海上風(fēng)機(jī)安裝中的軟著陸關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、風(fēng)能是一種清潔的永續(xù)能源，合理的利用和開發(fā)風(fēng)能是解決我國目前存在的能源緊張和環(huán)境壓力問題的有效途徑。經(jīng)過接近二十年的發(fā)展，海上風(fēng)電技術(shù)正日趨成熟，并開始進(jìn)入大規(guī)模開發(fā)階段。由于海上環(huán)境的特殊性，海上風(fēng)電場建設(shè)工程中存在比陸上風(fēng)電更多的技術(shù)難題需要攻克，包括風(fēng)機(jī)底座的固定，海洋風(fēng)的侵蝕性防護(hù)、海上風(fēng)機(jī)的運(yùn)輸以及海上風(fēng)機(jī)安裝等，其中，海上風(fēng)機(jī)安裝是海上風(fēng)電場建設(shè)中最突出的難點(diǎn)之一。海上風(fēng)機(jī)在安裝過程中，由于起重船在海洋中的搖蕩運(yùn)動使得風(fēng)機(jī)不

2、可避免的產(chǎn)生晃動，這種晃動可能造成風(fēng)機(jī)與海上基礎(chǔ)平臺的碰撞甚至多次碰撞，而造成風(fēng)機(jī)損壞。因此，設(shè)計(jì)滿足在海上惡劣環(huán)境下風(fēng)機(jī)安裝的軟著陸系統(tǒng)成為一個亟待解決的問題。
　　 本論文以海上風(fēng)機(jī)安裝為背景，以研制出滿足惡劣環(huán)境下海上風(fēng)機(jī)安裝的軟著陸系統(tǒng)為目標(biāo)，采用理論分析和試驗(yàn)研究相結(jié)合的方法，解決海上風(fēng)機(jī)安裝中軟著陸系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。目前該軟著陸系統(tǒng)已經(jīng)成功地應(yīng)用于上海東海大橋海上風(fēng)電場的34臺風(fēng)機(jī)的安裝。
　　 論文首先研究了

3、大質(zhì)量海上風(fēng)機(jī)在吊裝過程中的動力學(xué)特性。對起重船．風(fēng)機(jī)吊物系統(tǒng)的建模方法進(jìn)行了研究。建立的耦合模型不僅考慮了船體在海面上的縱蕩、橫蕩、升沉、橫搖、縱搖和首搖，還考慮了風(fēng)機(jī)的面內(nèi)外擺角以及吊索的彈性變形。計(jì)算分析了起重船以及風(fēng)機(jī)在不同外界激勵下的動態(tài)響應(yīng)及耦合關(guān)系。并基于實(shí)際海況下測試的駁船運(yùn)動參數(shù)，驗(yàn)證了模型的有效性。
　　 其次研究了海上風(fēng)機(jī)在安裝對接過程中的相關(guān)動力學(xué)問題，分別建立了海上風(fēng)機(jī)安裝的硬著陸模型和軟著陸模型，考慮

4、了由于風(fēng)機(jī)著陸、吊索松弛等因素引起的系統(tǒng)的不連續(xù)性，采用Newmark法和Baumgutar違約穩(wěn)定法對模型進(jìn)行求解，從時域的角度分析了海上風(fēng)機(jī)安裝過程中的動態(tài)特性以及影響因素。并研究了不同剛度和不同阻尼在沖擊載荷以及吊臂端升沉運(yùn)動和吊鉤放繩運(yùn)動復(fù)合激勵下最優(yōu)參數(shù)的選取原則。最后得到了滿足海上風(fēng)機(jī)安裝要求的軟著陸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的參數(shù)選取原則。
　　 基于理論分析，對軟著陸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行了研究，對其核心部件即緩沖器進(jìn)行了詳細(xì)的結(jié)構(gòu)

5、設(shè)計(jì)、強(qiáng)度檢驗(yàn)以及建模分析。在此基礎(chǔ)上，充分考慮緩沖器作為液壓元件的特性，建立了包括滑輪、吊索、風(fēng)機(jī)和緩沖器在內(nèi)的軟著陸系統(tǒng)模型，并在不同海況安裝條件下，對軟著陸系統(tǒng)的性能進(jìn)行了仿真計(jì)算，最終研制出了符合要求的軟著陸系統(tǒng)。為了驗(yàn)證該系統(tǒng)的實(shí)際作用效果，分別對單個緩沖器以及組合完成的軟著陸系統(tǒng)進(jìn)行了動態(tài)自由墜落試驗(yàn)，驗(yàn)證了數(shù)學(xué)模型的正確性和軟著陸系統(tǒng)設(shè)計(jì)的有效性。
　　 最后為了拓寬原有軟著陸系統(tǒng)在多變的海上安裝條件下的適用范圍，