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摘要：近两年来，国内外风电产品市场竞争日趋激烈，风电机组型号越来越多，质量要求也越来越高。由于国内风电行业的抢购，交货期很短。面对这种市场形势，如何在保证风电机组质量的前提下，满足用户多样化的需求，降低成本，按期交货，是每个主机厂商面临的严峻考验。
关键词：风力发电;机组;塔筒参数化;设计
1风能开发利用
长期以来，经济发展大多是以有限的能源为代价，如煤炭、石油和其他矿产。因此，能源枯竭和环境污染问题日益严重，引起了世界各国的关注。为了保证人类生存环境的质量和可持续发展，必须通过切实可行的措施来解决环境问题和能源问题。不可再生资源需要控制、合理配置和利用，无公害可再生能源需要开发利用，如水能、太阳能、风能等。
中国幅员辽阔，地形类型多样，风能资源丰富。与常规能源发电相比，风力发电具有成本低、无污染、不破坏周边生态环境等优点。在风能和电能的转换过程中，风力发电机组是其利用的重要组成部分。随着科学技术的迅速发展和应用，风力发电机组的控制技术得到了整体优化和改进，提高了其可靠性、效率和应用的智能性。基于风力发电设施体积小、结构简单的特点，不仅占地面积小，而且实施过程复杂度低，建设周期相对较短，有效地保证了经济效益和社会效益。特别是近年来，国家对风电开发企业给予了重要的政策引导和支持，使风电产业得到快速发展，加强了风能开发利用效率，也大大提高了风电机组控制技术的发展速度。
2参数化设计原理
参数化设计是新一代智能化、自动化设计的热门手段之一，其基本思想是對于结构类似但规格不同的产品，实际设计时的差别仅在于特定的若干关键技术参数的选择，通过改动图形的某一部分或某几部分的尺寸，或修改已定义好的零件参数，自动完成对图形中相关部分的改动，从而实现对图形的驱动。利用SolidWorks丰富的API函数接口，采用Visual Basic对其进行二次开发，生成风机塔筒结构参数化设计程序，从而实现塔筒结构的参数化自动建模，有效减少了设计人员的重复工作量。
参数化尺寸驱动的方式可以大大提高零部件设计和修改的速度，在产品的系列设计、相似设计等方面都具有较大的应用价值。参数化设计记录了产品设计的全过程，能设计出一系列而非单一的在形状和功能上具有相似性的产品或零件，同一系列产品的第二次设计可直接通过修改第一次设计来实现，从而缩短产品的整个开发周期。
3风力发电机组塔筒参数化设计
3.1 塔筒参数化设计方法
风电机组塔架参数化设计的常用方法有模块法和程序法。模块化方法是将不同型号或项目的相似部件设置成多个模块，每个部件设置多个模块，在塔架组装时根据实际需要选择每个模块进行组装。程序方法是通过程序创建组件。此方法需要将组件的所有维度设置为全局变量。
对该系列塔的结构和组成进行了梳理和分析。塔架的主要结构一般包括基础部分、底部部分、第二部分、第三部分、第四部分和顶部部分，如图1所示。对塔架的部分部件，如高强度螺栓、法兰接地部件等进行了整理和设计。建立了塔筒体通用零件库，实现了筒体、平台、内件等零件的参数化。如果只采用模块化方法，就不能实现塔壳等部分零件的参数化设计，很难完成塔架装配中各部件的全部尺寸，也不能完全应用于塔架各部件的参数化设计。因此，风电机组塔架的参数化设计采用模块法与程序法相结合的方法。
风电机组塔架参数化设计的关键在于，无论采用何种方法，都应将需要修改的尺寸设定为全局变量，并根据逻辑关系和全局变量大小建立相应的其他相关尺寸方程。在参数化设计中，根据不同模型或工程的全局变量参数建立参数表，完成全局变量参数的修改，实现各构件和塔架组件的参数化设计。
