渤海海域海上风机叶片动力场的冰激振动演变规律研究

发布时间：2020-05-31 17:50

【摘要】：渤海地区具有丰富的风资源、良好的电网条件和庞大的用电需求,成为我国海上风电产业发展中十分具有战略价值的地区。但是,渤海相对于我国其他沿海地区所特有的冬季海冰作用,对于海上风电结构物来说是一个巨大的挑战。如何克服寒区海域冬季海冰侵袭的威胁,保证海上风电安全、高效、长期地运行,就成为制约渤海海域海上风能利用的关键问题。本文基于上述背景,采用数值模拟的方法,对于渤海某桁架式海上风电结构及叶片的冰激振动响应进行了深入探讨。本文准确模拟了风机整体不同部分的结构特征,并对非线性桩土系统和叶片的质量和刚度特性进行了细致把握,同时根据目标海域冰情条件,设置了合理的冰载荷分析工况和动冰力载荷时程。对于整体结构进行了时域下的瞬态动力分析。对结果的分析表明:整体风机结构不同部分对于不同冰载荷会表现出不同的动力响应特征。叶片结构对高频振动能量非常敏感,吸收下部结构的低频能量输入后容易激发出高频振动响应。叶片在冰激振动下的位移响应会造成风轮旋转平面的变形,速度响应会对其局部风速产生影响。本文通过对于叶片冰激振动下的振动响应规律进行分析,进而对于空气动力场随冰条件的变化情况进行探讨。
【图文】：

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图 1-1 2011 至 2015 年全球海上风电累积装机容量示意图[8]我国地处亚欧大陆东部，太平洋西岸，气候受大陆大洋的影响非常显于典型的季风性气候[9] 受到冬夏两季季风的交替影响，以及夏季台风及热压的频繁作用，我国东部沿海地区有着较好的风能资源储备同时我国海岸长，沿海区域面积广阔，为海上风电的发展提供了充足的空间[10][11] 根据中象局 2014 年公布的调查结果，中国达到 3 级以上风能资源的近海 100 m 高可满足风电装机需求约 500 GW，其中水深在 5~25 m 范围内可开发的风电约为 190GW[12][13] 我国风电产业发展历史较短，2007 年末，，利用废弃的平构作为风电机组的支撑结构，我国安装了首个海上风力发电机组，这成为我上风电从理论研究迈向工程实践的标志性事件[14] 上海东海大桥海上风电项于东海大桥东侧 1.0km，场址范围海域面积 14km2，总装机容量 102MW， 34 台 3 MW 风电机组，设计年发电量为 2.67 亿千瓦时，2010 年 6 月全部发电该项目结合现实海域土壤水文条件施工作业水平和可靠度经济性标，在全球范围内首次采用高桩混凝土承台基础方案作为海上风机基础结

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第 2 章冰与海上风电结构的相互作用海上风电工程结构海上风电结构的主要作用在于将风机固定在一定位置，并将风机及支受到的载荷传递至海底，保证风机及相应设备在设计条件下能够正常一定期限同时能够将电能以适当方式输出，并为检查维护等作业从结构上看，海上风电结构可以分为两个部分，即风机结构和支撑结构包括风轮（叶片和轮毂等部分）和机舱（包括发电机变速箱齿系统偏航系统冷却系统传动系统检测系统等部分）支撑结塔架下部结构（或基础结构）和基础[27] 图 2-1 显示的是海上风电部分情况
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：P752;TK83

【参考文献】