陸上或海上風(fēng)電支撐結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計
雙碳目標(biāo)下,我國正逐步構(gòu)建起以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)。風(fēng)電是其中關(guān)鍵一環(huán),發(fā)揮著愈加重要的作用。隨著風(fēng)電機組的高度變高,以節(jié)省成本為目的進(jìn)行結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計是當(dāng)前風(fēng)電發(fā)展的必然方向。其中海工基礎(chǔ)與風(fēng)電機組由于設(shè)計分工不同,國內(nèi)一直沿用傳統(tǒng)的分離式設(shè)計,在塔架底部進(jìn)行數(shù)據(jù)交互與迭代設(shè)計,導(dǎo)致投資占比增高,設(shè)計方法冗余度大,建設(shè)階段成本浪費。如何解決分離式設(shè)計的弊端,開發(fā)更高效的一體化輕量化設(shè)計方法是破局痛點的關(guān)鍵所在。
針對鋼制塔筒結(jié)構(gòu),開展失效型式分析,考察不同參數(shù)對鋼筒性能的影響;針對海上風(fēng)電機組基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)成本高、材料浪費嚴(yán)重的問題,以NREL 5MW海上風(fēng)電機組的三腳架和導(dǎo)管架基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)為例開展拓?fù)鋬?yōu)化輕量化設(shè)計研究,最終實現(xiàn)結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計,得到性能更優(yōu),質(zhì)量更輕的海上風(fēng)電機組基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。
創(chuàng)新點
針對鋼制塔筒結(jié)構(gòu),開展了各類失效型式分析,并考察了設(shè)計參數(shù)對結(jié)果的影響,形成一套鋼制塔筒輕量化設(shè)計方法。
以5MW海上風(fēng)電機組模型作為參考模型,將拓?fù)鋬?yōu)化方法引入海上風(fēng)電機組三腳架和導(dǎo)管架支撐結(jié)構(gòu)的輕量化設(shè)計,并進(jìn)行模態(tài)分析、剛強度計算,得到一套在概念設(shè)計階段、考慮結(jié)構(gòu)-載荷耦合效應(yīng)下海上風(fēng)電機組三腳架和多導(dǎo)管架的拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計及仿真流程。
市場前景
在目前陸上、海上風(fēng)電機組大型化的趨勢下,結(jié)構(gòu)的安全設(shè)計、輕量化設(shè)計將會成為制約行業(yè)發(fā)展的一個重要難題,而將拓?fù)鋬?yōu)化及有限元仿真引入風(fēng)電機組結(jié)構(gòu)設(shè)計中可有效解決此類問題。
應(yīng)用案例
航天萬源2MW直驅(qū)風(fēng)電機組塔筒,減重10tons;
5MW海上風(fēng)電機組三腳架支撐結(jié)構(gòu),減重276.54tons;
NREL 5MW海上風(fēng)電機組導(dǎo)管架支撐結(jié)構(gòu),最大位移減少14.89%、最大等效應(yīng)力減小26.66%。
獲獎情況
張承婉、楊曉宇、陳卓;指導(dǎo)教師:龍凱,一帶一路暨金磚國家技能發(fā)展與創(chuàng)新技術(shù)大賽-工程仿真創(chuàng)新設(shè)計賽項(研究生組),團體優(yōu)秀獎
張承婉;指導(dǎo)教師:龍凱,第三屆中國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)大賽二等獎
丁文杰,本科生,2020年畢業(yè),論文題目“塔筒法蘭螺栓疲勞失效機理和法蘭輕量化設(shè)計”,校級優(yōu)秀論文
丁文杰、李澤陽、季元、張承婉;指導(dǎo)老師:廖海濤、龍凱,兆瓦級海上風(fēng)力發(fā)電機組三腳架基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計與強度校核分析APP,第三屆中國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)大賽,工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)+數(shù)字仿真專業(yè)賽二等獎
張承婉、陸飛宇、張錦華;指導(dǎo)老師:龍凱,中國國際“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽北京賽區(qū)一等獎
張錦華,指導(dǎo)老師:龍凱,海上風(fēng)電機組多導(dǎo)管架的拓?fù)鋬?yōu)化方法研究.2020年北京市普通高校優(yōu)秀本科畢業(yè)設(shè)計(論文)
華北電力大學(xué)
2023-08-03