或所述预设的模板库中所述法兰的螺栓规格阈值不能满足法兰技术要求；

第三调整子模块，用于利用所述预设的参数库和/或所述预设的模板库调整所述法兰的厚度，确定所述法兰的厚度满足法兰技术要求。

12.根据权利要求8所述风力发电机组钢制筒形塔架设计装置，其特征在于，所述塔架技术要求包括：塔架主体所受的等效应力要求、塔架主体累积损伤要求和塔架主体屈曲值要求。

13.根据权利要求8所述风力发电机组钢制筒形塔架设计装置，其特征在于，所述门洞技术要求包括：门洞所受的等效应力要求、门洞累积损伤要求和门洞综合屈曲值要求。

14.根据权利要求8所述风力发电机组钢制筒形塔架设计装置，其特征在于，所述法兰技术要求包括：塔架法兰安全裕度要求和法兰连接螺栓累积损伤要求。

15.一种风力发电机组钢制筒形塔架设计设备，其特征在于，所述设备包括：

存储器，用于存储程序；

处理器，用于运行所述存储器中存储的所述程序，以执行如权利要求1-7任一项权利要求所述的方法。

16.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，其特征在于，当所述计算机程序指令被处理器执行时实现如权利要求1-7任一项权利要求所述的方法。

说明书

风力发电机组钢制筒形塔架设计方法、装置、设备及介质

技术领域

[0001] 本发明涉及风力发电领域，尤其涉及一种风力发电机组钢制筒形塔架设计方法、装置、设备及介质。

背景技术

[0002] 风力发电机组钢制筒形塔架是风电机组的主支撑部件，其顶端支撑着轮毂总成、发电机和底座等关键部件。风力发电机组钢制筒形塔架，以下简称为塔架，塔架的重量约占风电机组总重量的50％，其成本约占风电机组制造成本的15％-20％。

[0003] 在塔架生命周期过程中，需要承受机舱的重量、风力的作用以及风电系统运行引起的各种载荷，而不会发生强度破坏、疲劳破坏和倾覆，因而需要考塔架组成部件的静强度、疲劳损伤和屈曲。

[0004] 近年来，以往使用预先开发的标准塔架无法满足实际需求，需要定制设计塔架。

[0005] 目前传统塔架的设计人为割裂了不同设计内容之间的联系，这样必然导致在设计过程中存在大量反复性的修改，因此存在研发周期较长的技术问题。

发明内容

[0006] 本发明实施例提供了一种风力发电机组钢制筒形塔架设计方法、装置、设备及介质，能够缩短塔架研发周期的同时能够提高塔架设计效率。

[0007] 本发明实施例提供了一种风力发电机组钢制筒形塔架设计方法，包括：

[0008] 根据塔架设计指令和预设的参数库确定风力发电机组钢制筒形塔架主体的几何参数后，调整所述塔架的壁厚符合塔架技术要求；

[0009] 基于符合塔架技术要求的所述塔架的壁厚，利用所述预设的参数库和/或预设的模板库确定所述塔架的门洞的几何参数，根据预设的规范库改变所述门洞的门框伸出塔架长度以满足门洞技术要求；

[0010] 基于符合塔架技术要求的所述塔架的壁厚，利用所述预设的参数库和/或所述预设的模板库确定所述塔架的法兰的几何参数，根据所述预设的规范库改变所述法兰的螺栓规格和/或所述法兰的厚度以达到法兰技术要求；

[0011] 根据满足塔架技术要求的所述塔架的壁厚、满足门洞技术要求的所述门框伸出塔架长度和达到法兰技术要求的所述螺栓规格和所述法兰的厚度，确定风力发电机组钢制筒形塔架。

[0012] 根据本发明实施例的一方面，所述塔架设计指令包括塔架主体高度信息和塔架主体外径信息。所述根据塔架设计指令和预设的参数库确定风力发电机组钢制筒形塔架主体的几何参数后，调整所述塔架的壁厚符合塔架技术要求，包括：

[0013] 依据预设的参数库确定塔架主体的多个塔筒段长度和塔架的壁厚的初始值；

[0014] 基于所述塔架的主体高度信息、所述塔架的主体外径信息、所述塔架主体的多个塔筒段长度和所述塔架的壁厚的初始值，确定风力发电机组钢制筒形塔架主体的几何参数后，按照预设的壁厚步长调整所述塔架的壁厚符合塔架技术要求。

