新型海上風機浮式基礎(chǔ)設(shè)計與風機系統(tǒng)耦合動力分析(1)

1、新型海上風機浮式基礎(chǔ)設(shè)計新型海上風機浮式基礎(chