【摘要】：我國沿海海域水深較淺,淺海浮式風(fēng)機(jī)的研究價值日益凸顯。系泊是浮式風(fēng)機(jī)的重要組成部分,在進(jìn)行縮尺風(fēng)機(jī)實驗時,一般的實驗水槽很難滿足縮尺后的系泊纜尺寸,需要對原型系泊纜進(jìn)行等效截斷。目前對于系泊的研究,主要集中在深海區(qū)域以及大于200 m水深的海域。淺海系泊,尤其是對于小于100 m水深的淺海,由于水深較小,存在回復(fù)力小,容易過度張緊,疲勞損傷嚴(yán)重等問題,具有一定特殊性。本文以DeepCWind半潛式浮式平臺以及NREL-5MW風(fēng)機(jī)為例子,通過對比選擇合適的計算模型,設(shè)計出50 m水深下的原型系泊,并對其進(jìn)行水平截斷同時分析驗證截斷效果。針對三種計算模型,通過不同工況進(jìn)行模擬對比,提出集中質(zhì)量法更適合用于系泊設(shè)計。采用準(zhǔn)靜定法、集中質(zhì)量法、有限單元法三種系泊計算模型,在穩(wěn)態(tài)風(fēng)、規(guī)則波等多個工況下進(jìn)行模擬對比,考慮到計算準(zhǔn)確性,計算效率等方面,最終選定集中質(zhì)量法作為系泊計算模型。針對淺海系泊的特殊性,選擇50 m水深海域工況,完成了系泊設(shè)計,其在造價、抗疲勞性、對平臺位移的約束能力方面均有良好表現(xiàn)。選擇六根系泊纜對稱分布,采用濕重更大的錨鏈作為系泊纜材料,參照規(guī)范對系泊的張力特性,疲勞損傷進(jìn)行檢驗,設(shè)置了疲勞,造價,對浮式平臺位移約束能力三個單目標(biāo),通過模式搜索法分別進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。根據(jù)各個目標(biāo)相對于初始值的優(yōu)化比例以及淺海系泊特性進(jìn)行選擇。根據(jù)淺海系泊設(shè)計結(jié)果,進(jìn)行了水平截斷設(shè)計,截斷效果良好。根據(jù)實驗水槽寬度尺寸,確定錨點到導(dǎo)纜孔的水平距離,采用單一系泊纜材料,將系泊縱蕩方向剛度、豎向回復(fù)力、1號系泊纜張力、縱蕩方向阻尼系數(shù)多個目標(biāo)加權(quán)組合,通過遺傳算法進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)化結(jié)果在自振周期、規(guī)則波、不規(guī)則波下的表現(xiàn)是令人滿意的。
【圖文】：

研究內(nèi)容流程圖

計算方程見公式（2-3）、（2-4）所示。（1）系泊纜完全懸掛狀態(tài)無觸底wet wet2 2wetln 1 ln 1f f f f fff f f ffH V V V W L V W LW H H H HH LEA （ （ （ ）） （ （ ）））（2wet wet2 2wet11 12f f ff ff fH V V W L W LZ V LW H H EA （ （ ） （ ）） （ ） （ L——系泊纜長度（m）；EA——軸向剛度（N/m）；wetW ——單位長度水中重力（N/m）；fH ——導(dǎo)纜孔水平方向拉力（N）；fV ——導(dǎo)纜孔豎直方向拉力（N）；fX ——錨點到導(dǎo)纜孔的水平距離（m）；fZ ——錨點到導(dǎo)纜孔的豎直距離（m）。wet BL，， EA， W ，CfV
【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】：2019
【分類號】：P75

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本文編號：2685739