【摘要】：海面寬廣,障礙物少,風力大,有利于海上風力發(fā)電。海上風機長期遭受風、波浪、流、海冰等載荷的作用,容易發(fā)生疲勞破壞。高緯度海域冬季結(jié)冰,如渤海,波羅的海,此類海域海上風機冬季遭受冰載荷的作用,需考慮冰載荷對海上風機結(jié)構(gòu)的影響。本文針對我國渤海海域的海上風機,分別建立風冰聯(lián)合作用下海上風機支撐結(jié)構(gòu)時域與頻域疲勞評估方法。主要研究內(nèi)容如下:(1)對目前渤海遼東灣海冰與風的資料進行整理分析,總結(jié)出冰區(qū)環(huán)境參數(shù)。海冰參數(shù)主要考慮冰速、冰厚、冰漂移方向以及冰壓縮強度。風參數(shù)主要考慮風速。假設風速與冰速相互獨立,風向與海冰漂移方向相同,冰參數(shù)之間相互獨立,得到了風冰聯(lián)合概率密度函數(shù),并建立了疲勞工況。(2)以單樁海上風機為研究對象,進行風冰聯(lián)合作用下海上風機結(jié)構(gòu)時域疲勞分析。由FAST軟件計算間歇擠壓、頻率鎖定擠壓、連續(xù)擠壓三種不同冰失效模式冰載荷,FAST計算風載荷。分別計算風機在風、冰載荷單獨與聯(lián)合作用下結(jié)構(gòu)的動力響應,并通過雨流計數(shù)法,計算結(jié)構(gòu)的疲勞損傷。研究了不同冰失效模式對海上風機支撐結(jié)構(gòu)疲勞損傷的貢獻。(3)連續(xù)擠壓冰載荷存在冰力譜,且連續(xù)擠壓工況遠多于間歇擠壓與頻率鎖定擠壓工況,風速也存在風速譜,因此可采用疲勞損傷組合與譜分析的方法進行疲勞評估。以全時域計算結(jié)果為準,對Tempel、DNV、Huang-Moan、Ma-Han疲勞損傷組合方法計算結(jié)果比較分析。頻域內(nèi),使用線性系統(tǒng)在多載荷輸入情況下最大主應力線性化理論,建立風冰載荷聯(lián)合作用下海上風機支撐結(jié)構(gòu)疲勞譜分析方法。以單樁和三樁海上風機為研究對象,驗證疲勞損傷組合方法與譜分析方法對不同支撐結(jié)構(gòu)形式海上風機的適用性與準確性。
【圖文】：

第 1 章 緒論第 1 章 緒論景及意義業(yè)革命以來，能源為生產(chǎn)力的發(fā)展提供了巨大的動力，人類的發(fā)展已經(jīng)的支持。能源的大量使用(特別是化石能源)對環(huán)境造成了巨大的壓力。從狀來看，，風力發(fā)電無疑是最具有發(fā)展?jié)摿Φ男履茉粗�。風力發(fā)電對環(huán)，基本不產(chǎn)生對環(huán)境有害的物質(zhì)，屬于清潔可再生能源。有著漫長的海岸線，近海風力資源豐富。周榮衛(wèi)等利用數(shù)值模擬的方法資源狀況進行了數(shù)值模擬[1]。如圖 1 所示，我國近海風能資源最豐富的峽，而后逐漸向兩側(cè)遞減。東海沿岸以及黃海中部、渤海遼東灣也有較資源。

建造地址為北海的 BARD Offshore 1 風電場于 2013 年 8 月正式啟用。該風電場擁有 80 臺風機，發(fā)電能力為 400MW。Greater Gabard 風電場建在英國薩�？艘詵|23公里近海。該風電場擁有140臺3.6MW風力發(fā)電機。圖1.2(a)、(b)分別為LondonArray 風電場與 BARD Offshore 1 風電場。國外目前投入或者建設中的風電場如表 1.1所示。(a) LondonArray 風電場 (b) BARD Offshore 1 風電場圖 1.2 國外海上風電場表 1.1 國外海上風電場概況風電場名稱 投資方 規(guī)模LondonArrayE.ON、DONG Energy、Masdar、Caisse630MVGwyn y M rRWE Innogy、慕尼黑市政電力公司、西門子576MVGreater Gabbard SSE、RWE 500MVBARD Offshore 1 - 400MV備注：“-”表示缺乏資料。目前國內(nèi)最大海上風電場為江蘇省鹽城市響水縣近海風電場。風電場中心離岸距離為 10 公里，風電場水深在 8-12m。該風電場安裝 37 臺 4.0MV 和 3.0MV 風電機組，總裝機容量為 202MV。我國目前在建或者已經(jīng)投入使用的風電場還有南通如東縣潮間帶風電場、福建莆田平海灣海上風電場、廣東珠海桂山海上風電場上海臨港海上風電場等。圖 1.3(a)、(b)分別為江蘇如東潮間帶風電場與上海東海大橋風電場。國內(nèi)目前投入或者建設中的風電場如表 1.2 所示。
【學位授予單位】：哈爾濱工程大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TK83;P75

【參考文獻】

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本文編號：2639078