3.2塔筒主体参数化设计
风力发电机组塔筒的一般设计程序为综合风机的功率、风电场的风资源数据、叶片的翼型、传动链的传动形式、机舱轮毂等总重量等数据，经过载荷计算与工程算法得到塔筒的主体参数，如塔筒的段数、高度、直径、壁厚等。由于每个机型或项目筒体的外形尺寸会发生变化，因此须将这些尺寸设置成全局变量。
塔筒主体参数化设计中，每段塔筒节数等并不能确定，很难对所有外形建立模块，因此不能采用模块法;而通过工程算法计算后能够得到筒体主体的所有尺寸，所以程序法会更适用于塔筒主体参数化设计。利用SolidWorks中的设计表格，将基本外形尺寸参数与Excel设计表相关联，通过更改设计表中的尺寸参数实现塔筒主体的参数化设计，大大缩短了塔筒主体图纸的生成时间。
3.3 塔筒平台附件参数化设计
塔筒内部附件设计构造看似多而杂，其实布置原理基本一致，同种功率机型的塔筒内附件设计相差不大。按照一定装配规律，利用原始驱动尺寸来驱动其他变化的尺寸，产生一系列的平台结构参数化设计。
塔筒平台参数化设计中，整理所有尺寸参数难度很大，因此不适合采用程序法;而同种机型塔筒平台相差不大，因此可以采用模块法将常用平台设置成不同模块会更智能。在平台模块中只需将平台直径设置为全局变量，根据逻辑关系与筒体外径、壁厚等原始尺寸建立方程式，如塔筒某段平台装配水平轴塔筒外径为L、壁厚为h，根据逻辑关系可以得到平台外径L平台=（L/2-h-15）×2。螺栓孔数、物料口等开口尺寸、平台梁尺寸等根据需求与全局变量建立相应的方程式，跟随全局变量的改变而发生相应的改变。
3.4塔筒其他内附件参数化设计
除平台外，塔筒其他内部附件数量较多，装配逻辑较为复杂。因此，在参数化设计中解决这一问题的最佳方法是将这些内部附件设计成尽可能标准的零件。塔筒内件基本上有两种，一种是外形尺寸参数完全确定的内件，另一种是有一个或几个尺寸参数需要改变的内件。
对于外形尺寸参数完全确定的内部附件，如灭火器支架、主缆夹等，将不同型号的各种形式设置成多个模块。每个模块的形状参数都是完全确定的，只需要将其安装元素设置为全局变量。塔架标准件的安装要素包括安装圆直径、安装基准面角度和安装高度。因此，理清内部附件与塔筒焊接体的安装逻辑关系，即可完成参数化设计。
对于需要改变一个或多个尺寸参数的内部附件，如每段梯子、照明电缆架等，在将安装元件设置为全局变量的基础上，将可变尺寸参数设置为全局变量。这种内部附件在安装过程中还需要注意组件下的某个部件和塔体的相关尺寸和要求，因此这类内部附件需要在参数化设计后进行人工检查和修改。
结论
在通用设计的前提下，将参数化设计应用于塔架设计，规范了塔架设计过程和设计方法。结合模块化设计方法，形成塔架系列化，大大提高了风电机组新产品开发的速度和质量，缩短了设计周期，降低了设计成本，提高了产品的市场竞争力，拓展了设计人员的设计思路，提供了高效的方便性和可操作性为风电机组产品的优化升级或再开发设计，也为提高风电机组标准化水平提供了新思路。
参考文献：
[1] 刁帅.双馈式风力发电机塔筒参数化设计研究[J].中国高新技术企业，2016，（20）：139-140.
[2] 郭海涛.风力发电机及风力发电控制技术分析[J].民营科技，2016，（4）：6.
[3] 姚兴佳，谢洪放，朱江生等.基于LMI的5MW海上风力发电机组载荷控制技术研究[J].可再生能源，2016，34（1）：44-48.
