浮式风机平台的系泊系统研究与耦合分析

发布时间：2017-09-03 12:11

  本文关键词：浮式风机平台的系泊系统研究与耦合分析

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【摘要】：由于传统化石能源的枯竭,风能作为清洁可再生能源受到广泛关注。随着海上风电行业的兴起,近年来海上浮式风机的研究备受关注。浮式风机平台由锚固于海底的系泊系统固定在一定范围的海域内进行作业,安全可靠的系泊系统将保证风机在风、浪、流等复杂环境荷载作用下稳定运行。在其他条件相同的情况下,风机的发电效率与风轮的迎风面积息息相关,通常根据平台六自由度的运动推断风轮的运动从而计算迎风面积大小,所以合理地描述风机运动将有利于准确地评估风机发电效率。半潜型浮式风机因其稳定性好,适用水深范围广等优点备受关注。本文选取了两座不同材料的传统半潜型浮式风机平台为研究对象,主要从以下几个方面展开研究:(1)总结归纳了海上浮式风机平台系泊系统的初步设计流程,以此为指导设计了5MW钢结构半潜型浮式风机平台的系泊系统。接着利用系泊时域计算软件Orcaflex对研究对象进行动力计算完成深度设计,结果表明平台的运动及系泊张力均满足规范要求的同时该系泊系统初步设计方法简便且可行,该研究为半潜型浮式风机系泊系统初步设计提供参考;(2)采用动力法借助时域计算软件Orcaflex分析了上述半潜型浮式风机平台系泊系统锚链的导缆孔位置、预张力大小、锚链间夹角等参数对风机系统发电效率、浮式平台运动性能和系泊锚链张力的影响,得到了平台运动及锚链张力随参数的变化规律。该研究为半潜型浮式风机系泊系统设计提供参考;(3)风机的耦合分析主要指同时考虑风机气动、塔架叶片弹性、叶片控制、平台运动以及系泊系统进行的时域计算。以混凝土半潜型浮式风机平台为研究对象,将WAMIT计算得到的平台水动力参数导入Orca Flex中计算平台所受荷载,最终在FAST中求解平台动力方程,完成耦合动力分析。得到局部坐标系下平台六自由度运动后,通过坐标变换后重新描述风轮的真实俯仰,用以计算风机的动力响应和评估风机的发电效率。结果表明不同海况下平台不同自由度的运动特征不同,同时不同的环境荷载对平台动力特性和系泊张力响应也不相同。
【关键词】：半潜型平台 系泊系统 参数分析 坐标变换 动力特性 耦合分析
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM614;U653.2
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-13
• 第1章 绪论13-21
• 1.1 研究背景和意义13-17
• 1.1.1 浮式风机的基础型式及发展概况13-15
• 1.1.2 浮式风机系泊系统概述15-17
• 1.2 国内外系泊系统研究现状及不足17-19
• 1.2.1 研究现状17-18
• 1.2.2 研究不足18-19
• 1.3 研究目标及思路19-21
• 1.3.1 研究目标19
• 1.3.2 研究思路19-21
• 第2章 半潜平台的水动力计算理论21-33
• 2.1 概述21
• 2.2 三维势流理论21-25
• 2.2.1 线性和二阶波浪理论21-22
• 2.2.2 规则波中浮体速度势定解问题22-24
• 2.2.3 浮体水动力及水动力系数24-25
• 2.3 频域响应计算原理25-26
• 2.3.1 频域运动微分方程25
• 2.3.2 幅频响应算子（RAOs）25-26
• 2.4 时域响应计算原理26-29
• 2.4.1 时域、频域分析的转换26-28
• 2.4.2 时域下的运动方程28-29
• 2.5 环境荷载计算29-33
• 2.5.1 风荷载计算方法29-31
• 2.5.2 波浪荷载计算方法31-33
• 第3章 半潜风机平台系泊系统的设计33-47
• 3.1 概述33
• 3.2 系泊系统设计准则33-34
• 3.2.1 平台位移偏移要求33-34
• 3.2.2 系泊线张力要求34
• 3.2.3 系泊线长度要求34
• 3.3 系泊系统设计分析原理34-39
• 3.3.1 静力分析35-37
• 3.3.2 动力分析37-39
• 3.4 系泊系统的设计39-43
• 3.4.1 风机模型参数及海况条件39-40
• 3.4.2 系泊形式及水平布置40-41
• 3.4.3 设计水平负荷的估算41
• 3.4.4 锚链尺寸、重度及长度41-43
• 3.4.5 导缆孔位置初定43
• 3.4.6 预张力大小预估43
• 3.5 计算结果评估43-46
• 3.5.1 水动力分析结果43-45
• 3.5.2 动力仿真结果45-46
• 3.5.3 计算结果评估46
• 3.6 小结46-47
• 第4章 半潜风机平台运动描述及系泊参数分析47-54
• 4.1 概述47
• 4.2 系统运动描述47-49
• 4.3 参数重要性分析49-52
• 4.3.1 改变预张力大小49-50
• 4.3.2 改变锚链间夹角50-51
• 4.3.3 改变导缆孔位置51-52
• 4.4 深化设计52
• 4.5 小结52-54
• 第5章 钢筋混凝土浮式风机平台的耦合分析54-65
• 5.1 概述54
• 5.2 软件介绍54-56
• 5.2.1 分析软件54
• 5.2.2 分析流程54-56
• 5.3 计算模型与海况条件56-58
• 5.3.1 计算分析模型56-58
• 5.3.2 海况条件58
• 5.4 计算结果与分析58-63
• 5.4.1 动力仿真结果58-60
• 5.4.2 二阶力的计算60-61
• 5.4.3 风浪荷载的影响61-62
• 5.4.4 平台运动的频谱分析62-63
• 5.5 小结63-65
• 结论与展望65-67
• 参考文献67-71
• 致谢71-72
• 附录A （攻读学位期间发表的学术论文）72

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1 苏一华;杨建民;肖龙飞;;基于垂向截断和水平截断的深水系泊系统等效设计研究[A];2006年度海洋工程学术会议论文集[C];2006年

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8 唐梓珈;浮式风机平台的系泊系统研究与耦合分析[D];湖南大学;2016年

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本文编号：784909