新型串聯(lián)浮筒張力腿式風(fēng)力機(jī)水動力性能研究.pdf

1、近年來，面對能源短缺、大氣污染及CO2等溫室氣體過度排放的壓力，人們對發(fā)展清潔能源的需求迫在眉睫。其中風(fēng)能作為一種古老的清潔能源，近些年來飛速發(fā)展。目前世界上對于陸上風(fēng)電的研究已經(jīng)十分成熟，海上風(fēng)電正快速發(fā)展。由于我國能源需求主要集中在中東部地區(qū)，因此研究海上浮式風(fēng)力機(jī)具有非常重要的意義。由于在水深超過50m的海域，張力腿式風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)具有較大的經(jīng)濟(jì)性，故很適合作為海上浮式風(fēng)力機(jī)基礎(chǔ)。由于張力腿式結(jié)構(gòu)屬于半順應(yīng)式半固定式結(jié)構(gòu)，故張力腿式風(fēng)

2、力機(jī)的水平運動較大，垂向運動較好。然而海上風(fēng)力機(jī)受到的水平風(fēng)荷載的作用較大，因此有效抑制風(fēng)力機(jī)平臺的水平運動響應(yīng)對于提高張力腿式風(fēng)力機(jī)的穩(wěn)定性和發(fā)電能力十分重要。本文以串聯(lián)浮筒張力腿式風(fēng)力機(jī)為研究對象，詳細(xì)討論了在張力筋腱上串聯(lián)浮筒對風(fēng)力機(jī)水平運動響應(yīng)的抑制效果，并通過頻域分析、時域仿真模擬等手段，探索不同浮筒參數(shù)對縱蕩響應(yīng)的抑制效果，并對新型串聯(lián)浮筒的水深適應(yīng)性進(jìn)行了驗證。
　　首先，采用頻域分析的方法，推導(dǎo)了新型串聯(lián)浮筒張力腿

3、式風(fēng)力機(jī)的系泊剛度矩陣、系泊阻尼、粘性阻尼，構(gòu)建了頻域運動方程。基于擬靜力分析的方法分析了不同浮筒參數(shù)對串聯(lián)浮筒抑制風(fēng)力機(jī)水平運動效果的影響，結(jié)果表明增大浮筒浮力、提高浮筒串聯(lián)位置能顯著提升結(jié)構(gòu)的水平回復(fù)力。
　　其次，基于時域的方法深入討論了不同浮筒參數(shù)對張力腿式風(fēng)力機(jī)運動響應(yīng)的影響，并利用模態(tài)分析的方法研究了張力筋腱模態(tài)與風(fēng)力機(jī)運動響應(yīng)抑制段的關(guān)系，結(jié)果表明提高浮筒位置，減小浮筒排水量可以減小張力腱模態(tài)對應(yīng)的振動周期，進(jìn)而使運

4、動響應(yīng)抑制段覆蓋常見波浪段。
　　再次，研究了串聯(lián)浮筒張力腿式風(fēng)力機(jī)在南海某海域工作海況下的水動力性能，并對串聯(lián)浮筒張力腿式風(fēng)力機(jī)水深適應(yīng)性進(jìn)行探索。結(jié)果表明在工作海況下串聯(lián)浮筒能有效抑制風(fēng)力機(jī)的縱蕩運動響應(yīng)，隨著水深增加，縱蕩抑制段左移，串聯(lián)浮筒將不再適用。
　　最后，由于傳統(tǒng)時域分析軟件不能很好地處理張力筋腱上串聯(lián)浮筒的問題，且不能計算浮筒的運動狀態(tài)，因此本文基于MATLAB軟件開發(fā)了適用于新型串聯(lián)浮筒張力腿式風(fēng)力機(jī)的時