新型海上風(fēng)機(jī)浮式基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與風(fēng)機(jī)系統(tǒng)耦合動(dòng)力分析(1)

1、新型海上風(fēng)機(jī)浮式基礎(chǔ)設(shè)計(jì)新型海上風(fēng)機(jī)浮式基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與風(fēng)機(jī)系統(tǒng)與風(fēng)機(jī)系統(tǒng)耦合耦合動(dòng)力動(dòng)力分析分析ANewFloatingPlatfmDesigntheCoupledDynamicAnalysisoftheOffsheWindTurbineSystem一級(jí)學(xué)科：船舶與海洋工程學(xué)科專(zhuān)業(yè)：船舶與海洋工程研究生：李嘉文指導(dǎo)教師：唐友剛教授天津大學(xué)建筑工程學(xué)院二零一四年五月摘要本文結(jié)合我國(guó)發(fā)展需求，展開(kāi)了關(guān)于浮式海上風(fēng)機(jī)的研究。在五十米至八十米水深的

2、深海和淺海間的過(guò)度海域，傳統(tǒng)的Spar式浮式基礎(chǔ)由于吃水過(guò)深、排水體積過(guò)大而不再適用。為了利用該海域的海上風(fēng)能，減少海上風(fēng)能成本，本文設(shè)計(jì)了一種新型海上風(fēng)機(jī)浮式基礎(chǔ)。針對(duì)該浮式基礎(chǔ)，本文建立了風(fēng)機(jī)塔柱基礎(chǔ)系泊線(xiàn)耦合的分析模型，對(duì)其施加包括二階波浪力在內(nèi)的水動(dòng)力載荷及空氣動(dòng)力載荷，開(kāi)發(fā)了一種耦合動(dòng)力響應(yīng)預(yù)報(bào)的數(shù)值工具。為了研究二階差頻波浪力對(duì)浮式基礎(chǔ)運(yùn)動(dòng)響應(yīng)的重要性，研究工作建立了一階和二階兩種耦合分析模型，并對(duì)數(shù)值工具的模擬能力進(jìn)行驗(yàn)證

3、。運(yùn)用本文開(kāi)發(fā)的數(shù)值工具，研究工作對(duì)所設(shè)計(jì)的新型浮式基礎(chǔ)的六個(gè)自由度響應(yīng)進(jìn)行了空氣動(dòng)力水動(dòng)力時(shí)域耦合分析。根據(jù)海上風(fēng)機(jī)作業(yè)情況，使用一階和二階模型分別模擬海上風(fēng)機(jī)在工作和自存兩種海況下的運(yùn)動(dòng)，分析二階差頻波浪力對(duì)浮式基礎(chǔ)運(yùn)動(dòng)響應(yīng)的影響，以及浮式基礎(chǔ)在不同載荷作用下的運(yùn)動(dòng)性能。通過(guò)對(duì)比運(yùn)動(dòng)響應(yīng)的時(shí)間歷程、響應(yīng)譜和纜繩張力的統(tǒng)計(jì)值，可以發(fā)現(xiàn)二階波浪力對(duì)海上風(fēng)機(jī)運(yùn)動(dòng)響應(yīng)和纜繩受力有明顯作用，計(jì)算中不應(yīng)忽略，否則可能會(huì)影響海上風(fēng)機(jī)的作業(yè)和自存安

4、全。其中工作海況下由于存在風(fēng)機(jī)的空氣動(dòng)力載荷，主導(dǎo)了運(yùn)動(dòng)響應(yīng)，因此二階波浪力的作用沒(méi)有自存海況下顯著。海上風(fēng)機(jī)受到水動(dòng)力載荷和風(fēng)載荷的聯(lián)合作用，受力復(fù)雜，環(huán)境載荷的入射方向會(huì)對(duì)運(yùn)動(dòng)響應(yīng)造成影響，為了研究風(fēng)機(jī)系統(tǒng)在不同方向環(huán)境載荷作用下的響應(yīng)情況，本文進(jìn)行了五個(gè)入射角的模擬分析，分別對(duì)比了入射角在工作海況和自存海況下對(duì)運(yùn)動(dòng)響應(yīng)的影響。由于風(fēng)機(jī)在作業(yè)時(shí)控制系統(tǒng)會(huì)對(duì)葉片槳距角進(jìn)行調(diào)節(jié)，使發(fā)電機(jī)保持額定功率。當(dāng)控制系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)會(huì)出現(xiàn)葉片槳距角