阅读说明：本技术 一种风电机组塔架门洞局部加筋结构、塔架及加工方法 (Local reinforcement structure for wind turbine generator tower door opening, tower and processing method ) 是由 周昳鸣 王茂华 郭小江 李卫东 刘鑫 闫姝 张波 曾崇济 郑枫 李华 于 2021-03-08 设计创作，主要内容包括：本发明公一种风电机组塔架门洞局部加筋结构、塔架及加工方法,在门洞周围的塔筒内壁,以门洞为中心,布置n根横向加强筋和m根纵向加强筋,加紧结构覆盖的面积为2a-1·2b-1a-0是门洞宽度的一半,b-0是门洞高度的一半,a-1＞a-0,b-1＞b-0；对于本发明所述风电机组塔架门洞局部加筋结构的加工,首先将所述加筋结构与钢板焊接,并释放焊接应力后,再卷制塔筒,卷制之后再次释放变形应力,或在塔筒卷制完成并开设门洞后,焊接加筋结构,加筋结构焊接完成后释放焊接应力能够在现有工艺水平下既满足门洞附近疲劳强度,又能够减小塔架壁厚并减轻塔架质量的局部加筋结构,有效降低风电机组的建设成本。(The invention discloses a wind turbine generator tower door opening local reinforcement structure, a tower and a processing method, wherein n transverse reinforcing ribs and m longitudinal reinforcing ribs are arranged on the inner wall of a tower barrel around a door opening by taking the door opening as a center, and the area covered by a tightening structure is 2a 1 ·2b 1 a 0 Is half the width of the door opening, b 0 Is half the height of the door opening, a 1 ＞a 0 ，b 1 ＞b 0 (ii) a For the processing of the local reinforced structure of the wind turbine generator tower door opening, the reinforced structure is firstly welded with the steel plate, after the welding stress is released, the tower barrel is coiled, the deformation stress is released again after the coiling, or after the tower barrel is coiled and the door opening is formed, the reinforced structure is welded, and after the welding of the reinforced structure is completed, the welding stress is released, so that the fatigue strength near the door opening can be met, the wall thickness of the tower can be reduced, and the quality of the tower can be reduced under the existing process levelThe structure effectively reduces the construction cost of the wind turbine generator.)

一种风电机组塔架门洞局部加筋结构、塔架及加工方法

技术领域

本发明属于风力发电钢制塔架设计技术领域，具体涉及一种风电机组塔架门洞局部加筋结构、塔架及加工方法。

背景技术

风力发电机组塔架底部的门洞是运维人员和塔架内电气设备出入风机的主要通道(参考图1)。由于门洞附近会出现局部应力增大的现象。应力集中现象容易导致钢材出现疲劳裂纹，从而使得整个塔架结构失效。

因此，风电行业中的通常做法是对门洞所在的塔架底段的主体壁厚进行加厚，以达到疲劳强度的要求。但是，由于风电塔架门洞的高度较高，底段直径较大，因此增加壁厚使得底段的塔架质量急剧提高，增加了成本。举例来说：以6MW机组为例，底段门洞高度5m左右，底段的塔架高度为10m，直径为7m。如表1所示，若底段塔架不开设门洞，则塔架壁厚为20mm，底段塔架质量为24.10t；若底段开设门洞，则塔架壁厚需加厚到50mm，此时底段塔架质量为59.99t，相比底段不设开门洞增加了35.89t。

表1

在设计风电机组门洞所在的底段塔架时，一种方法是尽量优化门洞的形状，减小应力集中系数，以达到减轻塔架质量的目的。由于门洞的形状一般都为标准化设计，若采用新型设计可能会增加工艺成本，导致单位重量的塔架造价升高，最后并不能真正起到降低成本的目的。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种风电机组塔架门洞局部加筋结构，能够在现有工艺水平下既满足门洞附近疲劳强度，又能够减小塔架壁厚并减轻塔架质量。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种风电机组塔架门洞局部加筋结构，在门洞周围的塔筒内壁，以门洞为中心，布置n根横向加强筋和m根纵向加强筋，加紧结构覆盖的面积为2a₁·2b₁ a₀是门洞宽度的一半，b₀是门洞高度的一半，a₁＞a₀，b₁＞b₀。