[0015] 根据本发明实施例的一方面，所述基于符合塔架技术要求的所述塔架的壁厚，利用所述预设的参数库和/或所述预设的模板库确定所述塔架的法兰的几何参数，根据所述预设的规范库改变所述法兰的螺栓规格和/或所述法兰的厚度以达到法兰技术要求，包括：

[0016] 基于符合塔架技术要求的所述塔架的壁厚，利用所述预设的参数库和/或所述预设的模板库确定所述塔架的法兰的几何参数，所述塔架的法兰的几何参数包括法兰的厚度初始值和螺栓规格初始值；

[0017] 根据所述预设的规范库和所述螺栓规格初始值调整所述螺栓规格确定所述螺栓规格满足法兰技术要求。

[0018] 根据本发明实施例的一方面，所述基于符合塔架技术要求的所述塔架的壁厚，利用所述预设的参数库和/或所述预设的模板库确定所述塔架的法兰的几何参数，根据所述预设的规范库改变所述法兰的螺栓规格和/或所述法兰的厚度以达到法兰技术要求，包括：

[0019] 基于符合塔架技术要求的所述塔架的壁厚，以及所述预设的规范库确定所述预设的参数库和/或所述预设的模板库中所述法兰的螺栓规格阈值不能满足法兰技术要求；

[0020] 利用所述预设的参数库和/或所述预设的模板库调整所述法兰的厚度，确定所述法兰的厚度满足法兰技术要求。

[0021] 根据本发明实施例的一方面，所述塔架技术要求包括：塔架主体所受的等效应力要求、塔架主体累积损伤要求和塔架主体屈曲值要求。

[0022] 根据本发明实施例的一方面，所述门洞技术要求包括：门洞所受的等效应力要求、门洞累积损伤要求和门洞综合屈曲值要求。

[0023] 根据本发明实施例的一方面，所述法兰技术要求包括：塔架法兰安全裕度要求和法兰连接螺栓累积损伤要求。

[0024] 本发明实施例提供了一种风力发电机组钢制筒形塔架设计装置，包括：

[0025] 第一调整模块，用于根据塔架设计指令和预设的参数库确定风力发电机组钢制筒形塔架主体的几何参数后，调整所述塔架的壁厚符合塔架技术要求；

[0026] 第二调整模块，用于基于符合塔架技术要求的所述塔架的壁厚，利用所述预设的参数库和/或预设的模板库确定所述塔架的门洞的几何参数，根据预设的规范库改变所述门洞的门框伸出塔架长度以满足门洞技术要求；

[0027] 第三调整模块，用于基于符合塔架技术要求的所述塔架的壁厚，利用所述预设的参数库和/或所述预设的模板库确定所述塔架的法兰的几何参数，根据所述预设的规范库改变所述法兰的螺栓规格和/或所述法兰的厚度以达到法兰技术要求；

[0028] 确定模块，用于根据满足塔架技术要求的所述塔架的壁厚、满足门洞技术要求的所述门框伸出塔架长度和达到法兰技术要求的所述螺栓规格和所述法兰的厚度，确定风力发电机组钢制筒形塔架。

[0029] 根据本发明实施例的一方面，所述塔架设计指令包括塔架主体高度信息和塔架主体外径信息；所述第一调整模块，包括：

[0030] 第一确定子模块，用于依据预设的参数库确定塔架主体的多个塔筒段长度和塔架的壁厚的初始值；

[0031] 第一调整子模块，用于基于所述塔架的主体高度信息、所述塔架的主体外径信息、所述塔架主体的多个塔筒段长度和所述塔架的壁厚的初始值，确定风力发电机组钢制筒形塔架主体的几何参数后，按照预设的壁厚步长调整所述塔架的壁厚符合塔架技术要求。

[0032] 根据本发明实施例的一方面，所述第三调整模块，包括：

[0033] 第二确定子模块，用于基于符合塔架技术要求的所述塔架的壁厚，利用所述预设的参数库和/或所述预设的模板库确定所述塔架的法兰的几何参数，所述塔架的法兰的几何参数包括法兰的厚度初始值和螺栓规格初始值；

[0034] 第二调整子模块，用于根据所述预设的规范库和所述螺栓规格初始值调整所述螺栓规格确定所述螺栓规格满足法兰技术要求。

[0035] 根据本发明实施例的一方面，所述第三调整模块，包括：

[0036] 第三确定子模块，用于基于符合塔架技术要求的所述塔架的壁厚，以及所述预设的规范库确定所述预设的参数库和/或所述预设的模板库中所述法兰的螺栓规格阈值不能满足法兰技术要求；

