新型串联浮筒张力腿式风力机水动力性能研究

发布时间：2020-04-18 09:43

【摘要】：近年来,面对能源短缺、大气污染及CO_2等温室气体过度排放的压力,人们对发展清洁能源的需求迫在眉睫。其中风能作为一种古老的清洁能源,近些年来飞速发展。目前世界上对于陆上风电的研究已经十分成熟,海上风电正快速发展。由于我国能源需求主要集中在中东部地区,因此研究海上浮式风力机具有非常重要的意义。由于在水深超过50m的海域,张力腿式风力机结构具有较大的经济性,故很适合作为海上浮式风力机基础。由于张力腿式结构属于半顺应式半固定式结构,故张力腿式风力机的水平运动较大,垂向运动较好。然而海上风力机受到的水平风荷载的作用较大,因此有效抑制风力机平台的水平运动响应对于提高张力腿式风力机的稳定性和发电能力十分重要。本文以串联浮筒张力腿式风力机为研究对象,详细讨论了在张力筋腱上串联浮筒对风力机水平运动响应的抑制效果,并通过频域分析、时域仿真模拟等手段,探索不同浮筒参数对纵荡响应的抑制效果,并对新型串联浮筒的水深适应性进行了验证。首先,采用频域分析的方法,推导了新型串联浮筒张力腿式风力机的系泊刚度矩阵、系泊阻尼、粘性阻尼,构建了频域运动方程。基于拟静力分析的方法分析了不同浮筒参数对串联浮筒抑制风力机水平运动效果的影响,结果表明增大浮筒浮力、提高浮筒串联位置能显著提升结构的水平回复力。其次,基于时域的方法深入讨论了不同浮筒参数对张力腿式风力机运动响应的影响,并利用模态分析的方法研究了张力筋腱模态与风力机运动响应抑制段的关系,结果表明提高浮筒位置,减小浮筒排水量可以减小张力腱模态对应的振动周期,进而使运动响应抑制段覆盖常见波浪段。再次,研究了串联浮筒张力腿式风力机在南海某海域工作海况下的水动力性能,并对串联浮筒张力腿式风力机水深适应性进行探索。结果表明在工作海况下串联浮筒能有效抑制风力机的纵荡运动响应,随着水深增加,纵荡抑制段左移,串联浮筒将不再适用。最后,由于传统时域分析软件不能很好地处理张力筋腱上串联浮筒的问题,且不能计算浮筒的运动状态,因此本文基于MATLAB软件开发了适用于新型串联浮筒张力腿式风力机的时域仿真程序,考虑了浮筒与风力机基础之间的多体耦合效应,且能够计算各个浮筒在任一时刻的运动状态。
【图文】：

参考图,拖曳力,半潜式平台,平面单元

46.0~61.0 1.4061.0~76.0 1.47载式结构物，流荷载的计算可以根据模块法进行，，根据 API RP 2式为2( )cs ss d c d f cF C C A C A VcsF — 流荷载；ssC — 流力系数，对于浮式平台建议取 515.622 4N s m；dC — 拖曳力系数，对于圆形单元取 0.5，对于平面单元参考图cA — 水线下面圆柱形构件的投影面积总和；fA —水线下面平板构件的投影面积总和；w — 来流速度。

风力机,浮式,运动响应,浪向角

本文就不同波要素规则波作用下风力机基础的纵荡响应进行了细致地研究。如图4.11~4.12 分别是不同入射角及不同波高条件下张力腿式风力机的运动响应结果，张力腿式风力机水动力模型同上，水深 170m、串联浮筒位于水下 95m 处、每个浮筒提供 250t排水量的升力、波浪为周期 10s 规则波。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TK83

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