横向加强筋和纵向加强筋的横截面为矩形、梯形、半圆形或半椭圆形。

横向加强筋和纵向加强筋的截面为矩形时，长度为L，横向加强筋宽度为t₁，纵向加强筋宽度t₂，横向加强筋和纵向加强筋的宽度为和分布参数满足下列要求：

横向加强筋与风电机组塔架横向角度α小于90°，纵向加强筋与风电机组塔架纵向角度β小于90°，横向加强筋与纵向加强筋之间的夹角不大于90°。

横向加强筋和纵向加强筋与门洞处钢板一体成型。

横向加强筋和纵向加强筋与塔筒内壁焊接连接。

门洞边缘设置一周加强筋，所述加强筋连接横向加强筋与纵向加强筋，所述加强筋的横截面与横向加强筋横截面相同。

一种风电机组塔架，塔架中内壁上设置本发明所述塔架门洞局部加筋结构。

本发明所述风电机组塔架的加工方法，首先将所述加筋结构与钢板焊接，并释放焊接应力后，再卷制塔筒，卷制之后再次释放变形应力，

或在塔筒卷制完成并开设门洞后，焊接加筋结构，加筋结构焊接完成后释放焊接应力。

一种风力发电机组，采用本发明所述风电机组塔架。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明对门洞局部范围内进行加强，以降低应力集中系数，能够在现有工艺水平下既满足门洞附近疲劳强度，又能够减小塔架壁厚并减轻塔架质量的局部加筋结构，有效降低风电机组的整体建设成本。

附图说明

下面结合附图对本发明的示例性实施例进行详细描述，本发明的以上和其它特点及优点将变得更加清楚，附图中：

图1是风电机组塔架门洞局部加筋结构示意图。

图2是风电机组塔架门洞布局加筋尺寸图。

图3是加强筋尺寸图。

1-塔筒，2-门洞，3-加强筋，31-横向加强筋，32-纵向加强筋。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

一种风力发电机组的塔架门洞局部加筋结构，参考图1和图2，所述风力发电机组的塔架的塔筒1上开设门洞2，门洞2周围的塔筒1内壁上设置加强筋3，加强筋3包括横向加强筋31和纵向加强筋32。

参考图2，布置加强筋的范围为：在塔筒内壁距离门洞中心O的x和-x方向的a₁的范围内均匀布置m根纵向加强筋32，在塔筒内壁距离门洞中心O的y和-y方向的b₁的范围内均匀布置n根横向加强筋31；所述加强筋3的横截面尺寸为：长度为L，高度为h，宽度为t；当加强筋3为横向加强筋31时宽度为t₁，当为纵向加强筋32时宽度为t₂。加强筋3的宽度为和分布参数满足下列要求：

其中，t₁表示横向加强筋31的宽度，b₂表示横向加强筋31的间距，t₂表示纵向加强筋32的宽度，a₂表示纵向加强筋32的间距，a₀表示门洞宽度，b₀表示门洞高度。

参考图2，采用本发明的风电机组塔架门洞局部加强结构时，横向加强筋31与x轴的角度α不限于0°，纵向加强筋32与-y轴的角度β不限于0°，横向加强筋31与纵向加强筋32之间的夹角不限于90°。

采用本发明的风电机组塔架门洞局部加强结构时，对于特定问题可通过以下优化列式求得最优的加强筋结构设计：

find:a₁,b₁,a₂,b₂,t₁,t₂,h,m,n,α,β

minimize:SCF

subject to:m·t₂+(m-1)·a₂＝2a₁

n·t₁+(n-1)·b₂＝2b₁

a₁＞a₀

b₁＞b₀

L≤2b₁≤2a₁

α≥0°

β≥0°

其中，SCF表示应力集中系数。

本发明提出一种能够在现有工艺水平下既满足门洞附近疲劳强度，又能够减小塔架壁厚并减轻塔架质量的局部加筋结构，所述风机塔架局部加筋结构的应用于塔底直径7m塔筒的实施例中，门洞高度2b₀＝4.0m，门洞宽度2a₀＝1.8m，2a₁＝3.8m，2b₀＝6.0m，t₁＝t₂＝h＝0.03m，m＝n＝10根，α＝β＝0°。

表2在没有显著增加工艺复杂程度的前提下，既满足门洞附近疲劳强度，又能够减小塔架壁厚并降低塔架质量。

表2

基于表2中示出的计算结果，每台风机底段塔架可以减重17.91t，降幅29.9％。按照一个风场设置有50台风力发电机，每吨钢板报价1.4万元来估算，可以节约1253.7万元。即，在不考虑加筋材料成本的基础上，根据本发明的采用塔门洞局部加筋结构可使制造成本降低约1253.7万元。

虽然已经参照本发明的示例性实施例具体示出和描述了本发明，但是本领域普通技术人员应该理解，在不脱离由权利要求限定范围的情况下，可以对其进行形式和细节的各种改变。