[0037] 第三调整子模块，用于利用所述预设的参数库和/或所述预设的模板库调整所述法兰的厚度，确定所述法兰的厚度满足法兰技术要求。

[0038] 根据本发明实施例的一方面，所述塔架技术要求包括：塔架主体所受的等效应力要求、塔架主体累积损伤要求和塔架主体屈曲值要求。

[0039] 根据本发明实施例的一方面，所述门洞技术要求包括：门洞所受的等效应力要求、门洞累积损伤要求和门洞综合屈曲值要求。

[0040] 根据本发明实施例的一方面，所述法兰技术要求包括：塔架法兰安全裕度要求和法兰连接螺栓累积损伤要求。

[0041] 本发明实施例提供了一种风力发电机组钢制筒塔架设计设备，包括：

[0042] 存储器，用于存储程序；

[0043] 处理器，用于运行所述存储器中存储的所述程序，以执行本发明实施例提供的风力发电机组钢制筒形塔架设计方法。

[0044] 本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，其特征在于，当所述计算机程序指令被处理器执行时实现本发明实施例提供的风力发电机组钢制筒形塔架设计方法。

[0045] 从上述技术方案中可以看出，本发明实施例的风力发电机组钢制筒形塔架设计方法、装置、设备及介质，能够利用预设的参数库和/或预设的模板库确定门洞的几何参数和法兰的几何参数，提高了塔架设计效率。根据本发明实施例的风力发电机组钢制筒形塔架设计方法、装置、设备及介质，能够缩短塔架研发周期的同时能够提高塔架设计效率，满足各种技术要求且成本最低。

附图说明

[0046] 从下面结合附图对本发明的具体实施方式的描述中可以更好地理解本发明其中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的特征。

[0047] 图1是本发明实施例中风力发电机组钢制筒形塔架设计流程示意图；

[0048] 图2是本发明实施例中风力发电机组钢制筒形塔架设计方法流程示意图；

[0049] 图3是图3是本发明实施例中风力发电机组钢制筒形塔架设计装置的结构示意图；

[0050] 图4是本发明实施例的风力发电机组钢制筒形塔架设计设备的示例性硬件架构的结构图。

具体实施方式

[0051] 为使本发明的目的、技术方案和优点表达得更加清楚明白，下面结合附图及具体实施例对本发明再作进一步详细的说明。

[0052] 一般情况下，塔架的组成部分包括：塔架主体、门洞和法兰，因此塔架的设计主要包括塔架主体的设计、门洞的设计和法兰的设计。人工设计塔架的过程中需要同时跨越多个部门分别设计塔架主体、门洞和法兰，整个研发过程中耗费了大量的人力，且研发周期较长。因此，需要一种缩短塔架研发周期的同时能够提高塔架设计效率的塔架设计方法。

[0053] 参见图1是本发明实施例中风力发电机组钢制筒形塔架设计流程示意图。如图1所示，本发明实施例中风力发电机组钢制筒形塔架设计流程示意图，包括：数据存储层、应用服务层和用户界面层。

[0054] 下面依次介绍数据存储层、应用服务层和用户界面层。

[0055] 数据存储层，用于存储塔架设计过程所需的各种数据，主要包括：参数库、规范库、模板库和实例库。

[0056] 其中，参数库中存储了塔架设计过程中的各种参数。作一个示例，参数库中存储了塔架主体的几何参数、门洞的几何参数、法兰的几何参数和各种工程材料参数。作一个示例，参数库中存储的法兰的几何参数可以包括：法兰扇区弧段长度、法兰外直径、法兰内表面到螺栓中心的距离、法兰处筒壁厚度和法兰的厚度。作一个具体的示例，参数库中的法兰的厚度可以为塔架设计中常用到的几个法兰厚度，或参数库中的法兰的厚度可以为一个等差数列，数列两端的值分别为法兰的厚度的最小值和法兰的厚度的最大值，数列的步长为一固定值。

[0057] 规范库中存储了塔架设计过程中各种装配约束条件。作一个示例，规范库中存储了塔架技术要求、门洞技术要求和法兰技术要求。作一个具体的示例，塔架技术要求中包括了塔架主体所受的等效应力要求，规范库中塔架主体所受的等效应力要求中包括了塔架主体所受的等效应力的计算表达式和塔架主体所受的等效应力阈值。

