風電機組塔架優(yōu)化設(shè)計系統(tǒng)分析

王志海

摘 要 風電機組塔架優(yōu)化設(shè)計系統(tǒng)是當前應用較為廣泛的一種設(shè)計方式，設(shè)計效率較高。文中從風電機組塔架優(yōu)化設(shè)計系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和風電機組塔架優(yōu)化設(shè)計系統(tǒng)功能兩個主要方面對系統(tǒng)進行了詳細分析，旨在加強設(shè)計人員對系統(tǒng)的了解，進一步提高設(shè)計效率。

【關(guān)鍵詞】風電機組 塔架設(shè)計 優(yōu)化設(shè)計 設(shè)計系統(tǒng)

在風電機組中，塔架是最重要的組成部分，對整個風電機組運行的穩(wěn)定性具有較為重要的影響。當前，在對風電機組塔架進行設(shè)計的過程中，主要是通過設(shè)計制圖軟件來完成設(shè)計，而該種設(shè)計方法，不僅對設(shè)計工作人員工作經(jīng)驗具有較高要求，并且其計算量和設(shè)計工作量非常大，在設(shè)計工作中非常容易出現(xiàn)問題，進而對整個風電機組塔架設(shè)計的穩(wěn)定性造成影響。因此，為了能夠有效解決該問題，提升風電機組塔架的設(shè)計效率和實現(xiàn)塔架設(shè)計優(yōu)化，我國開始嘗試使用風電機組塔架優(yōu)化設(shè)計系統(tǒng)。

1 風電機組塔架優(yōu)化設(shè)計系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

根據(jù)操作需求和功能的不同，可以將整個風電機組塔架優(yōu)化設(shè)計系統(tǒng)分為三個層面，其分別是系統(tǒng)用戶界面層、系統(tǒng)應用服務層以及系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲層。

1.1 系統(tǒng)用戶界面層

系統(tǒng)用戶界面層相當于是整個系統(tǒng)的窗門，在該層面的用戶可以通過相關(guān)操作對整個系統(tǒng)的運行進行控制。同時，系統(tǒng)也會將自身的運行情況和數(shù)據(jù)信息通過窗口的形式展現(xiàn)給用戶，使用戶能夠?qū)φ麄€系統(tǒng)的運行情況進行詳細了解，進而確保整個系統(tǒng)的高效、精確運行。

1.2 系統(tǒng)應用服務層

在該層，用戶可以對整個系統(tǒng)的具體運行情況和操作進行控制，進而實現(xiàn)對風電機組塔架進行快速設(shè)計，并對設(shè)計進行進一步優(yōu)化。在該層面，對Pro/E5.0軟件系統(tǒng)的交互集成，主要是通過Pro/Toolkit API來實現(xiàn)。

1.3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲層

在整個優(yōu)化設(shè)計系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)存儲層是最重要的組層部分，是整個系統(tǒng)得以實現(xiàn)運行和操作的基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)存儲層的主要作用，就是對系統(tǒng)運行過程中的相關(guān)數(shù)據(jù)進行存儲。按照存儲數(shù)據(jù)的不同，可以將整個數(shù)據(jù)存儲層細分為四個數(shù)據(jù)庫，分別是參數(shù)庫、實例庫、規(guī)則庫以及模板庫。

1.3.1 參數(shù)庫

參數(shù)庫，顧名思義，其主要作用就是對風電機組塔架的設(shè)計參數(shù)進行存儲，其中，主要包括風電機組本身的技術(shù)參數(shù)、塔架設(shè)計的基本參數(shù)、塔架材料參數(shù)、零部件幾何參數(shù)以及塔架設(shè)計優(yōu)化參數(shù)等。

1.3.2 規(guī)則庫

規(guī)則庫所存儲的主要是風電機組塔架優(yōu)化設(shè)計中的裝配約束關(guān)系，而這些裝配約束關(guān)系數(shù)據(jù)，都是以固定的規(guī)則格式存儲在規(guī)則庫中，當系統(tǒng)運行需要時，直接對其進行調(diào)用。

1.3.3 實例庫

該數(shù)據(jù)庫內(nèi)存儲的主要是已經(jīng)設(shè)計成功的風電機組塔架設(shè)計優(yōu)化案例，詳細包括了整個塔架設(shè)計過程中所涉及到的相關(guān)數(shù)據(jù)、規(guī)則以及零部件配置信息等，主要作用是為了給風電機組塔架設(shè)計優(yōu)化提供可供參考的設(shè)計依據(jù)。

1.3.4 模板庫

該數(shù)據(jù)庫的主要作用是對塔架優(yōu)化設(shè)計的模板文件進行存儲，通過這些模板文件能夠直接對塔架的整體骨架進行快速組裝和設(shè)計。而這些模板文件都存儲在指定目錄之下，當系統(tǒng)設(shè)計需要時可以直接通過目錄進行調(diào)用。

