【摘要】：隨著能源短缺愈演愈烈,可再生能源開(kāi)發(fā)備受關(guān)注。風(fēng)能經(jīng)過(guò)長(zhǎng)久歷史實(shí)踐,技術(shù)愈發(fā)成熟,出現(xiàn)“陸地到海上,近海到深水,固定到浮式”的趨勢(shì)。海上風(fēng)能更優(yōu)質(zhì)穩(wěn)定,不受地域限制,逐漸成為能源開(kāi)發(fā)及風(fēng)電技術(shù)研究的熱點(diǎn)。浮式風(fēng)機(jī)深水時(shí)頗具經(jīng)濟(jì)性,廣泛認(rèn)可的半潛、張力腿和SPAR式浮式基礎(chǔ)中張力腿平臺(tái)保證風(fēng)機(jī)縱蕩、縱搖位移很小,有利于風(fēng)電穩(wěn)定開(kāi)發(fā)。浮式風(fēng)機(jī)承受氣動(dòng)、水動(dòng)、錨泊等多種載荷,張力腿對(duì)運(yùn)動(dòng)約束很強(qiáng),準(zhǔn)確合理計(jì)算張力腿張力等載荷才能有效研究浮式風(fēng)機(jī)動(dòng)力響應(yīng)。本文主要內(nèi)容如下:1.針對(duì)張力腿結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)特點(diǎn),本文提出一套張力腿式浮式風(fēng)機(jī)動(dòng)力耦合理論模型,編制計(jì)算程序,計(jì)算分析張力腿式浮式風(fēng)機(jī)的耦合動(dòng)力響應(yīng)。張力腿式系泊系統(tǒng)穩(wěn)定性好,但張力載荷隨平臺(tái)位移的變化顯著;張力腿結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)與支撐平臺(tái)和風(fēng)機(jī)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)存在顯著的耦合作用。針對(duì)張力腿浮式風(fēng)機(jī)動(dòng)力耦合特性,采用譜方法對(duì)張力腿結(jié)構(gòu)建立耦合動(dòng)力模型;利用哈密頓原理,考慮細(xì)長(zhǎng)體在波浪中受到的粘性力,推導(dǎo)建立張力腿運(yùn)動(dòng)控制方程,編程計(jì)算張力腿動(dòng)態(tài)張力。2.本文以UMAINE-TLP為研究對(duì)象,利用自主開(kāi)發(fā)的計(jì)算程序DARwind求解風(fēng)浪聯(lián)合工況下張力腿浮式風(fēng)機(jī)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng),并將數(shù)值計(jì)算結(jié)果同UMAINE的試驗(yàn)數(shù)據(jù)及開(kāi)源軟件FAST仿真響應(yīng)進(jìn)行對(duì)比分析,以驗(yàn)證程序的合理性。并對(duì)UMAINE-TLP進(jìn)行了動(dòng)力響應(yīng)計(jì)算,分析討論了運(yùn)動(dòng)與張力耦合情況以及風(fēng)載荷對(duì)浮式風(fēng)機(jī)運(yùn)動(dòng)的影響。本文主要針對(duì)張力腿式浮式風(fēng)機(jī)開(kāi)發(fā)了一套動(dòng)力響應(yīng)仿真程序,對(duì)未來(lái)風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)及響應(yīng)預(yù)報(bào)有較好的參考意義。
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TM315
【圖文】：

選用的浮式風(fēng)機(jī)類型因地制宜，主風(fēng)力發(fā)電機(jī)和連接塔架主要由風(fēng)場(chǎng)強(qiáng)下發(fā)電功率最大化。平臺(tái)技術(shù)發(fā)展相對(duì)成熟不少，風(fēng)機(jī)中臺(tái)的概念[5]。目前浮式風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)中應(yīng)用力腿式（TLP）、單柱式（SPAR）基礎(chǔ)吃水很大，設(shè)有壓載艙使得平臺(tái)的足夠大的回復(fù)力矩使之回到平衡位置期都大于海洋波浪的特征周期，因而09 年，挪威 Statoil 獨(dú)立研發(fā)并成功安投產(chǎn)且穩(wěn)定發(fā)電的第一臺(tái)海上風(fēng)機(jī)，

圖 1-2 半潛式浮式風(fēng)機(jī) Tri-floater 和 WindFloature 1-2 Semi-Submersible Floating Wind Turbines with Tri-floater(left) and indFloat(力腿式（TLP）平臺(tái)錨泊系統(tǒng)比較特殊，張力腿中的預(yù)張力與浮體重力生的浮力平衡。張力腿式支撐結(jié)構(gòu)通過(guò)張力腿中的張力約束運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)，在垂蕩、縱搖和橫搖三個(gè)垂直方向上受到錨泊系統(tǒng)約束運(yùn)動(dòng)幅值很縱蕩和橫蕩方向上運(yùn)動(dòng)響應(yīng)呈現(xiàn)柔性，其穩(wěn)定性較好。應(yīng)用在海上風(fēng)式支撐結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)的張力腿平臺(tái)更小。Blue H 公司于 2009 年在意 安裝了一個(gè)采用張力腿平臺(tái)作為支撐結(jié)構(gòu)的商用浮式風(fēng)機(jī)，如圖 1-3

圖 1-3 Blue H 張力腿式風(fēng)機(jī)Figure 1-3 TLP Floating Wind Turbine of Blue H Concept來(lái)說(shuō)，張力腿式浮式基礎(chǔ)在平臺(tái)穩(wěn)定性上有很大優(yōu)勢(shì)，橫搖、縱以及垂蕩運(yùn)動(dòng)幅值都特別小，非常穩(wěn)定，適合作為風(fēng)機(jī)支撐基礎(chǔ)攻角以及氣動(dòng)性能的穩(wěn)定。而單柱式支撐結(jié)構(gòu)與半潛式支撐結(jié)構(gòu)大而波浪激勵(lì)力較小，垂蕩運(yùn)動(dòng)較小，縱搖運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生更明顯幅定開(kāi)發(fā)的角度來(lái)看，張力腿式浮式風(fēng)機(jī)更適合海上風(fēng)電開(kāi)發(fā)，已風(fēng)機(jī)研究的基礎(chǔ)和重點(diǎn)，適合于在深水區(qū)域作為大型風(fēng)機(jī)的基礎(chǔ)用到南海建設(shè)規(guī)�；L(fēng)力發(fā)電場(chǎng)。）錨泊結(jié)構(gòu)雜海況下，浮式基礎(chǔ)主要依靠錨泊系統(tǒng)限制浮式風(fēng)機(jī)的大尺度慢便于安全生產(chǎn)作業(yè)。由于錨泊結(jié)構(gòu)的存在，風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的六自由度力響應(yīng)也常伴隨著耦合效應(yīng)。常見(jiàn)的錨泊結(jié)構(gòu)主要分為準(zhǔn)靜態(tài)懸

【參考文獻(xiàn)】

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1 唐友剛;王涵;陶海成;劉中柏;;海上風(fēng)機(jī)半潛型浮式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及整體強(qiáng)度分析[J];中國(guó)造船;2013年03期

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本文編號(hào)：2783334