[0058] 模板库中存储了塔架设计过程中各种模板文件。作一个示例，模板库中存储了塔架的各组成部分的三维模型和塔架的骨架模型，其中组成部分的三维模型包括了组成部分的参数信息和组成部分的轮廓信息。作一个示例，塔架设计过程中常用的门洞只有3种～4种，可以将该3种～4种常用的门洞的三维模型保存于模板库中。塔架的设计过程中需要设计门洞时，可以直接从模块库中直接调用门洞的三维模型。

[0059] 示例库中存储了多种典型塔架的示例。示例库中一个典型塔架的示例包含了该典型塔架的所有数据，其中，典型塔架的所有数据包括了塔架设计过程中所有需要考虑的数据，且典型的塔架满足规范库中存储的约束条件。作一个示例，当需要利用本发明实施例的风力发电机组钢制筒形塔架设计系统设计一个典型的塔架时，若确定示例库中存储了该典型的塔架的所有数据，可以直接在示例库中调用该典型的塔架的所有数据。

[0060] 应用服务层，用于通过数据访问接口访问数据服务层，并利用数据服务层中的各种数据进行塔架的快速设计，包括：塔架配置模块、分析计算模块和参数化设计模块。

[0061] 在塔架设计过程中，塔架配置模块通过调用数据存储层的参数库和/或模板库对塔架的各项几何参数进行配置。作一个示例，塔架配置模块需要对塔架主体、门洞和法兰进行参数配置。

[0062] 分析计算模块用于分析塔架的各组成部分是否满足规范库中装配约束条件。

[0063] 参数化设计模块，用于当确定塔架的一组成部分不满足装配约束条件时，改变该组成部分的参数，并将改变后的参数再次输入分析计算模块。

[0064] 用户界面层，用于实现用户和本发明实施例的风力发电机组钢制筒形塔架设计流程的交互。

[0065] 基于本发明实施例提供的风力发电机组钢制筒形塔架设计流程示意图，本发明实施例提供了一种风力发电机组钢制筒形塔架设计方法。

[0066] 参见图2是本发明实施例中风力发电机组钢制筒形塔架设计方法流程示意图。如图2所示，本发明实施例中风力发电机组钢制筒形塔架设计方法200具体包括以下步骤：

[0067] S210，根据塔架设计指令和预设的参数库确定风力发电机组钢制筒形塔架主体的几何参数后，调整塔架的壁厚符合塔架技术要求。

[0068] 在本发明的一些实施例中，塔架设计指令包括塔架主体高度信息和塔架主体外径信息。S210具体包括：

[0069] S211，接收塔架设计指令。

[0070] 在本发明的一些实施例中，塔架主体的高度和塔架主体外径长度是提前确定的。因此，塔架设计指令中包含了塔架主体高度信息和塔架主体外径信息。

[0071] 在S211中，基于塔架设计指令确定了塔架主体的高度和塔架主体外径长度，因此后续的过程中需要调整除塔架主体的高度和塔架主体外径长度之外的其余参数。

[0072] S212，依据预设的参数库确定塔架主体的多个塔筒段长度和塔架的壁厚的初始值。

[0073] 在S212中，在塔架的安装过程中，需要将塔架从塔架的生产地运输至塔架的安装地。由于每种运输方式都有对货物的尺寸、重量的限制，无法直接将一整个塔架直接运输至塔架的安装地进行安装。因此，需要将一整个塔架主体分为几个塔筒段后分别将几个塔筒段运输至安装地，然后将几个塔筒段使用法兰连接成塔架主体。因此，在塔架设计过程中，需要确定塔筒段的数量和每个塔筒段的长度。作一个示例，接收的塔架设计指令中确定塔架主体高度为100米，可以在参数库中选择将塔架主体划分成4个塔筒段，并可以在参数库中选择每个塔筒段的长度。

[0074] 在本发明的一些实施例中，在预设的参数库中存储了多个塔架的壁厚值的场景中，塔架的壁厚的初始值可以为多个塔架的壁厚值中的最小值。

[0075] S213，基于塔架的主体高度信息、塔架的主体外径信息、塔架主体的多个塔筒段长度和塔架的壁厚的初始值，确定风力发电机组钢制筒形塔架主体的几何参数后，按照预设的壁厚步长调整塔架的壁厚符合塔架技术要求。

