發(fā)布時(shí)間：2020-06-08 12:10

【摘要】：世界能源開(kāi)發(fā)必將進(jìn)入綠色、環(huán)保的新時(shí)代。如何能夠在已有的能源開(kāi)發(fā)過(guò)程中,引入資源循環(huán)利用的理念,進(jìn)而優(yōu)化現(xiàn)有的能源開(kāi)發(fā)方式是大多數(shù)能源產(chǎn)業(yè)所急需解決的關(guān)鍵問(wèn)題。在海上油氣開(kāi)發(fā)中,采油平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)性能直接決定著整個(gè)油田的生產(chǎn)效率及安全可靠性。特別是深海浮式平臺(tái),在持續(xù)的風(fēng)、浪、流作用下會(huì)產(chǎn)生大幅的整體運(yùn)動(dòng),極易導(dǎo)致平臺(tái)受到破壞或降低使用壽命。為浮式平臺(tái)加入運(yùn)動(dòng)抑制裝置雖可以提高其運(yùn)動(dòng)性能,但由于功能單一很難實(shí)際運(yùn)用。另一方面,全世界海洋波浪能儲(chǔ)量巨大,然而由于海況多變,能量轉(zhuǎn)化過(guò)程中存在諸多制約,現(xiàn)有波能發(fā)電裝置具有一定的局限性。基于以上考慮,本研究旨在將現(xiàn)有的浮式平臺(tái)運(yùn)動(dòng)抑制與海洋波浪能發(fā)電相結(jié)合,以擁有較好應(yīng)用前景的調(diào)諧液柱阻尼器(TLCD)為基礎(chǔ),開(kāi)展對(duì)可利用減振裝置所吸收的浮式平臺(tái)大量動(dòng)能進(jìn)行電能轉(zhuǎn)化的研究,期望能夠?yàn)槠脚_(tái)提供寶貴的電力資源。本文通過(guò)對(duì)一個(gè)TLP平臺(tái)進(jìn)行減振分析,驗(yàn)證了利用其內(nèi)部振蕩水柱發(fā)電能力的可行性。針對(duì)傳統(tǒng)TLCD進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì),提出具有發(fā)電功能的新型TLCD。在阻尼器水平段內(nèi),利用平旋發(fā)電裝置代替?zhèn)鹘y(tǒng)的節(jié)流孔板,以此來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)TLCD中振蕩液柱的電能轉(zhuǎn)化。以典型平旋推進(jìn)裝置的力學(xué)分析為基礎(chǔ),對(duì)其力學(xué)原理進(jìn)行推導(dǎo)并與文獻(xiàn)結(jié)果驗(yàn)證,證明所推導(dǎo)公式的正確性,并將其應(yīng)用在平旋發(fā)電裝置中旋轉(zhuǎn)葉片的力學(xué)分析中,得到了新型平旋發(fā)電裝置的阻尼力表現(xiàn)形式。基于葉片的水動(dòng)力分析,得到新型葉片的拖曳力及升力與來(lái)流攻角關(guān)系,并運(yùn)用于平旋發(fā)電裝置中,建立完整的平旋發(fā)電裝置的力學(xué)分析模型。與傳統(tǒng)TLCD相結(jié)合,對(duì)TLCD與平旋發(fā)電裝置進(jìn)行耦合分析,得出新型的以TLCD為基礎(chǔ)的平旋式減振發(fā)電裝置的整體力學(xué)性能表達(dá)式。開(kāi)展發(fā)電裝置的中關(guān)鍵參數(shù),如葉片寬度,展長(zhǎng),葉片數(shù)目等的敏感性分析,探究葉片寬度,展長(zhǎng),葉片數(shù)目等參數(shù)對(duì)TLCD內(nèi)部的阻尼力的變化規(guī)律,提出各參數(shù)基于減振效果的回歸方程,分析外激勵(lì)周期變化對(duì)關(guān)鍵參數(shù)選取的影響。同時(shí)利用Betz定理,計(jì)算出了不同參數(shù)下對(duì)應(yīng)的平旋發(fā)電裝置發(fā)電效率,為實(shí)際工作提供參考。
【圖文】：

