风浪异向时单点系泊浮式风力机运动性能分析

发布时间：2021-12-12 04:32

　　针对一种具有"风标效应"的新式单点系泊半潜型浮式风力机,建立了风机-塔柱-基础-系泊线耦合的分析模型,采用叶素动量理论计算叶片空气动力载荷,采用混合模型计算波浪载荷。通过风力机数值仿真软件FAST对该新型浮式风力机进行数值模拟,研究不同环境载荷方向下,单点系泊浮式风力机的"风标效应"和运动性能。时域计算结果表明,当风载荷和波浪载荷的入射方向不同时,采用单点系泊的浮式风力机依然可以实现自动对风的功能。对频域结果分析发现,风载荷主要影响浮式基础的平衡位置,波浪载荷主要影响在平衡位置附近的振荡运动。由此可见,相比于浮式基础受到的定常波浪力,风轮上的推力更占据主导地位。 

【文章来源】：哈尔滨工程大学学报. 2018,39(08)北大核心EICSCD

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【部分图文】：

浮式风机系统概念设计图

的有效性［9］。随着水深的增加，转塔式单点系泊系统的经济性要优于塔架式单点系泊系统。出于这方面考虑，本文浮式风力机的系泊系统借鉴转塔式系泊系统的特点，采用多根锚链系泊在同一点的方式进行系泊。系泊转塔选取在浮式风力机塔柱所在的主立柱正下方。浮式基础共设6根锚链式系泊缆，夹角为60°布置，系泊缆布置如图2所示。锚链的名义链径为76.6mm，干重113.35kg/m，湿重108.63kg/m，单根锚链长度为835.5m，系泊点水平距离为796.732m;抗拉刚度为753600kN。图2系泊缆布置示意图Fig．2Arrangementofthemooringlines1.3单点系泊浮式风力机数值模拟方法和数据根据浮式基础的结构参数，利用SESAM软件的WADAM模块建立浮式基础数值模型，基于势流理论求解相关的水动力系数，作为FAST的输入文件。FAST是一款由美国可再生能源实验室(NＲEL)针对风力机运动响应预报和结构载荷分析所开发的程序，广泛应用于风力机数值模拟研究。针对本文提出的单点系泊浮式风力机系统，在FAST软件中建立单点系泊系统、浮式基础、塔柱、叶片在内的整体分析模型，综合考虑气动－水动－系泊－伺服系统的耦合作用，求解单点系泊浮式风力机在给定环境条件下的运动响应。其中气动载荷的计算基于叶素动量理论，具体分析方法将在后面的章节中给出。在数值模拟过程中，依次改变风向和浪向，根据FAST计算得到的时域结果，进行统计分析。研究当风和波浪的入射方向不同时，这种单点系泊浮式风力机的运动特点，并验证采用单点系泊的浮式风力机在不同的风浪组合海况下，依然可以实现自动对风的功能。2浮式风力机载荷分析方法风力发电机

分别为每个叶素的升力系数和阻力系数;α为气流吹到弦的攻角，对升力和阻力系数均有影响。图3为叶素上的力的关系图。由动量理论可得:dT=4πrρV2a(1－a)dr(3)dM=4πr3ρV(1－a)a'Ωrdr(4)式中:V是风的初始入流速度，Ωr为风轮的转速，a和a'分别为轴向和周向诱导因子。将式(1)、(3)以及(2)、(4)分别联立，经过迭代求解，即可得到叶片上的推力和转矩。塔柱上的气动载荷由塔架直径及拖曳力系数等计算求解。图3叶素上的力Fig．3Illustrationoftheforcesonabladeelement2.2波浪载荷与陆上风机相比，海上浮式风力机还要受到波浪载荷的作用。综合考虑计算精度与计算成本，本·0331·

【参考文献】：
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本文编号：3536011