[0076] 在本发明的一些实施例中，塔架技术要求包括塔架主体所受的等效应力σv要求、塔架主体累积损伤Dv要求和塔架主体屈曲值ftotalv要求。

[0077] 在本发明的实施例中，在塔架的坐标系中，将沿着塔架主体的轴线垂直向上的方向作为z方向，在垂直于z方向的水平平面上，任选一水平方向为x方向；在垂直于z方向的水平平面上，选取垂直于x方向的方向为y方向。其中，x方向、y方向和z方向之间满足右手定则。

[0078] 塔架主体所受的等效应力σv要求满足表达式(1)：

[0079]

[0080] 其中，Mxy,ges为塔架截面上总弯矩，包含偏心附加弯矩；Wxy为塔架的抗弯截面模量；Fz为作用于塔架截面上轴力；A为塔架横截面积；Mz为沿轴向z方向的塔架扭矩；Wt为塔架的抗扭截面模量；Fxy为作用于塔架x方向和作用于塔架y方向合成剪力； 表示为塔架的许用应力。塔架的许用应力表示了塔架设计过程中允许塔架组成部件承受的最大应力值。根据风力发电机组所处位置的地理环境不同、塔架的高度不同，许用应力可以设定为不同的值。

[0081] 塔架主体累积损伤Dv要求满足表达式(2)：

[0082]

[0083] 其中，nF表示塔架的应力区间的个数；Ni为马尔科夫矩阵中第i个应力区间的应力循环次数；Δσi马尔科夫矩阵中第i个应力区间的应力变化范围；γM为塔架的材料分项系数；ΔσD为塔架的材料应力-寿命曲线拐点对应的疲劳强度；ND为塔架的材料应力-寿命曲线拐点对应的应力循环次数。

[0084] 塔架主体屈曲值ftotalv要求满足表达式(3)：

[0085]

[0086] 其中，σx,Ed为圆柱壳所受轴向应力值；σx,Rd为圆柱壳实际轴向失稳临界应力设计值；kx为轴向屈曲指数；kτ为剪切屈曲指数；τxθ,Ed为圆柱壳所受剪切应力值；τxθ,Rd为圆柱壳实际剪切失稳临界应力设计值。

[0087] 在本发明的一些实施例中，在确定了风力发电机组钢制筒形塔架主体的几何参数后，根据塔架的主体高度信息、塔架的主体外径信息和塔架的壁厚的初始值计算出塔架不满足塔架技术要求的场景中，由于塔架的主体高度信息和塔架的主体外径信息是由塔架设计指令确定的，可以通过调整塔架的壁厚使塔架符合塔架技术要求。

[0088] 在本发明的一些实施例中，在表达式(1)中，Wxy、A和Wt与塔架的壁厚正向相关，相应地，σv与塔架的壁厚反向相关。作一个示例，能够通过不断增大塔架的壁厚，使σv逐渐减小，当 时，塔架主体满足塔架主体所受的等效应力σv要求。

[0089] 在表达式(2)中，Δσi与ΔWxy反向相关，ΔWxy与塔架的壁厚正向相关，因此，Δσi与塔架的壁厚反向相关，Dv与塔架的壁厚反向相关。作一个示例，不断增大塔架的壁厚，随着塔架的壁厚的不断增大Dv逐渐减小，当Dv≤1时，塔架主体达到塔架主体累积损伤Dv要求。

[0090] 在表达式(3)中，σx,Ed与Wxy反向相关，σx,Ed与A反向相关，τxθ,Ed与A反向相关，相应地，σx,Ed和τxθ,Ed与塔架的壁厚反向相关，即ftotalv与塔架的壁厚反应相关。作一个示例，增大塔架的壁厚能够使ftotalv减小，当塔架的壁厚增大到一定的值时，ftotalv≤1，此时塔架主体符合塔架主体屈曲值ftotalv要求。

[0091] 因此，可以按照预设的壁厚步长，调整塔架的壁厚，使塔架的主体同时满足塔架主体所受的等效应力σv要求、塔架主体累积损伤Dv要求和塔架主体屈曲值ftotalv要求。

[0092] S220，基于符合塔架技术要求的塔架的壁厚，利用预设的参数库和/或预设的模板库确定塔架的门洞的几何参数，根据预设的规范库改变门洞的门框伸出塔架长度以满足门洞技术要求。

