深海张力腿平台水平振动控制及动能利用研究

发布时间：2020-06-08 12:10

【摘要】：世界能源开发必将进入绿色、环保的新时代。如何能够在已有的能源开发过程中,引入资源循环利用的理念,进而优化现有的能源开发方式是大多数能源产业所急需解决的关键问题。在海上油气开发中,采油平台的运动性能直接决定着整个油田的生产效率及安全可靠性。特别是深海浮式平台,在持续的风、浪、流作用下会产生大幅的整体运动,极易导致平台受到破坏或降低使用寿命。为浮式平台加入运动抑制装置虽可以提高其运动性能,但由于功能单一很难实际运用。另一方面,全世界海洋波浪能储量巨大,然而由于海况多变,能量转化过程中存在诸多制约,现有波能发电装置具有一定的局限性。基于以上考虑,本研究旨在将现有的浮式平台运动抑制与海洋波浪能发电相结合,以拥有较好应用前景的调谐液柱阻尼器(TLCD)为基础,开展对可利用减振装置所吸收的浮式平台大量动能进行电能转化的研究,期望能够为平台提供宝贵的电力资源。本文通过对一个TLP平台进行减振分析,验证了利用其内部振荡水柱发电能力的可行性。针对传统TLCD进行改进设计,提出具有发电功能的新型TLCD。在阻尼器水平段内,利用平旋发电装置代替传统的节流孔板,以此来实现对TLCD中振荡液柱的电能转化。以典型平旋推进装置的力学分析为基础,对其力学原理进行推导并与文献结果验证,证明所推导公式的正确性,并将其应用在平旋发电装置中旋转叶片的力学分析中,得到了新型平旋发电装置的阻尼力表现形式。基于叶片的水动力分析,得到新型叶片的拖曳力及升力与来流攻角关系,并运用于平旋发电装置中,建立完整的平旋发电装置的力学分析模型。与传统TLCD相结合,对TLCD与平旋发电装置进行耦合分析,得出新型的以TLCD为基础的平旋式减振发电装置的整体力学性能表达式。开展发电装置的中关键参数,如叶片宽度,展长,叶片数目等的敏感性分析,探究叶片宽度,展长,叶片数目等参数对TLCD内部的阻尼力的变化规律,提出各参数基于减振效果的回归方程,分析外激励周期变化对关键参数选取的影响。同时利用Betz定理,计算出了不同参数下对应的平旋发电装置发电效率,为实际工作提供参考。
【图文】：

对外依存度,国石,石油资源,消费量

1 研究背景及意义随着我国城市化和工业化的推进，能源供应是国家实现可持续发展战略的条件。近年来，世界能源使用将进入一个低碳、绿色的时代。我国自进入十以来，能源发展也逐渐进入深刻调整期，能源结构也将进入变革的时代。新的发展将成为“十三五”国家战略新兴产业发展规划中的重要一环，将推动新产业发展，大力发展高效节能产业，特别是将深入推进资源循环利用。在当国城市化和现代化的建设过程中，保证能源供应是实现国家可持续发展战略要前提之一。国家的安全、稳定和发展均离不开能源（包括油气资源）的稳应。当前阶段，我国原油消费量持续增长，相比十年前已翻了一番，而受限地和浅海石油资源储备越来越少，但是海洋油气开采的水深不断增加对科技的要求也越来越高。中国石油需求满足多是依赖与对国外的供给如图 1.1 所。

水资源分布,平台

图 1-2 过去 10 年水资源分布现今的平台减振装置，多是通过吸能减振装置，将波浪、风能、潮汐等引起平台振动的外载荷转移到装置内并通过特定的阻尼器等装置将能量耗散掉。考虑到平台自身的体积及其自身在波浪中所承受的巨大的载荷，如果能够将耗散掉的这部分能量收集利用起来，将外载荷的机械能转化为可供平台正常运转的电能，则不仅可以实现降低平台振动幅度，提高平台寿命与可靠性的目的。同时还可以获得额外的清洁的，可再生能源。为平台提供电力并降低对化石能源等不可再生能源的依赖，同时降低平台工作成本，对于海上平台的运营与发展有着极大的帮助。因此本文依据国家自然科学基金“ 兼具发电功能的新型浮式平台运动抑制系统的理论与实验研究”为依托，以张力腿平台与波浪，，地震等载荷的耦合作用为基础，分析浮式深水结构平台在以上载荷作用下的振动抑制研究。1.2 国内外研究现状
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TE952

【参考文献】