基于頻率控制的多約束風(fēng)電塔優(yōu)化設(shè)計(jì)方法.pdf

1、隨著能源危機(jī)和環(huán)境問題日趨嚴(yán)重，風(fēng)能作為一種潛力巨大的清潔可再生能源，獲得了前所未有的發(fā)展機(jī)遇。近年來，風(fēng)電技術(shù)飛速發(fā)展，為了獲取高空中更豐富更穩(wěn)定的風(fēng)資源，風(fēng)電塔架的高度越來越高。但是，隨著高度的增加，風(fēng)電塔的設(shè)計(jì)面臨造價(jià)和安全穩(wěn)定運(yùn)行間的巨大矛盾。一方面，如果將高風(fēng)電塔架設(shè)計(jì)得較柔，雖然可以降低塔架重量，但是在風(fēng)荷載和轉(zhuǎn)動(dòng)的葉輪葉片及它們間的相互作用引起的動(dòng)荷載下，有可能更容易發(fā)生共振和疲勞破壞，另一方面，如果提高塔架的剛度，造價(jià)會(huì)

2、大大提高。所以，高塔的設(shè)計(jì)優(yōu)化非常有意義。
　　為了獲得造價(jià)合理并可保障風(fēng)機(jī)系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的風(fēng)電塔架優(yōu)化設(shè)計(jì)，本文提出了基于頻率控制的多約束風(fēng)電塔架優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。作為研究工作的起步，我們考慮單管型陸上風(fēng)電塔架，塔架簡(jiǎn)化成非均勻的懸臂梁結(jié)構(gòu)，其橫截面參數(shù)作為設(shè)計(jì)變量，以最小材料體積為目標(biāo)函數(shù)，按照將塔架設(shè)計(jì)成“剛-剛”或“剛-柔”或“柔-柔”不同類型的要求設(shè)定塔架的固有頻率約束，采用專業(yè)軟件Bladed計(jì)算結(jié)構(gòu)荷載，按照風(fēng)電塔規(guī)范

3、考慮強(qiáng)度、穩(wěn)定性和疲勞等約束，這使得優(yōu)化結(jié)構(gòu)更符合工程設(shè)計(jì)的實(shí)際?？紤]到荷載計(jì)算工作量很大，整個(gè)優(yōu)化過程分為幾個(gè)階段，在每個(gè)階段的開始，前一個(gè)階段的優(yōu)化設(shè)計(jì)作為初始設(shè)計(jì)，并重新計(jì)算結(jié)構(gòu)荷載，在該階段內(nèi)在固定荷載下用移動(dòng)漸近線法MMA程序求解優(yōu)化問題改進(jìn)設(shè)計(jì)，所需的頻率、強(qiáng)度及疲勞約束靈敏度采用解析法獲得。文中對(duì)一現(xiàn)有塔架進(jìn)行優(yōu)化以說明方法的有效性。
　　風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，由風(fēng)輪、機(jī)艙、傳動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、塔架和基礎(chǔ)等部

4、分組成。其結(jié)構(gòu)荷載不僅與復(fù)雜多變的外部環(huán)境荷載（風(fēng)荷載等）有關(guān)，而且還會(huì)受到由于塔架與風(fēng)機(jī)耦合振動(dòng)引起的動(dòng)力放大的影響。隨著結(jié)構(gòu)尺寸和頻率的變化，結(jié)構(gòu)荷載也是有差異的。對(duì)于風(fēng)電塔架而言，表征其結(jié)構(gòu)差異的參數(shù)有很多，如塔架體積、固有頻率、截面尺寸參數(shù)（如半徑、壁厚）等。為了驗(yàn)證這些參數(shù)對(duì)風(fēng)機(jī)塔架荷載的影響程度的差異，采用控制變量的方法定量的研究各參數(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)荷載的影響大小。結(jié)果說明塔架的頻率對(duì)塔架荷載的影響最大。
　　風(fēng)電塔架會(huì)長(zhǎng)期受