风浪夹角变化对海上浮式风机系泊的影响
发布时间：2021-12-31 21:13
海上风机结构的设计中通常只考虑共线风浪。然而浮式风机的动力特性与传统的固定式风机有显著不同,风浪荷载对其结构的影响仍需进行深入研究。为探究风浪夹角变化对浮式风机系泊的影响,采用FAST-Orcaflex软件建立了浮式风机的耦合模型并进行了时域分析,得到了多种代表海况及不同风机运转状态下系泊的张力和平台的运动响应,并对模拟结果进行了分析。结果表明:共线风浪会造成最大的系泊张力以及除艏摇外最大的平台运动响应;但在温和海况下,风机停机时,不共线风浪会造成更大的系泊疲劳损伤。因此建议:在评估温和海况下系泊的疲劳损伤时,至少考虑风机停机状态下风浪夹角为0°和90°的工况;在系泊的疲劳寿命评估中,应结合风浪作用方向散布图,考虑温和海况下的风浪不共线工况。
【文章来源】：土木工程与管理学报. 2018,35(01)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
浮式风机模型
第1期邓露等:风浪夹角变化对海上浮式风机系泊的影响图2系泊系统布置/m1．2风机耦合模型风机的数值模拟采用FAST-Orcaflex耦合软件。FAST为美国国家可再生能源实验室(NＲEL)的开源风机仿真软件，用于模拟风力机及风机塔架，不同的模块分别用于计算空气动力、弹性动力以及模拟风机控制系统等。Orcaflex则采用集中质量法模拟系泊系统，其模型的平台水动力参数由以WAMIT为核心程序的HydroD软件计算得到。FAST与Orcaflex之间通过动态链接库FASTLink传递数据。国际能源署(Interna-tionalEnergyAssociation，IEA)的风能项目Off-shoreCodeComparisonCollaborationContinuation(OC4)验证了FAST-Orcaflex耦合工具的可靠性［12］。浮式风机可分为上部风力机、浮式平台和系泊系统三部分。浮式平台的水动力模型同时考虑了势流理论与莫里森方程，采用HydroD软件计算得到平台的一阶水动力幅频响应算子(ＲAOs)、二阶传递函数(QTF)、附加质量与附加阻尼等水动力参数，并输入Orcaflex中进行参数化建模，海水黏性则通过在Orcaflex中添加各构件的拖曳力系数来近似模拟［13，14］。风机的系泊系统由Orcaf-lex采用集中质量法模拟，在Orcaflex中，随机波浪采用JONSWAP谱生成，采用莫里森方程计算系泊的水动力荷载。风力机及风机塔架则采用FAST的不同模块进行模拟。湍流风场采用IEC规范中的正常湍流风模型(NTW)。湍流风可分解为平均风和脉动风两部分。其中平均风速部分采用幂定律风廓线描述，幂律指数α取0．14;脉动部分则用模拟目标风谱的办法采用Turbsim［16］生成，目标风谱选取IEC-61400-3规范中的Kaimal风谱，根据IEC规范取湍流强度为0．12。风机叶片受到的空气动力荷载则通过叶素动量理论计算获得。2工况设置选取4种具有
况1～3的模拟结果用于分析系泊受到的疲劳损伤情况，海况2～4的模拟结果用于对比分析系泊最大张力的变化情况。各海况参数根据文献［17］得到的BuoyCaboSilleiro海域风浪联合分布数据选龋表2环境海况海况平均风速U/(m/s)湍流强度I有义波高Hs/m谱峰周期Tp/s风机状态14．00．262．08．0运转/停机211．40．155．013．0运转/停机323．00．126．312．4运转/停机428．30．118．010．3停机两种形式的风机系泊系统均由3根悬链线系泊组成。由于结构的对称性，选取其中的系泊线2为研究对象。如图3所示，对于不同的环境海况，考虑两种风浪夹角变化情况。一种为波浪荷载作用方向和系泊线2共线，从0°～90°改变风荷载的作用方向;另一种为风荷载作用方向与系泊线2共线，从0°～90°改变波浪荷载的作用方向。对于更大的风浪夹角，由于其发生的概率非常小，因此不予考虑。图3风浪夹角示意为获得各种工况下系泊的疲劳损伤情况，根据API-ＲP-2SK规范建议，每种工况选取不同的随机种子生成湍流风场与随机波浪，进行10次3h时域模拟，并将10次模拟得到的系泊每小时疲劳损伤取平均值进行对比分析。·3·
【参考文献】：
期刊论文
[1]考虑气动阻尼的浮式风机频域响应分析[J]. 邓露,黄民希,肖志颖,宋晓萍,吴海涛. 湖南大学学报(自然科学版). 2017(01)
[2]半潜型浮式风机平台研究综述[J]. 邓露,王彪,肖志颖,宋晓萍. 船舶工程. 2016(04)
