风电塔架锥筒材料计算方法

门永卿

（甘肃酒钢集团西部重工股份有限公司，甘肃 嘉峪关 735100）

风电塔架锥筒材料计算方法

门永卿

（甘肃酒钢集团西部重工股份有限公司，甘肃 嘉峪关 735100）

对于风力发电机组塔架锥筒材料传统计算方法进行改进，通过几何方法及三角函数，推导出风电塔架的锥体展开各个尺寸的计算公式。利用办公软件（Excel），只需输入塔架筒体的上下口直径、高度和钢板厚度，就可以自动生成锥台展开图形（扇形）的大小半径、圆心角、大小弦长度、对角线长度、筒节钢板的面积、重量以及钢板进料的准确长度和宽度。应用该方法，材料利用率将大幅度提升，达93%以上。同时，可以将一周时间才能完成的工作缩短为当 天完成，大幅度提升工作效率。

风力发电机组；塔架；锥筒材料

风力发电机组塔架主要是锥筒结构，由于风电塔架对塔筒的表面质量及成形的要求很高。正锥台按其可展开性可分为普通锥度锥台和小锥度锥台，而风电塔筒则全部是小锥度锥台[1]（如图1所示）。

图1 风电塔筒局部示意图

锥体展开的传统方法是作图法和计算法。由于风电塔筒属于大直径，小锥度，其展开的母线长度（即展开后的扇形半径均在百米以上）不适合使用作图法展开锥体，通过工作中的对比验算，采用扇形计算公式[2]（如图2所示）。

图2 扇形计算公式

对风电塔架锥台筒体展开的计算方法进行推导，确定计算锥体展开图形中各尺寸与筒节上下口直径及高度之间的关系。如图3所示：

图3 单节筒体展开图

以上数据中筒体钢板展开后扇形宽度（δ）、扇形小弧弦长度（s）、扇形大弧弦长度（S）、扇形对角线长度（M）属于数控下料后的检查尺寸，其下料后的实际尺寸与设计之间的误差为δ+2mm、M1-M2≤2mm、S(或s)±2mm,钢板厚度按实际值。

通过几何方法结合三角函数[2]，确定了适合风电塔架的锥体展开各个尺寸的计算公式[2]。结合计算机办公软件（Excel）的计算功能[3]，将各个计算公式逐个输入办公软件（Excel）中形成计算表格（见表1）。

实际应用中只需要在该计算表中输入塔架筒体的上口直径d、下口直径D、分段高度h和钢板厚度B，程序就可以自动生成单个筒体锥台展开图形（扇形）的大小半径、圆心角、大小弦长度、对角线长度、筒节钢板的面积、重量以及钢板采购计划的准确长度和宽度。

数控下料时将扇形的大小半径及圆心角（圆心角输入精度为小数点后7位）数据直接输入数控火焰切割机进行钢板的切割工作，切割后的扇形钢板的测量数据误差均在1～2mm（取决于数控火焰切割机的精度），其对角线之差＜2mm[4-6]。材料利用率至少提高1%，达到93%以上。

该计算表的应用解决了以前先计算扇形大小半径、圆心角后，再用CAD作图法求取扇形大小弦长度、对角线长度及钢板净尺寸的长度和宽度，最终完成筒体钢板材料的计划提报以及各种检验数据的确定，通常需要一周时间才能完成的工作缩短为当天完成。计算精度可以达到0.001mm。

在总结以往工作经验的基础上，不断的完善和深入挖掘在手工作的精度，利用现代化办公软件和先进的计算、分析程序，把同类型工作形成公式化工作流程，提高同类型工作（比如塔筒的制造）的工作效率。

[1]范钦珊.数学手册（电子版）[Z].清华大学.北京.高等教育出版社2006.

[2]郑纬民.计算机应用基础Excel 2003电子表格系统.中央广播电视大学出版社[Z].2003.

[3]韩军杰.金风MW塔架技术条件[Z].Q/GW 2CG.60.2-2011.金风科技股份有限公司.

[4]中国机械工业联合会.风力发电机组塔架.GB/T19072-2010[Z].全国风力机械标准化技术委员会.

S220.4