風電塔架錐筒材料計算方法

門永卿

（甘肅酒鋼集團西部重工股份有限公司，甘肅 嘉峪關 735100）

風電塔架錐筒材料計算方法

門永卿

（甘肅酒鋼集團西部重工股份有限公司，甘肅 嘉峪關 735100）

對于風力發電機組塔架錐筒材料傳統計算方法進行改進，通過幾何方法及三角函數，推導出風電塔架的錐體展開各個尺寸的計算公式。利用辦公軟件（Excel），只需輸入塔架筒體的上下口直徑、高度和鋼板厚度，就可以自動生成錐臺展開圖形（扇形）的大小半徑、圓心角、大小弦長度、對角線長度、筒節鋼板的面積、重量以及鋼板進料的準確長度和寬度。應用該方法，材料利用率將大幅度提升，達93%以上。同時，可以將一周時間才能完成的工作縮短為當 天完成，大幅度提升工作效率。

風力發電機組；塔架；錐筒材料

風力發電機組塔架主要是錐筒結構，由于風電塔架對塔筒的表面質量及成形的要求很高。正錐臺按其可展開性可分為普通錐度錐臺和小錐度錐臺，而風電塔筒則全部是小錐度錐臺[1]（如圖1所示）。

圖1 風電塔筒局部示意圖

錐體展開的傳統方法是作圖法和計算法。由于風電塔筒屬于大直徑，小錐度，其展開的母線長度（即展開后的扇形半徑均在百米以上）不適合使用作圖法展開錐體，通過工作中的對比驗算，采用扇形計算公式[2]（如圖2所示）。

圖2 扇形計算公式

對風電塔架錐臺筒體展開的計算方法進行推導，確定計算錐體展開圖形中各尺寸與筒節上下口直徑及高度之間的關系。如圖3所示：

圖3 單節筒體展開圖

以上數據中筒體鋼板展開后扇形寬度（δ）、扇形小弧弦長度（s）、扇形大弧弦長度（S）、扇形對角線長度（M）屬于數控下料后的檢查尺寸，其下料后的實際尺寸與設計之間的誤差為δ+2mm、M1-M2≤2mm、S(或s)±2mm,鋼板厚度按實際值。

通過幾何方法結合三角函數[2]，確定了適合風電塔架的錐體展開各個尺寸的計算公式[2]。結合計算機辦公軟件（Excel）的計算功能[3]，將各個計算公式逐個輸入辦公軟件（Excel）中形成計算表格（見表1）。

實際應用中只需要在該計算表中輸入塔架筒體的上口直徑d、下口直徑D、分段高度h和鋼板厚度B，程序就可以自動生成單個筒體錐臺展開圖形（扇形）的大小半徑、圓心角、大小弦長度、對角線長度、筒節鋼板的面積、重量以及鋼板采購計劃的準確長度和寬度。

數控下料時將扇形的大小半徑及圓心角（圓心角輸入精度為小數點后7位）數據直接輸入數控火焰切割機進行鋼板的切割工作，切割后的扇形鋼板的測量數據誤差均在1～2mm（取決于數控火焰切割機的精度），其對角線之差＜2mm[4-6]。材料利用率至少提高1%，達到93%以上。

該計算表的應用解決了以前先計算扇形大小半徑、圓心角后，再用CAD作圖法求取扇形大小弦長度、對角線長度及鋼板凈尺寸的長度和寬度，最終完成筒體鋼板材料的計劃提報以及各種檢驗數據的確定，通常需要一周時間才能完成的工作縮短為當天完成。計算精度可以達到0.001mm。

在總結以往工作經驗的基礎上，不斷的完善和深入挖掘在手工作的精度，利用現代化辦公軟件和先進的計算、分析程序，把同類型工作形成公式化工作流程，提高同類型工作（比如塔筒的制造）的工作效率。

[1]范欽珊.數學手冊（電子版）[Z].清華大學.北京.高等教育出版社2006.

[2]鄭緯民.計算機應用基礎Excel 2003電子表格系統.中央廣播電視大學出版社[Z].2003.

[3]韓軍杰.金風MW塔架技術條件[Z].Q/GW 2CG.60.2-2011.金風科技股份有限公司.

[4]中國機械工業聯合會.風力發電機組塔架.GB/T19072-2010[Z].全國風力機械標準化技術委員會.

S220.4