[3]海上风力发电浮式基础的研究进展及关键技术问题[J]. 胡军,唐友刚,阮胜福. 船舶工程. 2012(02)
[4]深水悬链复合锚泊线疲劳损伤计算[J]. 乔东生,欧进萍. 船舶力学. 2012(04)
硕士论文
[1]海上风机基础在风浪作用下的动力分析与疲劳分析[D]. 夏露.大连理工大学 2012
本文编号：3560986
【文章来源】：土木工程与管理学报. 2018,35(01)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
浮式风机模型
第1期邓露等:风浪夹角变化对海上浮式风机系泊的影响图2系泊系统布置/m1．2风机耦合模型风机的数值模拟采用FAST-Orcaflex耦合软件。FAST为美国国家可再生能源实验室(NＲEL)的开源风机仿真软件，用于模拟风力机及风机塔架，不同的模块分别用于计算空气动力、弹性动力以及模拟风机控制系统等。Orcaflex则采用集中质量法模拟系泊系统，其模型的平台水动力参数由以WAMIT为核心程序的HydroD软件计算得到。FAST与Orcaflex之间通过动态链接库FASTLink传递数据。国际能源署(Interna-tionalEnergyAssociation，IEA)的风能项目Off-shoreCodeComparisonCollaborationContinuation(OC4)验证了FAST-Orcaflex耦合工具的可靠性［12］。浮式风机可分为上部风力机、浮式平台和系泊系统三部分。浮式平台的水动力模型同时考虑了势流理论与莫里森方程，采用HydroD软件计算得到平台的一阶水动力幅频响应算子(ＲAOs)、二阶传递函数(QTF)、附加质量与附加阻尼等水动力参数，并输入Orcaflex中进行参数化建模，海水黏性则通过在Orcaflex中添加各构件的拖曳力系数来近似模拟［13，14］。风机的系泊系统由Orcaf-lex采用集中质量法模拟，在Orcaflex中，随机波浪采用JONSWAP谱生成，采用莫里森方程计算系泊的水动力荷载。风力机及风机塔架则采用FAST的不同模块进行模拟。湍流风场采用IEC规范中的正常湍流风模型(NTW)。湍流风可分解为平均风和脉动风两部分。其中平均风速部分采用幂定律风廓线描述，幂律指数α取0．14;脉动部分则用模拟目标风谱的办法采用Turbsim［16］生成，目标风谱选取IEC-61400-3规范中的Kaimal风谱，根据IEC规范取湍流强度为0．12。风机叶片受到的空气动力荷载则通过叶素动量理论计算获得。2工况设置选取4种具有
况1～3的模拟结果用于分析系泊受到的疲劳损伤情况，海况2～4的模拟结果用于对比分析系泊最大张力的变化情况。各海况参数根据文献［17］得到的BuoyCaboSilleiro海域风浪联合分布数据选龋表2环境海况海况平均风速U/(m/s)湍流强度I有义波高Hs/m谱峰周期Tp/s风机状态14．00．262．08．0运转/停机211．40．155．013．0运转/停机323．00．126．312．4运转/停机428．30．118．010．3停机两种形式的风机系泊系统均由3根悬链线系泊组成。由于结构的对称性，选取其中的系泊线2为研究对象。如图3所示，对于不同的环境海况，考虑两种风浪夹角变化情况。一种为波浪荷载作用方向和系泊线2共线，从0°～90°改变风荷载的作用方向;另一种为风荷载作用方向与系泊线2共线，从0°～90°改变波浪荷载的作用方向。对于更大的风浪夹角，由于其发生的概率非常小，因此不予考虑。图3风浪夹角示意为获得各种工况下系泊的疲劳损伤情况，根据API-ＲP-2SK规范建议，每种工况选取不同的随机种子生成湍流风场与随机波浪，进行10次3h时域模拟，并将10次模拟得到的系泊每小时疲劳损伤取平均值进行对比分析。·3·
【参考文献】：
期刊论文
[1]考虑气动阻尼的浮式风机频域响应分析[J]. 邓露,黄民希,肖志颖,宋晓萍,吴海涛. 湖南大学学报(自然科学版). 2017(01)
[2]半潜型浮式风机平台研究综述[J]. 邓露,王彪,肖志颖,宋晓萍. 船舶工程. 2016(04)
[3]海上风力发电浮式基础的研究进展及关键技术问题[J]. 胡军,唐友刚,阮胜福. 船舶工程. 2012(02)
[4]深水悬链复合锚泊线疲劳损伤计算[J]. 乔东生,欧进萍. 船舶力学. 2012(04)
硕士论文
[1]海上风机基础在风浪作用下的动力分析与疲劳分析[D]. 夏露.大连理工大学 2012
本文编号：3560986
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