本文關(guān)鍵詞：新型海上風(fēng)機(jī)浮式基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與風(fēng)機(jī)系統(tǒng)耦合動(dòng)力分析　出處：《天津大學(xué)》2014年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

  更多相關(guān)文章： 海上風(fēng)機(jī) 浮式基礎(chǔ) 耦合動(dòng)力分析 二階波浪力

【摘要】：本文結(jié)合我國發(fā)展需求，展開了關(guān)于浮式海上風(fēng)機(jī)的研究。在五十米至八十米水深的深海和淺海間的過度海域，，傳統(tǒng)的Spar式浮式基礎(chǔ)由于吃水過深、排水體積過大而不再適用。為了利用該海域的海上風(fēng)能，減少海上風(fēng)能成本，本文設(shè)計(jì)了一種新型海上風(fēng)機(jī)浮式基礎(chǔ)。 針對(duì)該浮式基礎(chǔ)，本文建立了風(fēng)機(jī)-塔柱-基礎(chǔ)-系泊線耦合的分析模型，對(duì)其施加包括二階波浪力在內(nèi)的水動(dòng)力載荷及空氣動(dòng)力載荷，開發(fā)了一種耦合動(dòng)力響應(yīng)預(yù)報(bào)的數(shù)值工具。為了研究二階差頻波浪力對(duì)浮式基礎(chǔ)運(yùn)動(dòng)響應(yīng)的重要性，研究工作建立了一階和二階兩種耦合分析模型，并對(duì)數(shù)值工具的模擬能力進(jìn)行驗(yàn)證。 運(yùn)用本文開發(fā)的數(shù)值工具，研究工作對(duì)所設(shè)計(jì)的新型浮式基礎(chǔ)的六個(gè)自由度響應(yīng)進(jìn)行了空氣動(dòng)力-水動(dòng)力時(shí)域耦合分析。根據(jù)海上風(fēng)機(jī)作業(yè)情況，使用一階和二階模型分別模擬海上風(fēng)機(jī)在工作和自存兩種海況下的運(yùn)動(dòng)，分析二階差頻波浪力對(duì)浮式基礎(chǔ)運(yùn)動(dòng)響應(yīng)的影響，以及浮式基礎(chǔ)在不同載荷作用下的運(yùn)動(dòng)性能。通過對(duì)比運(yùn)動(dòng)響應(yīng)的時(shí)間歷程、響應(yīng)譜和纜繩張力的統(tǒng)計(jì)值，可以發(fā)現(xiàn)二階波浪力對(duì)海上風(fēng)機(jī)運(yùn)動(dòng)響應(yīng)和纜繩受力有明顯作用，計(jì)算中不應(yīng)忽略，否則可能會(huì)影響海上風(fēng)機(jī)的作業(yè)和自存安全。其中工作海況下由于存在風(fēng)機(jī)的空氣動(dòng)力載荷，主導(dǎo)了運(yùn)動(dòng)響應(yīng)，因此二階波浪力的作用沒有自存海況下顯著。 海上風(fēng)機(jī)受到水動(dòng)力載荷和風(fēng)載荷的聯(lián)合作用，受力復(fù)雜，環(huán)境載荷的入射方向會(huì)對(duì)運(yùn)動(dòng)響應(yīng)造成影響，為了研究風(fēng)機(jī)系統(tǒng)在不同方向環(huán)境載荷作用下的響應(yīng)情況，本文進(jìn)行了五個(gè)入射角的模擬分析，分別對(duì)比了入射角在工作海況和自存海況下對(duì)運(yùn)動(dòng)響應(yīng)的影響。 由于風(fēng)機(jī)在作業(yè)時(shí)控制系統(tǒng)會(huì)對(duì)葉片槳距角進(jìn)行調(diào)節(jié)，使發(fā)電機(jī)保持額定功率。當(dāng)控制系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)會(huì)出現(xiàn)葉片槳距角失衡情況，它是發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸扭矩發(fā)生激增的重要原因之一。在對(duì)控制系統(tǒng)失效的事故情況模擬后，通過與正常作業(yè)情況的六個(gè)自由度響應(yīng)時(shí)間歷程和響應(yīng)譜進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)槳距角失衡主要激發(fā)了浮式基礎(chǔ)橫向的響應(yīng)，它與橫蕩、橫搖和首搖更相關(guān)。同時(shí)可以看到這三個(gè)方向上變槳失效后明顯的瞬時(shí)響應(yīng)。在葉片槳距角出現(xiàn)故障時(shí)，在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)頻率和二倍頻率上橫搖和首搖方向出現(xiàn)激振，相應(yīng)地，塔柱底部的橫向載荷有重要的變化。
[Abstract]:According to the development demand of our country, the research on floating offshore fan is carried out in this paper. In the deep sea with 50 meters to 80 meters depth and in the transitional sea between shallow water and water depth, the traditional Spar floating foundation is due to the deep draught. In order to make use of offshore wind energy and reduce the cost of offshore wind energy, a new floating foundation of offshore fan is designed in this paper. Aiming at the floating foundation, an analytical model of the coupling of blower, tower column, foundation and mooring line is established, and the hydrodynamic load and aerodynamic load including second-order wave force are applied to the model. A numerical tool for predicting coupled dynamic response is developed. In order to study the importance of second-order differential wave force to the motion response of floating foundation, the first and second order coupled analysis models are established. The simulation ability of the numerical tool is verified. Using the numerical tools developed in this paper, the aerodynamic and hydrodynamic time domain coupling analysis of the six degrees of freedom response of the new floating foundation is carried out. The first and second order models are used to simulate the motion of the offshore fan under two sea conditions, the second order differential wave force and the dynamic response of floating foundation. And the movement performance of floating foundation under different loads. By comparing the time course of motion response, response spectrum and cable tension statistical value. It can be found that the second-order wave force has obvious effect on the motion response of offshore fan and cable force, which should not be ignored in calculation. Otherwise, it may affect the operation and self-storage safety of offshore fan, in which the action of second-order wave force is not significant under sea condition because of the aerodynamic load of fan. The offshore fan is subjected to the combined action of hydrodynamic load and wind load, and the force is complex, and the direction of incidence of the environmental load will affect the motion response. In order to study the response of fan system under different directions of environmental load, five incident angles are simulated and analyzed in this paper. The effect of incident angle on the motion response is compared under the working sea condition and the self-stored sea condition respectively. Since the fan control system will adjust the blade pitch angle in operation, the generator will maintain rated power. When the control system fails, the blade pitch angle will be out of balance. It is one of the important reasons for the surge of generator shaft torque. After simulating the failure of the control system, the response time history and response spectrum of six degrees of freedom are compared with the normal operating conditions. It is found that the pitch angle imbalance mainly excites the lateral response of the floating foundation, which is related to the swinging. Roll and pitch are more related. At the same time, the obvious instantaneous response after the failure of the propeller in these three directions can be seen. In the rotor rotation frequency and the double frequency, the rolling and the first shaking direction are excited. Accordingly, the lateral load at the bottom of the tower column has important changes.
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TM315;TU476.1

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本文編號(hào)：1408986