(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211105232.4 (22)申请日 2022.09.09 (71)申请人 许昌许继风电科技有限公司 地址 461000 河南省许昌市东城区魏武大 道中原电气谷许继风电产业园 (72)发明人 孟令锐　何海建　祝蕴龙　杨扬　 董姝言　苏凤宇　王卓　 (74)专利代理 机构 郑州睿信知识产权代理有限 公司 41119 专利代理师 史萌杨 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 17/18(2006.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种风电机组塔筒板材选择方法及系统 (57)摘要 本发明属于风力发电领域， 具体涉及一种风 电机组塔筒板材选择方法及系统。 该方法确定了 在现有筒壁厚度及实际工况的载荷条件下， 塔筒 筒壁所能使用的最低质量板材， 通过合理匹配实 际工况与塔筒板材性能， 避免建造成本的增加及 资源浪费情况。 在计算塔筒截面应力时， 使用的 外载荷考虑了塔筒垂直偏差产生的附加弯矩， 使 用的塔筒参数也均采用载荷所在位置的参数值， 因此能够提高外载作用下应力计算结果的准确 性； 使用的屈服强度值是根据板材的名义屈服强 度和筒壁折减厚度计算得到的， 并且名义屈服强 度取值又是根据国标中筒壁厚度与名义屈服强 度的关系选取对应的屈服强度的， 相当于对fy (t)值根据筒壁厚度进行了 两次修正。 权利要求书2页 说明书6页 附图3页 CN 115495894 A 2022.12.20 CN 115495894 A 1.一种风电机组塔筒板材选择 方法， 其特 征在于， 步骤如下： 1)获取风电机组塔筒初始的筒壁实际厚度及筒壁在外载作用下的应力值； 2)计算风电机组塔筒板材屈 服强度fy(t)， 并分别计算afy(t)和bfy(t)； 其中0<a<b<1； 所述风电机组塔筒板材屈服强度fy(t)通过板材的名义屈服强度和筒壁折减厚度计算得 到； 其中， 筒壁折减厚度为外载载荷所 处位置的上节筒壁 厚度与下节筒壁 厚度中的较小值； 所述板材 的名义屈 服强度根据筒壁实际厚度以及筒壁实际厚度与名义屈 服强度之间的关 系得到； 3)确定在 选用某种质量等级的板材时， 该板材在afy(t)、 bfy(t)屈服强度下的筒壁厚度 最大许用值； 4)确定采用对应质量等级的板材时， 塔筒筒壁在外载作用下所受应力值与afy(t)、 bfy (t)相比所处的区间， 得到筒壁在外载作用下的厚度最大 许用值； 5)判断筒壁实际厚度是否小于等于所述最大许用值， 若小于等于最大许用值， 则确定 选择对应质量等级的板材型号； 若大于最大许用值， 则选用更高质量等级的板材重复步骤 4)‑5)， 直至确定 板材的型号。 2.根据权利要求1所述的风电机组塔筒板材选择方法， 其特征在于， 步骤5)中， 若板材 为最高质量等级时， 筒壁 实际厚度仍大于最大许用值， 则降低外部载荷， 使筒壁实际厚度满 足小于等于最大 许用值。 3.根据权利要求1所述的风电机组塔筒板材选择方法， 其特征在于， 步骤4)中， 若筒壁 在外载作用下所受应力值小于 afy(t)， 则将采用对应板材时afy(t)屈服强度 下的筒壁厚度 最大许用值作为筒壁在外载作用下的厚度最大 许用值； 若筒壁在外载作用下所受应力 值大于bfy(t)， 则增加筒壁实际厚度， 然后重复步骤1) ‑ 3)， 直至筒壁在外载作用下 所受应力值小于bfy(t)； 若筒壁在外载作用下所受应力值处于区间[afy(t)， bfy(t)]内， 则根据对应板材在afy (t)、 bfy(t)屈服强度下与筒壁厚度最大许用值的对应关系， 通过线性插值法得到采用对应 板材时该应力值对应的筒壁厚度最大 许用值。 