[4] 赵阳阳，杨秀敏，王森.风力发电系统机械变频控制技术[J].微电机，2017，50（9）：59-62.
关键词：风力发电;机组;塔筒参数化;设计
1风能开发利用
长期以来，经济发展大多是以有限的能源为代价，如煤炭、石油和其他矿产。因此，能源枯竭和环境污染问题日益严重，引起了世界各国的关注。为了保证人类生存环境的质量和可持续发展，必须通过切实可行的措施来解决环境问题和能源问题。不可再生资源需要控制、合理配置和利用，无公害可再生能源需要开发利用，如水能、太阳能、风能等。
中国幅员辽阔，地形类型多样，风能资源丰富。与常规能源发电相比，风力发电具有成本低、无污染、不破坏周边生态环境等优点。在风能和电能的转换过程中，风力发电机组是其利用的重要组成部分。随着科学技术的迅速发展和应用，风力发电机组的控制技术得到了整体优化和改进，提高了其可靠性、效率和应用的智能性。基于风力发电设施体积小、结构简单的特点，不仅占地面积小，而且实施过程复杂度低，建设周期相对较短，有效地保证了经济效益和社会效益。特别是近年来，国家对风电开发企业给予了重要的政策引导和支持，使风电产业得到快速发展，加强了风能开发利用效率，也大大提高了风电机组控制技术的发展速度。
2参数化设计原理
参数化设计是新一代智能化、自动化设计的热门手段之一，其基本思想是對于结构类似但规格不同的产品，实际设计时的差别仅在于特定的若干关键技术参数的选择，通过改动图形的某一部分或某几部分的尺寸，或修改已定义好的零件参数，自动完成对图形中相关部分的改动，从而实现对图形的驱动。利用SolidWorks丰富的API函数接口，采用Visual Basic对其进行二次开发，生成风机塔筒结构参数化设计程序，从而实现塔筒结构的参数化自动建模，有效减少了设计人员的重复工作量。
参数化尺寸驱动的方式可以大大提高零部件设计和修改的速度，在产品的系列设计、相似设计等方面都具有较大的应用价值。参数化设计记录了产品设计的全过程，能设计出一系列而非单一的在形状和功能上具有相似性的产品或零件，同一系列产品的第二次设计可直接通过修改第一次设计来实现，从而缩短产品的整个开发周期。
3风力发电机组塔筒参数化设计
3.1 塔筒参数化设计方法
风电机组塔架参数化设计的常用方法有模块法和程序法。模块化方法是将不同型号或项目的相似部件设置成多个模块，每个部件设置多个模块，在塔架组装时根据实际需要选择每个模块进行组装。程序方法是通过程序创建组件。此方法需要将组件的所有维度设置为全局变量。
对该系列塔的结构和组成进行了梳理和分析。塔架的主要结构一般包括基础部分、底部部分、第二部分、第三部分、第四部分和顶部部分，如图1所示。对塔架的部分部件，如高强度螺栓、法兰接地部件等进行了整理和设计。建立了塔筒体通用零件库，实现了筒体、平台、内件等零件的参数化。如果只采用模块化方法，就不能实现塔壳等部分零件的参数化设计，很难完成塔架装配中各部件的全部尺寸，也不能完全应用于塔架各部件的参数化设计。因此，风电机组塔架的参数化设计采用模块法与程序法相结合的方法。
风电机组塔架参数化设计的关键在于，无论采用何种方法，都应将需要修改的尺寸设定为全局变量，并根据逻辑关系和全局变量大小建立相应的其他相关尺寸方程。在参数化设计中，根据不同模型或工程的全局变量参数建立参数表，完成全局变量参数的修改，实现各构件和塔架组件的参数化设计。
3.2塔筒主体参数化设计