2 風電機組塔架優(yōu)化設(shè)計系統(tǒng)功能分析

在風電機組塔架優(yōu)化設(shè)計系統(tǒng)中，按照系統(tǒng)功能的不同，可以將整個優(yōu)化設(shè)計系統(tǒng)分為四個功能模塊，其分別是結(jié)構(gòu)配置模塊、分析優(yōu)化模塊、參數(shù)化設(shè)計模塊和設(shè)計輸出模塊。

2.1 結(jié)構(gòu)配置模塊

結(jié)構(gòu)配置模塊的主要作用是對整個塔架的總體結(jié)構(gòu)進行詳細設(shè)計和對塔架中零部件的結(jié)構(gòu)組成配置進行設(shè)定。通過結(jié)構(gòu)配置模塊，設(shè)計人員能夠?qū)Φ恼麄€塔架的結(jié)構(gòu)進行初步設(shè)定，并根據(jù)優(yōu)化設(shè)計需求對塔架所需零部件進行合理選擇。

首先，設(shè)計人員要在對風電機組塔架設(shè)計具體需求的基礎(chǔ)上，對整個風電機組塔架的總體結(jié)構(gòu)進行初步設(shè)計，并由企業(yè)管理人員對初步設(shè)計方案進行審查，確定設(shè)計方案滿足要求之后存儲方案繼續(xù)進行下一設(shè)計環(huán)節(jié)。其次，在完成塔架總體結(jié)構(gòu)設(shè)計之后，設(shè)計人員應該在塔架總體結(jié)構(gòu)初步設(shè)計的基礎(chǔ)上對整個塔架的零部件進行選擇，同時，為了確保選擇的合理性，設(shè)計人員應該從現(xiàn)有結(jié)構(gòu)模型中進行選擇，以確定所選零部件的性能屬性能夠滿足塔架優(yōu)化設(shè)計要求，確定沒有問題之后，、對零部件選擇方案進行存儲。

在此過程中設(shè)計人員還應該注意，不論是在接下來的設(shè)計中發(fā)現(xiàn)塔架總體結(jié)構(gòu)設(shè)計中出現(xiàn)問題，還是企業(yè)要對塔架設(shè)計進行適當調(diào)整，設(shè)計人員都應該在原有設(shè)計方案之下對塔架的總體設(shè)計進行調(diào)整和修改，并將修改之后的方案進行存儲。

2.2 分析優(yōu)化模塊

該功能模塊的主要作用是對塔架總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計進行分析，并對分析結(jié)果進行優(yōu)化處理。在該功能模塊，設(shè)計者需要先從結(jié)構(gòu)配置模塊中取出塔架總體結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要數(shù)據(jù)，并針對結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)對初始參數(shù)進行準確設(shè)定。然后，再利用有限元分析軟件建立起有限元分析模型，病通過求解器對塔架總體結(jié)構(gòu)的靜態(tài)強度和模擬形態(tài)進行詳細計算和分析，得出優(yōu)化結(jié)果。最后，根據(jù)優(yōu)化結(jié)果對塔架總體結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計，并再次將優(yōu)化結(jié)果存儲。

2.3 參數(shù)化設(shè)計模塊

在通過以上兩個模塊對整個風電機組塔架總體設(shè)計進行確定之后，就需要通過參數(shù)化設(shè)計模塊對塔架總體結(jié)構(gòu)的相關(guān)設(shè)計參數(shù)進行提出分析和構(gòu)建零件三維模型。通過參數(shù)化設(shè)計模塊，設(shè)計人員可以在對塔架總體設(shè)計結(jié)構(gòu)的相關(guān)參數(shù)進行提出之后，利用Pro/E二次開發(fā)接口將所得參數(shù)層輸送到參數(shù)化程序中，由該程序?qū)φ麄€塔架的總體結(jié)構(gòu)進行計算分析和參數(shù)化，然后生成塔架零件的三維模型，為塔架零件的選擇和構(gòu)造提供科學有效的參考依據(jù)。

2.4 設(shè)計輸出模塊

設(shè)計輸出模塊的主要作用是將確定整體設(shè)計塔架的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化成二維工程圖進行輸出，附帶詳細的總體結(jié)構(gòu)圖、部件圖和零件圖，并注明詳細尺寸和材料具體要求，以確保整個塔架優(yōu)化設(shè)計的順利實現(xiàn)。

3 結(jié)束語

風電機組塔架優(yōu)化設(shè)計系統(tǒng)，是當前對風電機組塔架進行優(yōu)化設(shè)計效率最高的一種設(shè)計方式，但是由于該系統(tǒng)在塔架優(yōu)化設(shè)計中應用的時間并不是很長，所以多數(shù)設(shè)計人員對其并不是很了解，也無法進行高效利用。因此，作為設(shè)計人員，應該不斷加強學習，加深對優(yōu)化設(shè)計系統(tǒng)的了解和掌握，進而不斷提升自身的設(shè)計水平和設(shè)計效率。

參考文獻

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作者單位

山西龍源風力發(fā)電有限公司 山西省太原市 030006