近海風電機組支撐體系的結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)研究.pdf

1、能源危機與低碳經(jīng)濟是全世界面臨的共同問題,風力發(fā)電是清潔的可再生新能源,近海是建設(shè)風力發(fā)電場的理想場所。但隨著風機單機功率的增大,塔架一承臺-基礎(chǔ)樁組成的機組支撐體系,在波浪、潮汐、風、機電的動力荷載作用下的動力安全逐漸成為一關(guān)鍵技術(shù)難題。
　　 本文依托東海大橋近海風電場示范工程,研究了近海風力發(fā)電機組的基礎(chǔ)樁群潮汐水動力脈動特性、承臺-樁群的結(jié)構(gòu)動特性、支撐體系自振特性及多類荷載作用下結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng),分析評價其動力安全,取得

2、以下成果:
　　 (1)通過水工模型試驗研究對稱排列的8圓柱基礎(chǔ)樁群潮汐流水動力脈動特性,使用PIV測量承臺繞流流場。研究表明,雷諾數(shù)在亞臨界區(qū)圓柱繞流的邊界層和尾流均為湍流,且湍流中存在“疑似”脫落的旋渦。受鄰樁影響8圓柱斜樁群脈動壓力分布復(fù)雜:并列柱影響大于串列;受間隙流和尾流影響,柱內(nèi)側(cè)出現(xiàn)谷值,內(nèi)外側(cè)不對稱；斜柱使分離層和尾流發(fā)生偏離,形成疊加產(chǎn)生較大的脈動壓力峰值；柱群中流向兩側(cè)柱的脈動壓力較大,分布規(guī)律較復(fù)雜。圓柱越

3、多,小間距下St數(shù)越小,旋渦脫落頻率越低,且此小間距比的上限范圍越大。
　　 (2)采用實驗?zāi)B(tài)分析方法研究承臺-樁群的結(jié)構(gòu)動特性,對比潮汐水動力特性分析其流激振動。結(jié)果揭示,塔架-承臺-樁群的整體彎曲模態(tài)頻率遠遠脫離潮汐流脈動高能區(qū),潮汐流脈動單獨作用對基礎(chǔ)樁振動影響不大,但波浪力的作用不容忽視。
　　 (3)通過建立支撐體系有限元模型研究其自振特性,分析大功率風機質(zhì)量、基礎(chǔ)樁數(shù)量對自振特性影響。分析認為,風機質(zhì)量對支

4、撐體系低階自振頻率影響較大；樁數(shù)減少自振頻率稍有降低,影響較小。在滿足安全條件下,可以適量減少樁的數(shù)量以省投資,同時改善繞流流態(tài)。
　　 (4)考慮水、風、機電各類動力荷載作用的機組支撐體系動力響應(yīng)有限元計算得出,承臺與樁群的位移較小,塔架頂部出現(xiàn)相對較大位移；位移響應(yīng)與結(jié)構(gòu)一階自振振型相近,主要系潮汐流、風渦等低頻動力作用；風是主要荷載,水力荷載次之,機電荷載基本可以忽略。支撐體系的動力安全應(yīng)從塔架高度、水力脈動特性、基本風壓