风力发电机组塔筒的一般设计程序为综合风机的功率、风电场的风资源数据、叶片的翼型、传动链的传动形式、机舱轮毂等总重量等数据，经过载荷计算与工程算法得到塔筒的主体参数，如塔筒的段数、高度、直径、壁厚等。由于每个机型或项目筒体的外形尺寸会发生变化，因此须将这些尺寸设置成全局变量。
塔筒主体参数化设计中，每段塔筒节数等并不能确定，很难对所有外形建立模块，因此不能采用模块法;而通过工程算法计算后能够得到筒体主体的所有尺寸，所以程序法会更适用于塔筒主体参数化设计。利用SolidWorks中的设计表格，将基本外形尺寸参数与Excel设计表相关联，通过更改设计表中的尺寸参数实现塔筒主体的参数化设计，大大缩短了塔筒主体图纸的生成时间。
3.3 塔筒平台附件参数化设计
塔筒内部附件设计构造看似多而杂，其实布置原理基本一致，同种功率机型的塔筒内附件设计相差不大。按照一定装配规律，利用原始驱动尺寸来驱动其他变化的尺寸，产生一系列的平台结构参数化设计。
塔筒平台参数化设计中，整理所有尺寸参数难度很大，因此不适合采用程序法;而同种机型塔筒平台相差不大，因此可以采用模块法将常用平台设置成不同模块会更智能。在平台模块中只需将平台直径设置为全局变量，根据逻辑关系与筒体外径、壁厚等原始尺寸建立方程式，如塔筒某段平台装配水平轴塔筒外径为L、壁厚为h，根据逻辑关系可以得到平台外径L平台=（L/2-h-15）×2。螺栓孔数、物料口等开口尺寸、平台梁尺寸等根据需求与全局变量建立相应的方程式，跟随全局变量的改变而发生相应的改变。
3.4塔筒其他内附件参数化设计
除平台外，塔筒其他内部附件数量较多，装配逻辑较为复杂。因此，在参数化设计中解决这一问题的最佳方法是将这些内部附件设计成尽可能标准的零件。塔筒内件基本上有两种，一种是外形尺寸参数完全确定的内件，另一种是有一个或几个尺寸参数需要改变的内件。
对于外形尺寸参数完全确定的内部附件，如灭火器支架、主缆夹等，将不同型号的各种形式设置成多个模块。每个模块的形状参数都是完全确定的，只需要将其安装元素设置为全局变量。塔架标准件的安装要素包括安装圆直径、安装基准面角度和安装高度。因此，理清内部附件与塔筒焊接体的安装逻辑关系，即可完成参数化设计。
对于需要改变一个或多个尺寸参数的内部附件，如每段梯子、照明电缆架等，在将安装元件设置为全局变量的基础上，将可变尺寸参数设置为全局变量。这种内部附件在安装过程中还需要注意组件下的某个部件和塔体的相关尺寸和要求，因此这类内部附件需要在参数化设计后进行人工检查和修改。
结论
在通用设计的前提下，将参数化设计应用于塔架设计，规范了塔架设计过程和设计方法。结合模块化设计方法，形成塔架系列化，大大提高了风电机组新产品开发的速度和质量，缩短了设计周期，降低了设计成本，提高了产品的市场竞争力，拓展了设计人员的设计思路，提供了高效的方便性和可操作性为风电机组产品的优化升级或再开发设计，也为提高风电机组标准化水平提供了新思路。
参考文献：
[1] 刁帅.双馈式风力发电机塔筒参数化设计研究[J].中国高新技术企业，2016，（20）：139-140.
[2] 郭海涛.风力发电机及风力发电控制技术分析[J].民营科技，2016，（4）：6.
[3] 姚兴佳，谢洪放，朱江生等.基于LMI的5MW海上风力发电机组载荷控制技术研究[J].可再生能源，2016，34（1）：44-48.
[4] 赵阳阳，杨秀敏，王森.风力发电系统机械变频控制技术[J].微电机，2017，50（9）：59-62.