1 研究背景及意義隨著我國(guó)城市化和工業(yè)化的推進(jìn)，能源供應(yīng)是國(guó)家實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的條件。近年來(lái)，世界能源使用將進(jìn)入一個(gè)低碳、綠色的時(shí)代。我國(guó)自進(jìn)入十以來(lái)，能源發(fā)展也逐漸進(jìn)入深刻調(diào)整期，能源結(jié)構(gòu)也將進(jìn)入變革的時(shí)代。新的發(fā)展將成為“十三五”國(guó)家戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃中的重要一環(huán)，將推動(dòng)新產(chǎn)業(yè)發(fā)展，大力發(fā)展高效節(jié)能產(chǎn)業(yè)，特別是將深入推進(jìn)資源循環(huán)利用。在當(dāng)國(guó)城市化和現(xiàn)代化的建設(shè)過(guò)程中，保證能源供應(yīng)是實(shí)現(xiàn)國(guó)家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略要前提之一。國(guó)家的安全、穩(wěn)定和發(fā)展均離不開(kāi)能源（包括油氣資源）的穩(wěn)應(yīng)。當(dāng)前階段，我國(guó)原油消費(fèi)量持續(xù)增長(zhǎng)，相比十年前已翻了一番，而受限地和淺海石油資源儲(chǔ)備越來(lái)越少，但是海洋油氣開(kāi)采的水深不斷增加對(duì)科技的要求也越來(lái)越高。中國(guó)石油需求滿(mǎn)足多是依賴(lài)與對(duì)國(guó)外的供給如圖 1.1 所。

圖 1-2 過(guò)去 10 年水資源分布現(xiàn)今的平臺(tái)減振裝置，多是通過(guò)吸能減振裝置，將波浪、風(fēng)能、潮汐等引起平臺(tái)振動(dòng)的外載荷轉(zhuǎn)移到裝置內(nèi)并通過(guò)特定的阻尼器等裝置將能量耗散掉�？紤]到平臺(tái)自身的體積及其自身在波浪中所承受的巨大的載荷，如果能夠?qū)⒑纳⒌舻倪@部分能量收集利用起來(lái)，將外載荷的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為可供平臺(tái)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的電能，則不僅可以實(shí)現(xiàn)降低平臺(tái)振動(dòng)幅度，提高平臺(tái)壽命與可靠性的目的。同時(shí)還可以獲得額外的清潔的，可再生能源。為平臺(tái)提供電力并降低對(duì)化石能源等不可再生能源的依賴(lài)，同時(shí)降低平臺(tái)工作成本，對(duì)于海上平臺(tái)的運(yùn)營(yíng)與發(fā)展有著極大的幫助。因此本文依據(jù)國(guó)家自然科學(xué)基金“ 兼具發(fā)電功能的新型浮式平臺(tái)運(yùn)動(dòng)抑制系統(tǒng)的理論與實(shí)驗(yàn)研究”為依托，以張力腿平臺(tái)與波浪，，地震等載荷的耦合作用為基礎(chǔ)，分析浮式深水結(jié)構(gòu)平臺(tái)在以上載荷作用下的振動(dòng)抑制研究。1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TE952

【參考文獻(xiàn)】

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1 王世明;楊倩雯;;波浪能發(fā)電裝置綜述[J];科技視界;2015年28期

2 林剛;鄭崇偉;孫巖;楊松;賈晨;;中國(guó)海波浪能資源研究現(xiàn)狀及前景展望[J];海洋預(yù)報(bào);2013年06期

3 張海廷;馬汝建;趙東;;海洋平臺(tái)減振裝置設(shè)計(jì)及振動(dòng)控制仿真研究[J];船海工程;2010年05期

4 趙振宙;鄭源;周大慶;劉文明;徐小韻;胡國(guó)祥;;基于數(shù)值模擬Savonius風(fēng)力機(jī)性能優(yōu)化研究[J];太陽(yáng)能學(xué)報(bào);2010年07期

5 汪正興;王波;李東超;;土木工程結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制技術(shù)及其應(yīng)用研究[J];橋梁建設(shè);2009年S2期

6 曾曉輝;沈曉鵬;吳應(yīng)湘;;張力腿平臺(tái)有限振幅運(yùn)動(dòng)的方程和數(shù)值解[J];應(yīng)用數(shù)學(xué)和力學(xué);2007年01期

7 王曙光;劉偉慶;王文斌;王仁貴;;大型海中平臺(tái)結(jié)構(gòu)的消能減振設(shè)計(jì)方法研究[J];土木工程學(xué)報(bào);2005年12期

8 周行健;平旋推進(jìn)器槳葉驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的研究[J];機(jī)電設(shè)備;1996年05期

9 朱典明;擺線(xiàn)推進(jìn)器的理論計(jì)算方法[J];哈爾濱船舶工程學(xué)院學(xué)報(bào);1982年01期

本文編號(hào)：2703065