垂直軸水輪機(jī)電站載體運(yùn)動(dòng)模擬平臺(tái)研究.pdf

1、漂浮式潮流電站的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，載體的搖蕩運(yùn)動(dòng)會(huì)降低水輪機(jī)的工作性能、預(yù)期壽命和可靠性，為了準(zhǔn)確評(píng)估這種影響需要建造模擬平臺(tái)進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)。模擬平臺(tái)要能重現(xiàn)載體的6自由度搖蕩運(yùn)動(dòng)，其液壓缸需要配合動(dòng)作并能輸出足夠大的驅(qū)動(dòng)力以克服實(shí)驗(yàn)過程中水輪機(jī)的流體載荷及其慣性力。本文先研究潮流電站載體運(yùn)動(dòng)響應(yīng)和垂直軸水輪機(jī)在主軸運(yùn)動(dòng)時(shí)水動(dòng)力，以提供模擬平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)學(xué)要求和載荷要求，然后對(duì)6-UPU型的并聯(lián)模擬平臺(tái)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)研究。
　　本文首先

2、建立載體坐標(biāo)系、載體平行坐標(biāo)系和北東坐標(biāo)系以描述載體運(yùn)動(dòng)，并對(duì)垂直軸水輪機(jī)電站載體進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析；運(yùn)用DNV SESAM的DeepC模塊建立載體的結(jié)構(gòu)模型，在浮式載體濕面添加水壓并劃分網(wǎng)格；在HydroD模塊中，導(dǎo)入網(wǎng)格模型，添加波浪參數(shù)，建立載體水動(dòng)力模型并調(diào)用WADAM和WASIM程序求解，經(jīng)后處理得到潮流電站載體的6自由度頻域和時(shí)域運(yùn)動(dòng)響應(yīng)。
　　其次，根據(jù)潮流電站載體穩(wěn)態(tài)搖蕩時(shí)域響應(yīng)，分析載體上水輪機(jī)主軸的運(yùn)動(dòng)規(guī)律

3、，得到主軸相對(duì)于水流的速度沿軸向的分布；以水流速度與主軸速度的矢量差在主軸垂直面內(nèi)的投影來分析垂直軸水輪機(jī)的水動(dòng)力；運(yùn)用Glauert原理和葉素理論求解水輪機(jī)處的來流速率沿主軸方向的分布，進(jìn)而積分得到垂直軸水輪機(jī)整個(gè)葉輪在主軸隨載體運(yùn)動(dòng)時(shí)的水動(dòng)力。
　　再次，根據(jù)并聯(lián)機(jī)構(gòu)模擬平臺(tái)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，推導(dǎo)其運(yùn)動(dòng)學(xué)方程；根據(jù)潮流電站載體搖蕩6自由度時(shí)域響應(yīng)，分別計(jì)算模擬平臺(tái)動(dòng)平臺(tái)跟蹤載體搖蕩運(yùn)動(dòng)時(shí)考慮載體垂蕩和艏搖與忽略垂蕩和艏搖的兩種情況下

4、模擬平臺(tái)運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解；為求解模擬平臺(tái)位姿正解，采用Broyden修正的擬牛頓法，并在Mathematica中編程計(jì)算；根據(jù)實(shí)例正解求解結(jié)果，給出獲得合適初始迭代初值的建議。
　　最后，設(shè)計(jì)一臺(tái)垂直軸水輪機(jī)，在UG中運(yùn)用自上而下的建模方法繪制模擬平臺(tái)和水輪機(jī)的完整三維模型，經(jīng)零件合并、適當(dāng)簡(jiǎn)化后導(dǎo)入ADAMS進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真；在ADAMS中添加約束、驅(qū)動(dòng)和作用力，驅(qū)動(dòng)采用前面計(jì)算的模擬平臺(tái)運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解，作用力采用前面計(jì)算的水輪機(jī)在主軸隨載