【摘要】：浮式風(fēng)機(jī)在開(kāi)發(fā)深海風(fēng)能中扮演著重要的角色。在復(fù)雜多變的海洋環(huán)境中,浮式風(fēng)機(jī)的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)對(duì)系統(tǒng)關(guān)鍵部位的失效以及上部風(fēng)機(jī)的功率輸出均有顯著的影響。浮式風(fēng)機(jī)的各子系統(tǒng)之間、不同載荷之間以及系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)與環(huán)境載荷之間均存在著復(fù)雜的耦合關(guān)系。這些耦合關(guān)系使得浮式風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)行為非常復(fù)雜。本文建立了單柱式浮式風(fēng)機(jī)的動(dòng)力學(xué)模型,并對(duì)各環(huán)境載荷作用下的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)進(jìn)行了深入的分析,同時(shí)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。本文的主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下。(1)將單柱式浮式風(fēng)機(jī)視為多剛體系統(tǒng)并基于質(zhì)心運(yùn)動(dòng)定理和動(dòng)量矩定理建立了系統(tǒng)的時(shí)域非線性動(dòng)力學(xué)方程;推導(dǎo)了外載荷的計(jì)算公式;通過(guò)將本文結(jié)果與常用程序FAST的計(jì)算結(jié)果以及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證了本文方法可以較好地模擬單柱式浮式風(fēng)機(jī)的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)。(2)研究了環(huán)境載荷(即波浪載荷、流載荷和風(fēng)載荷)以及風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)和機(jī)艙轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)動(dòng)力學(xué)響應(yīng)的影響。結(jié)果表明,風(fēng)載荷和波浪載荷分別決定了各運(yùn)動(dòng)模態(tài)的均值和標(biāo)準(zhǔn)差;流載荷使縱蕩和縱搖均值增大,但對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差的影響很小;氣動(dòng)阻尼使得功率譜在縱蕩和縱搖固有頻率處的峰值減小,風(fēng)速增大時(shí)氣動(dòng)阻尼也隨之增大;系泊纜張力取決于支承結(jié)構(gòu)的縱蕩運(yùn)動(dòng),由于系泊系統(tǒng)的特殊布局方式,下游系泊纜張力的功率譜峰值和時(shí)域標(biāo)準(zhǔn)差與上游系泊纜的相應(yīng)值存在倍數(shù)關(guān)系;風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的陀螺力矩是產(chǎn)生支承結(jié)構(gòu)艏搖運(yùn)動(dòng)的主要因素。(3)設(shè)計(jì)了一種淺吃水單柱式平臺(tái)模型并對(duì)其水動(dòng)力特性進(jìn)行分析,對(duì)系泊系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)并得出了滿足設(shè)計(jì)要求的最佳方案,探討了垂蕩板結(jié)構(gòu)對(duì)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)響應(yīng)的影響。結(jié)果表明,在大多數(shù)海況下繞射效應(yīng)可以忽略不計(jì),大多數(shù)運(yùn)動(dòng)模態(tài)所對(duì)應(yīng)的線性輻射阻尼很小,在較為惡劣的海況下流動(dòng)分離會(huì)發(fā)生在平臺(tái)的上部;縱搖均值只隨系泊力作用點(diǎn)即導(dǎo)纜孔深度的增加而增大;系泊纜張力只隨導(dǎo)纜孔深度以及錨點(diǎn)半徑的增加而增大;導(dǎo)纜孔深度接近于靜平衡時(shí)系統(tǒng)重心深度時(shí),縱搖固有周期總是趨于最大值;垂蕩板可以有效地減小垂蕩運(yùn)動(dòng),但是對(duì)其他運(yùn)動(dòng)模態(tài)的削弱作用則較小。本文研究結(jié)果可為單柱式浮式風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)制造和安裝部署提供一定的理論指導(dǎo)。
【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】：

圖 1-1 東海大橋風(fēng)電場(chǎng)Fig.1-1 Donghai bridge offshore wind farm范圍來(lái)看，世界上第一臺(tái)海上風(fēng)電測(cè)試設(shè)備是 1990 年安裝的一臺(tái) 220 kW 風(fēng)機(jī)。它由三腳架平臺(tái)支承。1991 年世界丹麥洛蘭島以北海域開(kāi)始服役。海域水深為 3~5 m。這一

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2738819