海上漂浮式風(fēng)機(jī)支撐結(jié)構(gòu)初步設(shè)計(jì)及疲勞強(qiáng)度分析.pdf

1、風(fēng)能是一種清潔的可再生能源，而且海上風(fēng)電場正逐漸成為可再生能源開發(fā)的新方向。目前，由于深海風(fēng)電相比近海具有更多優(yōu)勢，因此海上風(fēng)電由近海固定式風(fēng)機(jī)向深海漂浮式風(fēng)機(jī)發(fā)展是一種必然趨勢。對于深海漂浮式風(fēng)力發(fā)電機(jī)來說，支撐結(jié)構(gòu)是其重要組成部分，承受水動(dòng)力與空氣動(dòng)力的雙重交變載荷，在20年的風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)壽命期內(nèi)，疲勞載荷循環(huán)次數(shù)很高，支撐結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度需要特別關(guān)注。
　　本文所設(shè)計(jì)的浮式風(fēng)機(jī)擬位于北大西洋的Stevenson地區(qū)某海域。首先參照

2、DNV海上鋼結(jié)構(gòu)物設(shè)計(jì)規(guī)范，對海上三浮體式風(fēng)機(jī)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)進(jìn)行初步設(shè)計(jì)；并基于海上風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范IEC61400-3確定了風(fēng)機(jī)運(yùn)動(dòng)響應(yīng)分析及總體強(qiáng)度分析的計(jì)算工況。然后計(jì)算得到浮式風(fēng)機(jī)整體結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)結(jié)果以及風(fēng)機(jī)在風(fēng)浪流等環(huán)境載荷與風(fēng)機(jī)載荷共同作用下的總體強(qiáng)度結(jié)果，并由此得到疲勞熱點(diǎn)位置。最后進(jìn)行分析得到支撐結(jié)構(gòu)疲勞熱點(diǎn)在疲勞工況下的疲勞載荷譜，進(jìn)而計(jì)算求得風(fēng)機(jī)支撐結(jié)構(gòu)的疲勞壽命。本文重點(diǎn)研究內(nèi)容及相關(guān)結(jié)論如下：
　?。?）采用DN

3、V規(guī)范中的載荷與抗力系數(shù)設(shè)計(jì)法對漂浮式風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的立柱板厚及桿件截面模量進(jìn)行了計(jì)算，分析獲得了浮式基礎(chǔ)在作業(yè)及自存海況下的最佳吃水；最后完成了海上漂浮式風(fēng)機(jī)支撐結(jié)構(gòu)的初步設(shè)計(jì)。
　　（2）對海上三浮體式風(fēng)機(jī)建立一體化模型，并根據(jù)IEC61400-3規(guī)范選定正常工作海況（6組）及百年一遇海況共7組工況對漂浮式風(fēng)機(jī)進(jìn)行風(fēng)浪流耦合作用下的動(dòng)力響應(yīng)分析。由計(jì)算結(jié)果可知此漂浮式風(fēng)力機(jī)在各種工況下的運(yùn)動(dòng)都在合理范圍內(nèi)，并且波浪載荷對結(jié)構(gòu)的垂

4、蕩運(yùn)動(dòng)影響較大，而風(fēng)速對結(jié)構(gòu)的縱蕩運(yùn)動(dòng)影響較大；隨著風(fēng)速的增加，結(jié)構(gòu)的縱蕩運(yùn)動(dòng)先增加再減小，在風(fēng)速達(dá)到風(fēng)機(jī)額定風(fēng)速時(shí)，結(jié)構(gòu)縱蕩運(yùn)動(dòng)達(dá)到最大值。
　　（3）考慮浮式風(fēng)機(jī)整體結(jié)構(gòu)所承受的所有載荷，包括：空氣動(dòng)力載荷、風(fēng)載荷、波浪載荷以及流載荷，分析浮式風(fēng)機(jī)支撐結(jié)構(gòu)在所有載荷共同作用下的總體強(qiáng)度，并根據(jù)DNV規(guī)范進(jìn)行總體強(qiáng)度校核。結(jié)果顯示浮式風(fēng)機(jī)支撐結(jié)構(gòu)總體強(qiáng)度滿足規(guī)范要求，并且在塔架與基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的連接處出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，本文將此高應(yīng)力區(qū)