風(fēng)電塔架錐筒材料計算方法

門永卿

（甘肅酒鋼集團(tuán)西部重工股份有限公司，甘肅 嘉峪關(guān) 735100）

風(fēng)電塔架錐筒材料計算方法

門永卿

（甘肅酒鋼集團(tuán)西部重工股份有限公司，甘肅 嘉峪關(guān) 735100）

對于風(fēng)力發(fā)電機組塔架錐筒材料傳統(tǒng)計算方法進(jìn)行改進(jìn)，通過幾何方法及三角函數(shù)，推導(dǎo)出風(fēng)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(jié)鋼板的面積、重量以及鋼板進(jìn)料的準(zhǔn)確長度和寬度。應(yīng)用該方法，材料利用率將大幅度提升，達(dá)93%以上。同時，可以將一周時間才能完成的工作縮短為當(dāng) 天完成，大幅度提升工作效率。

風(fēng)力發(fā)電機組；塔架；錐筒材料

風(fēng)力發(fā)電機組塔架主要是錐筒結(jié)構(gòu)，由于風(fēng)電塔架對塔筒的表面質(zhì)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(fēng)電塔筒則全部是小錐度錐臺[1]（如圖1所示）。

圖1 風(fēng)電塔筒局部示意圖

錐體展開的傳統(tǒng)方法是作圖法和計算法。由于風(fēng)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(fēng)電塔架錐臺筒體展開的計算方法進(jìn)行推導(dǎo)，確定計算錐體展開圖形中各尺寸與筒節(jié)上下口直徑及高度之間的關(guān)系。如圖3所示：

圖3 單節(jié)筒體展開圖

以上數(shù)據(jù)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(shù)控下料后的檢查尺寸，其下料后的實際尺寸與設(shè)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(jié)合三角函數(shù)[2]，確定了適合風(fēng)電塔架的錐體展開各個尺寸的計算公式[2]。結(jié)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(yīng)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(jié)鋼板的面積、重量以及鋼板采購計劃的準(zhǔn)確長度和寬度。

數(shù)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(shù)點后7位）數(shù)據(jù)直接輸入數(shù)控火焰切割機進(jìn)行鋼板的切割工作，切割后的扇形鋼板的測量數(shù)據(jù)誤差均在1～2mm（取決于數(shù)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(dá)到93%以上。

該計算表的應(yīng)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(shù)據(jù)的確定，通常需要一周時間才能完成的工作縮短為當(dāng)天完成。計算精度可以達(dá)到0.001mm。

在總結(jié)以往工作經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，不斷的完善和深入挖掘在手工作的精度，利用現(xiàn)代化辦公軟件和先進(jìn)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(shù)學(xué)手冊（電子版）[Z].清華大學(xué).北京.高等教育出版社2006.

[2]鄭緯民.計算機應(yīng)用基礎(chǔ)Excel 2003電子表格系統(tǒng).中央廣播電視大學(xué)出版社[Z].2003.

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

[4]中國機械工業(yè)聯(lián)合會.風(fēng)力發(fā)電機組塔架.GB/T19072-2010[Z].全國風(fēng)力機械標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會.

S220.4