海上风机一体化运输安装船起吊装置研究

发布时间：2017-09-28 20:18

  本文关键词：海上风机一体化运输安装船起吊装置研究

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【摘要】：由于海洋风能资源丰富,风电技术的日益成熟,海上风电是最具备大规模开发潜力和商业利用价值的可再生能源。海上风机一体化运输安装船是能够一次性运输4台6MW风机整体的船舶,在船上设有风机整体起吊装置,可实现风机的整体安装。它与传统的安装方式相比,可同时运输多台整体式风机,也可实现风机的整体安装,工序简单,无需其它配套船舶,海上作业范围广,减少了海上风电场的作业时间,大大提高了工作效率。由于6MW风机的尺寸大型化,因此在对风机进行整体运输及起吊作业时,必需要设计一种既能固定风机整体又能对风机进行整体起吊的大型桁架结构及起重装置,而桁架的大型化必然导致船舶重心高度增加,使船舶的稳性降低。因此本文的难点是在风机作业桁架满足风机起吊高度和起重能力要求时,使船舶的重心降低、稳性提高,同时也使桁架重量最轻。本文对海上风机一体化运输安装船起吊装置进行研究的主要内容及结论如下:(1)本文根据对风机一体化安装的特殊要求,设计了能够进行海上风机整体运输和起吊的操作方案;完成了海上风机起重装置的总体方案设计,给出了起重机构的基本参数;并设计了起重装置中的起升机构和小车运行机构,对海上风机的起升机构和小车的运行机构的主要零部件进行了计算和选型。(2)根据小车运行机构中零部件的计算和选型,设计了海上风机侧挂起重小车架结构;根据海上风机的作业要求,计算了侧挂起重小车架的载荷;建立了风机侧挂起重小车架的有限元模型,对侧挂起重小车架的满载起升和小车的满载运行起、制动两种工况进行力学分析,得出小车架结构的整体受力情况和位移情况;根据分析后的结果,对小车架结构进行改进,使小车架结构在满足强度和刚度的前提下,其重量比原来减轻45.6%。(3)通过对海上风机的运输和起重状态进行分析,设计了能够固定风机和起吊风机的海上风机作业桁架;计算了海上风机作业桁架的载荷,同时建立了作业桁架的有限元模型,通过对作业桁架进行15种工况的受力分析,得出了作业桁架在不同工况下最大应力和最大位移,其结果表明海上风机整体作业桁架的最大应力小于材料的许用应力,桁架的强度满足要求。同时根据作业桁架的计算结果,给出了风机起重装置在进行海上作业时的一些使用建议。(4)最后利用ANSYS软件的优化功能,对海上风机作业桁架结构进行尺寸优化计算,得到了作业桁架结构尺寸的最优化方案。并对优化后的作业桁架的强度和刚度进行了重新计算,分析结果表明作业桁架在保证强度和刚度的前提下,其重量比原来减轻8%。从而使得作业桁架的总重量得到了减轻,降低了制造成本,同时也提高了安装船的稳性,得到了比较满意的结果。
【关键词】：风电安装船 风机一体化 侧挂起重小车 作业桁架 结构优化
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U674.34;U664.43
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 第1章 绪论13-19
• 1.1 课题的研究背景和意义13-14
• 1.2 海上风机安装的发展趋势及现状14-17
• 1.2.1 海上风机安装方式现状14-15
• 1.2.2 风电安装船的发展现状15-16
• 1.2.3 起重桁架的发展现状16-17
• 1.3 本文的主要研究内容及方法17-18
• 1.4 本文的体系结构18-19
• 第2章 海上风机起重装置的方案设计19-37
• 2.1 海上风机一体化运输和起吊方案19-24
• 2.1.1 海上风机一体化运输安装船设计方案19-20
• 2.1.2 海上风机起重装置的设计方案20-22
• 2.1.3 海上风机一体化起吊设计方案22-24
• 2.2 起升机构总体参数确定24-33
• 2.2.1 起升机构的传动原理24-25
• 2.2.2 设计标准及基本参数设计25
• 2.2.3 起升机构设计计算25-33
• 2.3 小车运行机构设计33-36
• 2.3.1 小车行走方案的选择33
• 2.3.2 单个小车运动参数的确定33-36
• 2.4 本章小结36-37
• 第3章 侧挂起重小车架结构设计及有限元分析37-53
• 3.1 小车架结构设计37-38
• 3.2 小车架运行工况分析38-40
• 3.2.1 工况一39-40
• 3.2.2 工况二40
• 3.3 载荷确定40-42
• 3.4 分析求解42-46
• 3.4.1 海上风机侧挂起重小车架实体模型的建立42-43
• 3.4.2 选择单元类型43-44
• 3.4.3 定义材料属性44
• 3.4.4 网格划分44-45
• 3.4.5 载荷施加45
• 3.4.6 约束条件45-46
• 3.5 结果分析46-50
• 3.6 小车架结构改进50-52
• 3.7 本章小结52-53
• 第4章 海上风机作业桁架的应力分析53-63
• 4.1 作业桁架结构设计53-54
• 4.2 工况分析54-56
• 4.3 载荷确定56-57
• 4.3.1 自重载荷56
• 4.3.2 起升载荷56
• 4.3.3 小车运行时的惯性载荷56
• 4.3.4 风载荷56-57
• 4.4 作业桁架有限元模型的建立57-58
• 4.4.1 选用单元57
• 4.4.2 有限元模型的建立57-58
• 4.4.3 约束条件58
• 4.5 结果分析58-62
• 4.6 本章小结62-63
• 第5章 海上风机作业桁架的优化63-73
• 5.1 桁架尺寸优化设计63-68
• 5.1.1 目标函数和设计变量的确定63
• 5.1.2 状态变量的确定63-65
• 5.1.3 本文设计变量和状态变量65-66
• 5.1.4 优化结果66-68
• 5.2 作业桁架工况校核68-70
• 5.3 本章小结70-73
• 总结与展望73-75
• 1.总结73-74
• 2.展望74-75
• 参考文献75-79
• 附录1 海上风机作业桁架工况图79-93
• 附录2 桁架优化命令流93-95
• 附录3 桁架优化结果95-99
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文99-101
• 致谢101

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本文编号：937842