摘 要

风力发电机塔筒目前在国内处于不断的大型化之中，面临着成产、运输及安装困难等问题，本课题针对兆瓦级风力发电机塔筒的结构进行优化设计分析。通过对塔筒整体进行模型建立，分析其强度的特性曲线，并对塔筒进行模块化设计，运用3D设计软件将其结构呈现出来，并运用仿真软件对其进行分析。主要研究内容如下：

1）收集风机塔筒的基本技术参数，在ABAQUS中确定塔筒的取材，建立简单的塔筒三维模型，收集风机塔筒所在地的风力参数，并将风力发电机组工作时的工况进行分类，并准备好不同工况下所需要的风载荷，将数据导入到建好的模型之中，进行仿真分析，得出塔筒整体的强度特性曲线，分析出风机塔筒的危险部位。

2）在三维设计软件Solidworks中，建立塔筒模型，提出模块化的思想，将风机塔筒分割成一块块便于生产运输的金属板，对模块化后部件的参数进行分析后，对连接方式进行了介绍。

3）在仿真分析软件中，建立模块化塔筒的模型，重新对其强度特性进行分析，观察其强度特性曲线，验证该模块化思想的可行性。

4）在三维设计软件Solidworks中，延续模块化的思想，对风机塔筒进行建模，改变其模块化的形式，并对连结方式优化的可行性进行思考。

本文通过上述研究，确定了塔筒模块化的有效性，并得出了其在实际应用中优越的经济性。

关键字：风力发电机，塔筒，模块化，优化，效益

Abstract

Wind turbine towers are constantly becoming larger and larger now in China, facing problems such as production, transportation and installation difficulties.This topic will do research on how to optimize the structure of wind towers. Build a model of the whole tower and study its strength characteristic curve.Then divide the tower into pieces and draw them by 3D design software. Finally, analyze it with a simulation software. The main research are following:

1) Collect the basic data of the tower.Decide the tower’s materials in ABAQUS and build a model of it.Research the local wind parameters and prepare the wind load in different situations.Import the data into the model had been built, so we get the strength characteristic curve.According to that ,we know where is in danger in the tower.

2) In the 3D design software, build the tower’s model.We put forward a thought of modular.We divide the tower into metal pieces which can be product easily and do analysis on it.After analysis, the connections between the pieces are introduced.

3) In the simulation analysis software, build the modular tower’s model to analyze its strength characteristics.Then study its strength characteristics curve, and verify the feasibility of the thought.

4) In the 3D design software,continue the thought of modular to build a model of the tower.Then make some changes on its modular form.

In this paper, the validity of the modular of the tower is confirmed, and its advantages are applied in practical.

Keywords: wind towers;modular;optimization;efficiency

目录

第1章 绪论 1

1.1 课题的研究背景、目的及意义 1

1.1.1论文研究的背景 1

1.1.2论文研究的目的及意义 4

1.2 国内外研究现状 6

1.2.1 壳体屈曲问题研究现状 6

1.2.2 塔筒强度有限元研究 6

1.2.3 塔筒抗震性模态分析 7

1.3 论文的主要研究内容与结构安排 7

1.3.1 研究内容 11

1.3.2 结构安排 8

第2章 风机塔筒强度分析 9

2.1 风机塔筒有限元建模 9

2.1.1 收集风力资源参数 9

2.1.2 塔筒有限元建模 9

2.2 塔筒强度分析 10

2.3 分析结果探讨 14

2.4 小结 14

第3章 塔筒模块化结构设计 15

3.1 模块化塔筒建模 15

3.2 模块化塔筒结构设计 17

3.3 小结 19

第4章 模块化塔筒强度分析 20

4.1 对模块化塔筒建模 20

4.2 模块化塔筒强度分析 20

4.3 模块化参数选择 21

4.4 小结 26

第5章 塔筒模块化优化分析 27

5.1 塔筒模块化的不同选择 27

5.2 圆弧板之间连接方式的优化考虑 33

5.3小结 34

第6章 模块化塔筒经济性分析 35

6.1 模块化塔筒生产成本分析 35

6.2 模块化塔筒运输成本分析 35

6.3 模块化塔筒安装成本分析 35

6.4 小结 36

第7章 总结与展望 37

7.1 工作总结 37

7.2 研究展望 37

参考文献 39

致谢 40

第1章 绪论

1.1 课题的研究背景、目的及意义

1.1.1论文研究的背景

伴随着全球化的推动，各国经济蓬勃发展，其对能源的需求量也在不断增加，随之而来的是越显突出的能源短缺问题，据估计，直到本世纪末，目前大量使用的传统型能源会到达一个严重缺失的地步，因此，为了改变，优化能源的使用结构，我们当代社会的一个首要任务就是寻找新的清洁型能源^[1]。风能^[2]、地热能、太阳能、核能、海洋能等的开发成为新世纪我们的侧重点，在这些能源之中，风能是一种非常符合发展趋势的新能源，据调查，在最近5年里，世界风能市场每年的增长速度都超过40%，预计未来20-25年内，世界风能市场每年将继续递增25%，可见风力资源的利用度大大地提高了。据估计，世界范围内，能被开发的风能为200亿千瓦，可以说是取之不尽、用之不竭。如图1.1所示为地球上丰富的可再生能源。