[0093] 在本发明的一些实施例中，预设的参数库和/或预设的模板库中门洞的几何参数包括：包括门洞高度值、门洞宽度值、门框的厚度值、门框的长度值和门洞的门框伸出塔架长度的初始值。

[0094] 在本发明的一些实施例中，门洞技术要求包括：门洞所受的等效应力σdoor要求、门洞累积损伤Ddoor要求和门洞综合屈曲值要求。

[0095] 门洞所受的等效应力要求满足表达式(4)：

[0096]

[0097] 其中，Scf为等效应力系数，Scf大于1。

[0098] 门洞累积损伤要求满足表达式(5)：

[0099]

[0100] 门洞综合屈曲值要求满足表达式(6)

[0101]

[0102] 其中，C1为折减系数，C1小于1。

[0103] 在本发明的一些实施例中，因为在实际工程中通常仅应用3种～4种门洞，所以在塔架的设计过程中，可以将该3种～4种门洞的各项几何参数(不包括门洞的门框伸出塔架长度)预设到参数库或模板库中。由于该3种～4种门洞的各项几何参数是固定的，利用预设的参数库和/或预设的模板库确定塔架的门洞的几何参数之后，若门洞不符合门洞技术要求，可以调整门洞的门框伸出塔架长度。

[0104] 在本发明的一些实施例中，一般来说，由于Scf会随着门洞的门框伸出塔架长度增大而减小，σdoor和Ddoor会随着门洞的门框伸出塔架长度的增大而不断减小。因此可以通过调整门洞的门框伸出塔架长度，使门洞满足门洞所受的等效应力要求和门洞累积损伤要求。

[0105] 在表达式(6)中，随着门洞的门框伸出塔架长度的增加，C1逐渐减小。当门洞的门框伸出塔架长度增加到一定的值后，门洞满足门洞综合屈曲值要求。

[0106] 因此，可以通过增加门洞的门框伸出塔架长度使门洞满足门洞技术要求。

[0107] S230，基于符合塔架技术要求的塔架的壁厚，利用预设的参数库和/或预设的模板库确定塔架的法兰的几何参数，根据预设的规范库改变法兰的螺栓规格和/或法兰的厚度以达到法兰技术要求。

[0108] 在本发明的一些实施例中，参数库或模板库中预设了符合国家标准的螺栓规格和法兰的几何参数。作一个示例，可以将风电行业常用的M30～M64螺栓规格的各项参数预先在参数库中，其中M30～M64螺栓规格是国家标准中规定的螺栓规格。或可以将风电行业常用的M30～M64螺栓规格的螺栓的3D模型预先存储在模型库中。作另一个示例，参数库或模板库中法兰的几何参数可以包括：法兰扇区弧段长度、法兰外直径、法兰处塔架主体厚度、单个法兰厚度，法兰内表面到螺栓中心的距离、塔架内表面到螺栓中心的距离。

[0109] 在本发明的一些实施例中，S230具体包括：

[0110] S231，基于符合塔架技术要求的塔架的壁厚，利用预设的参数库和/或预设的模板库确定塔架的法兰的几何参数，塔架的法兰的几何参数包括法兰的厚度初始值和螺栓规格初始值。

[0111] 在本发明的一些实施例中，法兰技术要求包括：塔架法兰安全裕度SRFU,Fl要求和法兰连接螺栓累积损伤Dbolt要求。

[0112] 塔架法兰安全裕度要求满足表达式(7)：

[0113]

[0114] 其中，FU为塔筒法兰失效模式下的极限拉力；Z为作用于单片法兰上的竖向力。

[0115] 法兰连接螺栓累积损伤要求满足表达式(8)：

[0116]

[0117] S232，根据预设的规范库和螺栓规格初始值调整螺栓规格确定螺栓规格满足法兰技术要求。

[0118] 在本发明的一些实施例中，增大螺纹规格，螺栓规格中螺栓的公称直径也会随之增大。

[0119] 在表达式(7)中，由于FU与螺栓的公称直径正向相关，能够通过调整螺栓规格使SRFU,Fl不断增大。当螺栓的规格增大到一定的程度，SRFU,Fl≥1，此时法兰达到塔架法兰安全裕度要求。