4.根据权利要 求1所述的风电机组塔筒板 材选择方法， 其特征在于， 步骤2)中还计算cfy (t)， 其中a<c<b； 确定在选用某种质量等级的板材时， 该板材在afy(t)、 cfy(t)、 bfy(t)屈服 强度下的筒壁厚度最大许用值， 并通过采用对应质量等级的板材时， 塔筒筒壁在外载作用 下所受应力 值与afy(t)、 cfy(t)、 bfy(t)相比所处的区间， 得到筒壁在外载作用下的厚度最 大许用值。 5.根据权利要求4所述的风电机组塔筒板材选择方法， 其特征在于， 步骤4)中， 若筒壁 在外载作用下所受应力值小于 afy(t)， 则将采用对应板材时afy(t)屈服强度 下的筒壁厚度 最大许用值作为筒壁在外载作用下的厚度最大 许用值； 若筒壁在外载作用下所受应力 值大于bfy(t)， 则增加筒壁实际厚度， 然后重复步骤1) ‑ 3)， 直至筒壁在外载作用下 所受应力值小于bfy(t)； 若筒壁在外 载作用下所受应力值处于区间[afy(t)， cfy(t)]或[cfy(t)， bfy(t)]内， 则根 据对应板材在afy(t)、 cfy(t)、 bfy(t)屈服强度下与筒壁厚度最大许用值的对应关系， 通过 线性插值法得到采用对应板材时该应力值对应的筒壁厚度最大 许用值。 6.根据权利要求1 ‑5任一项所述的风电机组塔筒板材选择方法， 其特征在于， 步骤1)权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115495894 A 2中， 筒壁在外载作用下的应力值 通过如下公式计算： σeqv＝( σn2+3 τ2)^0.5； 式中σn＝(Mxy+Δ Mxy)/w+abs(Fz /s)， σn为正应力； τ ＝M z/Wp+abs(Fxy/s)， τ 为切应力； 其中W＝πr2tmin， W为载荷位置的抗弯截面模量； Wp为载荷位置的抗扭截面模量， Wp＝2π r2tmin； S为载荷位置的横截面面积， S＝2πrtmin； r为载荷位置的筒壁中径， r＝(D ‑t)/2； D为 载荷位置的筒壁外径； tmin为筒壁折减厚度； Mxy、 Mz、 Fxy、 Fz和ΔMxy均为载荷分量， 其中ΔMxy为考虑塔筒制造缺陷、 单向太阳辐 射、 塔架和基础倾斜因素引起的塔筒垂直偏差产生的附加弯矩； Mxy为分别绕X,Y轴的弯矩 Mx， My合成后的和弯矩； Mz为绕Z轴的扭矩； Fxy为分别沿X,Y的轴的力Fx， Fy合成后的和力； Fz为沿Z轴的外力。 7.根据权利要求6所述的风电机组塔筒板材选择方法， 其特征在于， 附加 弯矩的计算公 式如下： ΔMxy,i＝Gi,d*Δhi*s+ΔMxy,i‑1 式中： ΔMxy,i为当前载荷位置处筒壁的附加弯矩； Gi,d为当前筒壁的重力值； Δhi为当 前筒壁的高度； s为塔筒垂直偏差量； Δ Mxy,i‑1为上节筒壁处的附加弯 矩值。 8.根据权利要求1所述的风电机组塔筒板材选择方法， 其特征在于， 所述风电机组塔筒 板材屈服强度fy(t)＝fy,nom‑0.25tmin， 其中fy,nom为板材的名义屈服强度， tmin为筒壁折减厚 度。 9.根据权利 要求4或5所述的风电机组塔筒板材选择方法， 其特征在于， a的值为0.25， b 的值为0.75， c的值 为0.5。 10.一种风电机组塔筒板材选择系统， 其特征在于， 包括处理器， 所述处理器用于执行 程序指令， 实现上述权利要求1 ‑9任一项所述的风电机组塔筒板材选择 方法。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115495894 A 3