风电机组塔架优化设计系统分析

王志海

摘 要 风电机组塔架优化设计系统是当前应用较为广泛的一种设计方式，设计效率较高。文中从风电机组塔架优化设计系统结构和风电机组塔架优化设计系统功能两个主要方面对系统进行了详细分析，旨在加强设计人员对系统的了解，进一步提高设计效率。

【关键词】风电机组 塔架设计 优化设计 设计系统

在风电机组中，塔架是最重要的组成部分，对整个风电机组运行的稳定性具有较为重要的影响。当前，在对风电机组塔架进行设计的过程中，主要是通过设计制图软件来完成设计，而该种设计方法，不仅对设计工作人员工作经验具有较高要求，并且其计算量和设计工作量非常大，在设计工作中非常容易出现问题，进而对整个风电机组塔架设计的稳定性造成影响。因此，为了能够有效解决该问题，提升风电机组塔架的设计效率和实现塔架设计优化，我国开始尝试使用风电机组塔架优化设计系统。

1 风电机组塔架优化设计系统结构分析

根据操作需求和功能的不同，可以将整个风电机组塔架优化设计系统分为三个层面，其分别是系统用户界面层、系统应用服务层以及系统数据存储层。

1.1 系统用户界面层

系统用户界面层相当于是整个系统的窗门，在该层面的用户可以通过相关操作对整个系统的运行进行控制。同时，系统也会将自身的运行情况和数据信息通过窗口的形式展现给用户，使用户能够对整个系统的运行情况进行详细了解，进而确保整个系统的高效、精确运行。

1.2 系统应用服务层

在该层，用户可以对整个系统的具体运行情况和操作进行控制，进而实现对风电机组塔架进行快速设计，并对设计进行进一步优化。在该层面，对Pro/E5.0软件系统的交互集成，主要是通过Pro/Toolkit API来实现。

1.3 系统数据存储层

在整个优化设计系统中，数据存储层是最重要的组层部分，是整个系统得以实现运行和操作的基础。数据存储层的主要作用，就是对系统运行过程中的相关数据进行存储。按照存储数据的不同，可以将整个数据存储层细分为四个数据库，分别是参数库、实例库、规则库以及模板库。

1.3.1 参数库

参数库，顾名思义，其主要作用就是对风电机组塔架的设计参数进行存储，其中，主要包括风电机组本身的技术参数、塔架设计的基本参数、塔架材料参数、零部件几何参数以及塔架设计优化参数等。

1.3.2 规则库

规则库所存储的主要是风电机组塔架优化设计中的装配约束关系，而这些装配约束关系数据，都是以固定的规则格式存储在规则库中，当系统运行需要时，直接对其进行调用。

1.3.3 实例库

该数据库内存储的主要是已经设计成功的风电机组塔架设计优化案例，详细包括了整个塔架设计过程中所涉及到的相关数据、规则以及零部件配置信息等，主要作用是为了给风电机组塔架设计优化提供可供参考的设计依据。

1.3.4 模板库

该数据库的主要作用是对塔架优化设计的模板文件进行存储，通过这些模板文件能够直接对塔架的整体骨架进行快速组装和设计。而这些模板文件都存储在指定目录之下，当系统设计需要时可以直接通过目录进行调用。

2 风电机组塔架优化设计系统功能分析

在风电机组塔架优化设计系统中，按照系统功能的不同，可以将整个优化设计系统分为四个功能模块，其分别是结构配置模块、分析优化模块、参数化设计模块和设计输出模块。

2.1 结构配置模块

结构配置模块的主要作用是对整个塔架的总体结构进行详细设计和对塔架中零部件的结构组成配置进行设定。通过结构配置模块，设计人员能够对的整个塔架的结构进行初步设定，并根据优化设计需求对塔架所需零部件进行合理选择。

首先，设计人员要在对风电机组塔架设计具体需求的基础上，对整个风电机组塔架的总体结构进行初步设计，并由企业管理人员对初步设计方案进行审查，确定设计方案满足要求之后存储方案继续进行下一设计环节。其次，在完成塔架总体结构设计之后，设计人员应该在塔架总体结构初步设计的基础上对整个塔架的零部件进行选择，同时，为了确保选择的合理性，设计人员应该从现有结构模型中进行选择，以确定所选零部件的性能属性能够满足塔架优化设计要求，确定没有问题之后，、对零部件选择方案进行存储。

在此过程中设计人员还应该注意，不论是在接下来的设计中发现塔架总体结构设计中出现问题，还是企业要对塔架设计进行适当调整，设计人员都应该在原有设计方案之下对塔架的总体设计进行调整和修改，并将修改之后的方案进行存储。

2.2 分析优化模块

该功能模块的主要作用是对塔架总体结构的设计进行分析，并对分析结果进行优化处理。在该功能模块，设计者需要先从结构配置模块中取出塔架总体结构设计的主要数据，并针对结构数据对初始参数进行准确设定。然后，再利用有限元分析软件建立起有限元分析模型，病通过求解器对塔架总体结构的静态强度和模拟形态进行详细计算和分析，得出优化结果。最后，根据优化结果对塔架总体结构进行优化设计，并再次将优化结果存储。

2.3 参数化设计模块

在通过以上两个模块对整个风电机组塔架总体设计进行确定之后，就需要通过参数化设计模块对塔架总体结构的相关设计参数进行提出分析和构建零件三维模型。通过参数化设计模块，设计人员可以在对塔架总体设计结构的相关参数进行提出之后，利用Pro/E二次开发接口将所得参数层输送到参数化程序中，由该程序对整个塔架的总体结构进行计算分析和参数化，然后生成塔架零件的三维模型，为塔架零件的选择和构造提供科学有效的参考依据。

2.4 设计输出模块

设计输出模块的主要作用是将确定整体设计塔架的结构转化成二维工程图进行输出，附带详细的总体结构图、部件图和零件图，并注明详细尺寸和材料具体要求，以确保整个塔架优化设计的顺利实现。

3 结束语

风电机组塔架优化设计系统，是当前对风电机组塔架进行优化设计效率最高的一种设计方式，但是由于该系统在塔架优化设计中应用的时间并不是很长，所以多数设计人员对其并不是很了解，也无法进行高效利用。因此，作为设计人员，应该不断加强学习，加深对优化设计系统的了解和掌握，进而不断提升自身的设计水平和设计效率。

参考文献

[1]矜岳亮.风电机组发电机的技术发展和展望[J].电力与能源，2011（02）.

[2]方征.中国风电发展现状、趋势及建议[J].科技综述，2010（04）.

作者单位

山西龙源风力发电有限公司 山西省太原市 030006