[0120] 在表达式(8)中，Δσi与螺栓的公称直径反向相关。随着螺栓的公称直径的增大，Dbolt会逐渐减小。因此，可以通过不断增大螺栓的规格，逐渐减少Dbolt，当Dbolt≤1时，法兰满足法兰连接螺栓累积损伤要求。

[0121] 作一个示例，在参数库存储有风电行业常用的的M30～M64螺栓规格的场景中，可以将螺栓规格初始值设置为M30。当螺栓规格为M30时，计算出法兰不能满足法兰技术要求，可以通过不断增大螺栓的规格使SRFU,Fl≥1的同时Dbolt≤1，法兰能够使法兰满足法兰技术要求。

[0122] 在本发明的另一些实施例中，S230具体包括：

[0123] S231′，基于符合塔架技术要求的塔架的壁厚，以及预设的规范库确定预设的参数库和/或预设的模板库中法兰的螺栓规格阈值不能满足法兰技术要求。

[0124] 在本发明的一些实施例中，可以设定法兰的螺栓规格阈值为预设的参数库和/或预设的模板库中存储的螺栓规格的最大值。作一个示例，当模板库中存储有风电行业常用的M30～M64螺栓规格的各项参数时，可以将螺栓规格阈值设定为M64。

[0125] S232′，利用预设的参数库和/或预设的模板库调整法兰的厚度，确定法兰的厚度满足法兰技术要求。

[0126] 在S232′中，当螺栓的公称直径增大至螺栓规格阈值中螺栓的公称直径时，法兰仍不能满足法兰技术要求，此时可以通过调整法兰的厚度使法兰满足法兰技术要求。

[0127] 在本发明的一些实施例中，随着法兰的厚度的增大，表达式(7)中FU增大，表达式(8)中Δσi减小。因此，当法兰的厚度达到一定值时，法兰满足塔架法兰安全裕度要求和法兰连接螺栓累积损伤要求。

[0128] 需要说明的是，由于本发明实施例的S220和S230同样是基于S210中塔架的壁厚符合塔架技术要求的基础上进行的，S220和S230之间并没有执行的先后顺序，因此在本发明的实施例中S220和S230的编号并不限定S220和S230的先后次序。此时，在S210之后，在S240之前，S220和S230进行的顺序存在三种可能：S220可能在S230之前进行，S220可能在S230之后进行，或S220和S230同时进行。

[0129] S240，根据满足塔架技术要求的塔架的壁厚、满足门洞技术要求的门框伸出塔架长度和达到法兰技术要求的螺栓规格和法兰的厚度，确定风力发电机组钢制筒形塔架。

[0130] 在本发明的一些实施例中，确定风力发电机组钢制筒形塔架之后，可以将确定的风力发电机组钢制筒形塔架的各项参数存储于示例库。

[0131] 本发明实施例的风力发电机组钢制筒形塔架设计方法，能够利用预设的参数库和/或预设的模板库确定门洞的几何参数和法兰的几何参数，提高了塔架设计效率；通过调整塔架的壁厚、门框伸出塔架长度、螺栓规格和法兰的厚度，使设计的塔架满足塔架技术要求、门洞技术要求和法兰技术要求；将塔架的壁厚初始值、门框伸出塔架长度初始值、螺栓规格初始值和法兰的厚度初始值设定为参数库和/或模板库中塔架的壁厚最小值、门框伸出塔架长度最小值、螺栓规格最小值和法兰的厚度最小值之后开始逐步增大塔架的壁厚、门框伸出塔架长度、螺栓规格和法兰的厚度，使调整塔架的壁厚、门框伸出塔架长度、螺栓规格和法兰的厚度皆为最优值，避免了塔架材料的浪费。根据本发明实施例的风力发电机组钢制筒形塔架设计方法，能够缩短塔架研发周期的同时能够提高塔架设计效率，满足各种技术要求且成本最低。

[0132] 参见图3是本发明实施例中风力发电机组钢制筒形塔架设计装置的结构示意图，风力发电机组钢制筒形塔架设计装置与风力发电机组钢制筒形塔架设计方法相对应，风力发电机组钢制筒形塔架设计装置300具体包括：

