海上浮式风机系泊缆索动张力特性分析

发布时间：2017-08-06 21:32

  本文关键词：海上浮式风机系泊缆索动张力特性分析

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【摘要】：海上浮式风机(FOWT)是近期内最具开发潜力的新型风电技术。系泊缆索用于风力机牵引定位,将风力机承受的风浪载荷传递到海底,是风力机安全稳定运行的保证。风浪载荷作用下海上浮式风机基础存在大幅度运动,系泊缆索呈现出显著的非线性特性,尤其当处于松弛-张紧交替状态时,缆索张紧力变化异常复杂,可能出现很高的动态张紧力而导致系泊系统断裂失效。本文围绕深海系泊缆索动张力特性开展理论与仿真建模与分析,研究典型风浪载荷下动张力变化规律及其影响因素,为海上浮式风机系泊系统设计提供理论依据。本文主要研究内容如下:(1)基于叶素动量理论(BEM)建立了风力机叶片的气动载荷计算模型,通过编程计算获得了叶轮推力、转矩;采用Jonswap谱描述波浪载荷,考虑波浪的衍射和辐射作用,计算浮式风机的水动力载荷;建立了系泊缆索张紧、松弛状态下的风力机运动学方程,缆索的松弛-张紧区域根据阻尼比、频率比和位移比确定。以NREL 5MW海上浮式风机为研究对象,分析了不同风浪载荷下和预紧力下风力机的运动响应以及缆索的动张力变化规律。(2)推导了系泊缆索的悬链线式方程,并根据方程给出系泊缆索的初始位置;采用多刚体离散方法建立系泊缆索的等效动力学模型,将离散刚体段视为柔性悬臂梁,推导了相邻刚体间连接弹簧刚度系数表达式;基于ADAMS软件建立海上浮式风机整机刚柔耦合动力学模型,研究了稳态和瞬态工况下海上浮式风机整机运动下的系泊缆索动张力特性。(3)分析了系泊缆索的布置数量、布置角度对其系泊缆索动张力的影响;研究了系泊缆索单根或多根的断裂失效对系泊缆索动张力的影响,并提出一种系泊缆索断裂失效的判断方法。
【关键词】：海上浮式风机 系泊缆索 松弛-张紧 动张力 多刚体法
【学位授予单位】：湖南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 研究背景和意义10-13
• 1.2 国内外研究综述13-16
• 1.2.1 海上浮式风机风浪载荷计算13-14
• 1.2.2 海上浮式风机系统的动力学分析14-15
• 1.2.3 海上浮式风机系泊系统动张力分析15-16
• 1.3 本文主要研究内容16-18
• 第二章 系泊缆索松弛-张紧状态及其动张力分析18-32
• 2.1 海上浮式风机载荷计算18-24
• 2.1.1 气动载荷18-22
• 2.1.2 水动载荷22-24
• 2.1.3 系泊缆索载荷24
• 2.2 风力机运动方程的建立24-26
• 2.2.1 松弛与张紧状态下风力机的运动方程24-25
• 2.2.2 缆索松弛-张紧转变条件25-26
• 2.3 实例分析26-30
• 2.3.1 分析对象26-27
• 2.3.2 分析结果27-30
• 2.4 本章小结30-32
• 第三章 基于系泊缆索多刚体等效建模的整机动力学模型32-56
• 3.1 海上浮式风机刚柔耦合动力学建模流程32-33
• 3.2 系泊缆索的多刚体等效建模方法33-45
• 3.2.1 系泊缆索的悬链线方程33-37
• 3.2.2 系泊缆索多刚体离散建模及其参数计算37-45
• 3.3 考虑系泊缆索的海上浮式风机整机刚柔耦合动力学模型45-52
• 3.3.1 基于ADAMS软件的系泊缆索建模45-47
• 3.3.2 叶片柔性体建模47-51
• 3.3.3 塔架柔性体建模51-52
• 3.4 海上浮式风机整机刚柔耦合模型52-54
• 3.5 本章小结54-56
• 第四章 典型工况下海上浮式风机系泊缆索动张力分析56-66
• 4.1 稳态工况下系泊缆索的动张力分析56-62
• 4.1.1 不同风速下系泊缆索的动张力分析56-59
• 4.1.2 规则波下系泊缆索的动张力分析59-60
• 4.1.3 稳态风速和规则波下系泊缆索的动张力分析60-62
• 4.2 瞬态工况下系泊缆索的动张力分析62-63
• 4.3 本章小结63-66
• 第五章 系泊缆索动张力特性的影响因素分析66-76
• 5.1 系泊缆索数目对其动张力的影响66-68
• 5.2 系泊缆索布置角度对其动张力的影响68-70
• 5.3 系泊缆索断裂失效及其动张力变化70-74
• 5.4 本章小结74-76
• 第六章 总结与展望76-78
• 6.1 论文总结76
• 6.2 研究展望76-78
• 参考文献78-82
• 致谢82-84
• 附录 攻读硕士学位期间参研项目和研究成果84

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 朱仁传;缪国平;范菊;刘桦;;海上浮式风力机及其动力学问题[J];应用数学和力学;2013年10期

2 叶小嵘;张亮;吴海涛;赵静;;平台运动对海上浮式风机的气动性能影响研究[J];华中科技大学学报(自然科学版);2012年03期

3 何玉林;王磊;杜静;金鑫;韩花丽;;海浪作用下的风力发电机组总体性能仿真[J];重庆大学学报;2011年03期

4 赵世明;姜波;徐辉奋;李守宏;丁杰;;中国近海海洋风能资源开发利用现状与前景分析[J];海洋技术;2010年04期

5 张亮;吴海涛;荆丰梅;崔琳;;海上漂浮式风力机研究进展及发展趋势[J];海洋技术;2010年04期

6 戴巨川;胡燕平;刘德顺;龙辛;;MW级变桨距风电机组叶片转矩计算与特性分析[J];太阳能学报;2010年08期

7 高坤;李春;高伟;车渊博;;新型海上风力发电及其关键技术研究[J];能源研究与信息;2010年02期

8 倪云林;辛华龙;刘勇;;我国海上风电的发展与技术现状分析[J];能源工程;2009年04期

9 唐友刚;张若瑜;程楠;赵晶瑞;;集中质量法计算深海系泊冲击张力[J];天津大学学报;2009年08期

10 刘雄;张宪民;陈严;叶枝全;;基于BEDDOES-LEISHMAN动态失速模型的水平轴风力机动态气动载荷计算方法[J];太阳能学报;2008年12期

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本文编号：631559