新型串聯(lián)浮筒張力腿式風力機水動力性能研究.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電的研究已經(jīng)十分成熟，海上風電正快速發(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力機具有非常重要的意義。由于在水深超過50m的海域，張力腿式風力機結構具有較大的經(jīng)濟性，故很適合作為海上浮式風力機基礎。由于張力腿式結構屬于半順應式半固定式結構，故張力腿式風

2、力機的水平運動較大，垂向運動較好。然而海上風力機受到的水平風荷載的作用較大，因此有效抑制風力機平臺的水平運動響應對于提高張力腿式風力機的穩(wěn)定性和發(fā)電能力十分重要。本文以串聯(lián)浮筒張力腿式風力機為研究對象，詳細討論了在張力筋腱上串聯(lián)浮筒對風力機水平運動響應的抑制效果，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)對縱蕩響應的抑制效果，并對新型串聯(lián)浮筒的水深適應性進行了驗證。
　　首先，采用頻域分析的方法，推導了新型串聯(lián)浮筒張力腿

3、式風力機的系泊剛度矩陣、系泊阻尼、粘性阻尼，構建了頻域運動方程。基于擬靜力分析的方法分析了不同浮筒參數(shù)對串聯(lián)浮筒抑制風力機水平運動效果的影響，結果表明增大浮筒浮力、提高浮筒串聯(lián)位置能顯著提升結構的水平回復力。
　　其次，基于時域的方法深入討論了不同浮筒參數(shù)對張力腿式風力機運動響應的影響，并利用模態(tài)分析的方法研究了張力筋腱模態(tài)與風力機運動響應抑制段的關系，結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)對應的振動周期，進而使運

4、動響應抑制段覆蓋常見波浪段。
　　再次，研究了串聯(lián)浮筒張力腿式風力機在南海某海域工作海況下的水動力性能，并對串聯(lián)浮筒張力腿式風力機水深適應性進行探索。結果表明在工作海況下串聯(lián)浮筒能有效抑制風力機的縱蕩運動響應，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)浮筒張力腿式風力機的時