【摘要】：隨著能源需求的不斷增加，環(huán)境保護的逐漸重視，推動清潔的可再生能源發(fā)展愈發(fā)重要。風(fēng)能是可再生綠色能源的一種，其開發(fā)與利用成為近年來的研究熱點。相對于有限的陸地風(fēng)能，海洋風(fēng)能具有更廣闊的發(fā)展前景。研究表明，固底式基礎(chǔ)僅適用于小于60米水深的海域，而更深海域使用浮式基礎(chǔ)經(jīng)濟性更高。目前，深海浮式風(fēng)機基礎(chǔ)在國際上處于樣機試驗階段，國內(nèi)尚屬空白，相關(guān)設(shè)計方法和分析技術(shù)遠未成熟。因此，本文將基于大型海上風(fēng)機工作的特點，設(shè)計適用于較深海域的漂浮式風(fēng)機基礎(chǔ)，著重分析其水動力特性和結(jié)構(gòu)特性。 通過對海上風(fēng)機浮式基礎(chǔ)主要類型的特點分析，參考國際上已開發(fā)樣機的經(jīng)驗，，結(jié)合我國南海海域的海洋環(huán)境條件選定半潛式浮動基礎(chǔ)為本文的主要研究對象�；A(chǔ)的外部結(jié)構(gòu)形式借鑒了美國緬因大學(xué)發(fā)布的設(shè)計概念——DeepCWind，而海上風(fēng)機選用了美國可再生能源實驗室公布的5MW風(fēng)機參數(shù)，并使用了懸鏈式系泊系統(tǒng)防止基礎(chǔ)發(fā)生漂移。對于選定的半潛式浮動風(fēng)機基礎(chǔ)，首先驗證了其作業(yè)和自存兩種工況下的優(yōu)良穩(wěn)性特征；其次，基于頻域方法，計算并比較了有無系泊系統(tǒng)時的響應(yīng)幅值因子變化和水動力系數(shù)的特點；最后，在時域內(nèi)分析了浮動基礎(chǔ)在三個方向下作業(yè)和自存兩種工況的六自由度時歷響應(yīng)。水動力分析結(jié)果表明該基礎(chǔ)能夠滿足5MW海上風(fēng)機正常作業(yè)和自存工況的要求。 初步設(shè)計了半潛式浮動基礎(chǔ)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。在總體強度分析中，采用了確定性設(shè)計波法，選定了7種設(shè)計波即不利的波浪荷載工況。分析了不同工況下載荷對結(jié)構(gòu)的作用方式，校核了基礎(chǔ)的總體強度與屈曲強度，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)形式的布置、材料的選取是影響應(yīng)力分布與大小的重要因素。本文工作將為海上半潛式浮動風(fēng)機基礎(chǔ)的設(shè)計提供參考。
[Abstract]:With the increasing of energy demand and environmental protection, it is more and more important to promote the development of clean renewable energy. Wind energy is a kind of renewable green energy, its development and utilization has become a research hotspot in recent years. Compared with limited land wind energy, ocean wind energy has a broader development prospect. The results show that the fixed bottom foundation is only suitable for the sea area with water depth of less than 60 meters, while the floating foundation is more economical in the deeper sea area. At present, the foundation of deep-sea floating fan is in the stage of prototype test in the world, but it is still blank in our country, and the related design method and analysis technology are far from mature. Therefore, based on the characteristics of large offshore fan, this paper will design the floating fan foundation suitable for deep sea area, and emphatically analyze its hydrodynamic and structural characteristics. Based on the analysis of the characteristics of the main types of floating foundation of offshore fan and the experience of the developed prototype in the world, the semi-submersible floating foundation is selected as the main research object of this paper in combination with the marine environmental conditions in the South China Sea area of China. The external structure of the foundation is based on the design concept issued by the University of Maine, DeepCWind.The offshore fan uses the parameters of the 5MW fan published by the American Renewable Energy Laboratory, and uses the hanging chain mooring system to prevent the drift of the foundation. For the selected semi-submersible floating fan foundation, the excellent stability characteristics of the two operating conditions are first verified. Secondly, based on the frequency-domain method, the stability of the semi-submersible floating fan is verified. The characteristics of response amplitude factor and hydrodynamic coefficient are calculated and compared with or without mooring system. Finally, the six-degree-of-freedom chronological responses of floating foundation operating in three directions and self-storage are analyzed in time domain. The hydrodynamic analysis results show that the foundation can meet the requirements of normal operation and self-storage of 5MW offshore fan. The internal structure of semi-submersible floating foundation is preliminarily designed. In the overall strength analysis, the deterministic design wave method is adopted, and seven kinds of design waves are selected as unfavorable wave load conditions. The effects of load on the structure under different working conditions are analyzed, and the overall strength and buckling strength of the foundation are checked. The layout of the internal structure and the selection of the material are the important factors affecting the stress distribution and size. The work of this paper will provide a reference for the design of the foundation of marine semi-submersible floating fan.
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TU476

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本文編號：2247722