[0133] 第一调整模块310，用于根据塔架设计指令和预设的参数库确定风力发电机组钢制筒形塔架主体的几何参数后，调整塔架的壁厚符合塔架技术要求。

[0134] 在本发明的一些实施例中，塔架设计指令包括塔架主体高度信息和塔架主体外径信息。

[0135] 第一确定模块310，包括：

[0136] 第一确定子模块，用于依据预设的参数库确定塔架主体的多个塔筒段长度和塔架的壁厚的初始值；

[0137] 第一调整子模块，用于基于塔架的主体高度信息、塔架的主体外径信息、塔架主体的多个塔筒段长度和塔架的壁厚的初始值，确定风力发电机组钢制筒形塔架主体的几何参数后，按照预设的壁厚步长调整塔架的壁厚符合塔架技术要求。

[0138] 在本发明的一些实施例中，塔架技术要求包括：塔架主体所受的等效应力要求、塔架主体累积损伤要求和塔架主体屈曲值要求。

[0139] 第二调整模块320，用于基于符合塔架技术要求的塔架的壁厚，利用预设的参数库和/或预设的模板库确定塔架的门洞的几何参数，根据预设的规范库改变门洞的门框伸出塔架长度以满足门洞技术要求。

[0140] 在本发明的一些实施例中，门洞技术要求包括：门洞所受的等效应力要求、门洞累积损伤要求和门洞综合屈曲值要求。

[0141] 第三调整模块330，用于基于符合塔架技术要求的塔架的壁厚，利用预设的参数库和/或预设的模板库确定塔架的法兰的几何参数，根据预设的规范库改变法兰的螺栓规格和/或法兰的厚度以达到法兰技术要求。

[0142] 在本发明的一些实施例中，第三调整模块330，包括：

[0143] 第二确定子模块，用于基于符合塔架技术要求的塔架的壁厚，利用预设的参数库和/或预设的模板库确定塔架的法兰的几何参数，塔架的法兰的几何参数包括法兰的厚度初始值和螺栓规格初始值。

[0144] 第二调整子模块，用于根据预设的规范库和螺栓规格初始值调整螺栓规格确定螺栓规格满足法兰技术要求。

[0145] 在本发明的另一些实施例中，第三调整模块330，包括：

[0146] 第三确定子模块，用于基于符合塔架技术要求的塔架的壁厚，以及预设的规范库确定预设的参数库和/或预设的模板库中法兰的螺栓规格阈值不能满足法兰技术要求。

[0147] 第三调整子模块，用于利用预设的参数库和/或预设的模板库调整法兰的厚度，确定法兰的厚度满足法兰技术要求。

[0148] 在本发明的一些实施例中，法兰技术要求包括：塔架法兰安全裕度要求和法兰连接螺栓累积损伤要求。

[0149] 确定模块340，用于根据满足塔架技术要求的塔架的壁厚、满足门洞技术要求的门框伸出塔架长度和达到法兰技术要求的螺栓规格和法兰的厚度，确定风力发电机组钢制筒形塔架。

[0150] 图4是示出能够实现根据本发明实施例的风力发电机组钢制筒形塔架设计方法和装置的风力发电机组钢制筒形塔架设计设备的示例性硬件架构的结构图。

[0151] 如图4所示，风力发电机组钢制筒形塔架设计设备400包括输入设备401、输入接口402、中央处理器403、存储器404、输出接口405、以及输出设备406。其中，输入接口402、中央处理器403、存储器404、以及输出接口405通过总线410相互连接，输入设备401和输出设备
406分别通过输入接口402和输出接口405与总线410连接，进而与风力发电机组钢制筒形塔架设计设备400的其他组件连接。

[0152] 具体地，输入设备401接收来自外部的输入信息，并通过输入接口402将输入信息传送到中央处理器403；中央处理器403基于存储器404中存储的计算机可执行指令对输入信息进行处理以生成输出信息，将输出信息临时或者永久地存储在存储器404中，然后通过输出接口405将输出信息传送到输出设备406；输出设备406将输出信息输出到风力发电机组钢制筒形塔架设计设备400的外部供用户使用。

[0153] 也就是说，图4所示的风力发电机组钢制筒形塔架设计设备也可以被实现为包括：存储有计算机可执行指令的存储器；以及处理器，该处理器在执行计算机可执行指令时可以实现结合图2和图3描述的风力发电机组钢制筒形塔架设计方法和装置。

[0154] 在一个实施例中，图4所示的风力发电机组钢制筒形塔架设计400可以被实现为一种设备，该设备可以包括：存储器，用于存储程序；处理器，用于运行所述存储器中存储的所述程序，以执行本发明实施例的风力发电机组钢制筒形塔架设计方法。

[0155] 最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使对应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。