浅海浮式风机悬链系泊及水平截断模型的设计与分析

发布时间：2020-05-28 19:47

【摘要】：我国沿海海域水深较浅,浅海浮式风机的研究价值日益凸显。系泊是浮式风机的重要组成部分,在进行缩尺风机实验时,一般的实验水槽很难满足缩尺后的系泊缆尺寸,需要对原型系泊缆进行等效截断。目前对于系泊的研究,主要集中在深海区域以及大于200 m水深的海域。浅海系泊,尤其是对于小于100 m水深的浅海,由于水深较小,存在回复力小,容易过度张紧,疲劳损伤严重等问题,具有一定特殊性。本文以DeepCWind半潜式浮式平台以及NREL-5MW风机为例子,通过对比选择合适的计算模型,设计出50 m水深下的原型系泊,并对其进行水平截断同时分析验证截断效果。针对三种计算模型,通过不同工况进行模拟对比,提出集中质量法更适合用于系泊设计。采用准静定法、集中质量法、有限单元法三种系泊计算模型,在稳态风、规则波等多个工况下进行模拟对比,考虑到计算准确性,计算效率等方面,最终选定集中质量法作为系泊计算模型。针对浅海系泊的特殊性,选择50 m水深海域工况,完成了系泊设计,其在造价、抗疲劳性、对平台位移的约束能力方面均有良好表现。选择六根系泊缆对称分布,采用湿重更大的锚链作为系泊缆材料,参照规范对系泊的张力特性,疲劳损伤进行检验,设置了疲劳,造价,对浮式平台位移约束能力三个单目标,通过模式搜索法分别进行优化设计。根据各个目标相对于初始值的优化比例以及浅海系泊特性进行选择。根据浅海系泊设计结果,进行了水平截断设计,截断效果良好。根据实验水槽宽度尺寸,确定锚点到导缆孔的水平距离,采用单一系泊缆材料,将系泊纵荡方向刚度、竖向回复力、1号系泊缆张力、纵荡方向阻尼系数多个目标加权组合,通过遗传算法进行优化。优化结果在自振周期、规则波、不规则波下的表现是令人满意的。
【图文】：

研究内容流程图

计算方程见公式（2-3）、（2-4）所示。（1）系泊缆完全悬挂状态无触底wet wet2 2wetln 1 ln 1f f f f fff f f ffH V V V W L V W LW H H H HH LEA （ （ （ ）） （ （ ）））（2wet wet2 2wet11 12f f ff ff fH V V W L W LZ V LW H H EA （ （ ） （ ）） （ ） （ L——系泊缆长度（m）；EA——轴向刚度（N/m）；wetW ——单位长度水中重力（N/m）；fH ——导缆孔水平方向拉力（N）；fV ——导缆孔竖直方向拉力（N）；fX ——锚点到导缆孔的水平距离（m）；fZ ——锚点到导缆孔的竖直距离（m）。wet BL，， EA， W ，CfV
【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】：2019
【分类号】：P75

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本文编号：2685739