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大型海上风机的半潜式浮动基础结构设计与性能分析

发布时间:2018-09-18 11:09
【摘要】:随着能源需求的不断增加,环境保护的逐渐重视,推动清洁的可再生能源发展愈发重要。风能是可再生绿色能源的一种,其开发与利用成为近年来的研究热点。相对于有限的陆地风能,海洋风能具有更广阔的发展前景。研究表明,固底式基础仅适用于小于60米水深的海域,而更深海域使用浮式基础经济性更高。目前,深海浮式风机基础在国际上处于样机试验阶段,国内尚属空白,相关设计方法和分析技术远未成熟。因此,本文将基于大型海上风机工作的特点,设计适用于较深海域的漂浮式风机基础,着重分析其水动力特性和结构特性。 通过对海上风机浮式基础主要类型的特点分析,参考国际上已开发样机的经验,,结合我国南海海域的海洋环境条件选定半潜式浮动基础为本文的主要研究对象。基础的外部结构形式借鉴了美国缅因大学发布的设计概念——DeepCWind,而海上风机选用了美国可再生能源实验室公布的5MW风机参数,并使用了悬链式系泊系统防止基础发生漂移。对于选定的半潜式浮动风机基础,首先验证了其作业和自存两种工况下的优良稳性特征;其次,基于频域方法,计算并比较了有无系泊系统时的响应幅值因子变化和水动力系数的特点;最后,在时域内分析了浮动基础在三个方向下作业和自存两种工况的六自由度时历响应。水动力分析结果表明该基础能够满足5MW海上风机正常作业和自存工况的要求。 初步设计了半潜式浮动基础的内部结构。在总体强度分析中,采用了确定性设计波法,选定了7种设计波即不利的波浪荷载工况。分析了不同工况下载荷对结构的作用方式,校核了基础的总体强度与屈曲强度,其内部结构形式的布置、材料的选取是影响应力分布与大小的重要因素。本文工作将为海上半潜式浮动风机基础的设计提供参考。
[Abstract]:With the increasing of energy demand and environmental protection, it is more and more important to promote the development of clean renewable energy. Wind energy is a kind of renewable green energy, its development and utilization has become a research hotspot in recent years. Compared with limited land wind energy, ocean wind energy has a broader development prospect. The results show that the fixed bottom foundation is only suitable for the sea area with water depth of less than 60 meters, while the floating foundation is more economical in the deeper sea area. At present, the foundation of deep-sea floating fan is in the stage of prototype test in the world, but it is still blank in our country, and the related design method and analysis technology are far from mature. Therefore, based on the characteristics of large offshore fan, this paper will design the floating fan foundation suitable for deep sea area, and emphatically analyze its hydrodynamic and structural characteristics. Based on the analysis of the characteristics of the main types of floating foundation of offshore fan and the experience of the developed prototype in the world, the semi-submersible floating foundation is selected as the main research object of this paper in combination with the marine environmental conditions in the South China Sea area of China. The external structure of the foundation is based on the design concept issued by the University of Maine, DeepCWind.The offshore fan uses the parameters of the 5MW fan published by the American Renewable Energy Laboratory, and uses the hanging chain mooring system to prevent the drift of the foundation. For the selected semi-submersible floating fan foundation, the excellent stability characteristics of the two operating conditions are first verified. Secondly, based on the frequency-domain method, the stability of the semi-submersible floating fan is verified. The characteristics of response amplitude factor and hydrodynamic coefficient are calculated and compared with or without mooring system. Finally, the six-degree-of-freedom chronological responses of floating foundation operating in three directions and self-storage are analyzed in time domain. The hydrodynamic analysis results show that the foundation can meet the requirements of normal operation and self-storage of 5MW offshore fan. The internal structure of semi-submersible floating foundation is preliminarily designed. In the overall strength analysis, the deterministic design wave method is adopted, and seven kinds of design waves are selected as unfavorable wave load conditions. The effects of load on the structure under different working conditions are analyzed, and the overall strength and buckling strength of the foundation are checked. The layout of the internal structure and the selection of the material are the important factors affecting the stress distribution and size. The work of this paper will provide a reference for the design of the foundation of marine semi-submersible floating fan.
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:TU476

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本文编号:2247722

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