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(fā)電機組塔架錐筒材料傳統(tǒng)計算方法進行改進，通過幾何方法及三角函數(shù)，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(jié)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(fā)電機組；塔架；錐筒材料

風力發(fā)電機組塔架主要是錐筒結(jié)構(gòu)，由于風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(tǒng)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(jié)上下口直徑及高度之間的關系。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(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天完成。計算精度可以達到0.001mm。

在總結(jié)以往工作經(jīng)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(xiàn)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(shù)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(tǒng).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(yè)聯(lián)合會.風力發(fā)電機組塔架.GB/T19072-2010[Z].全國風力機械標準化技術委員會.

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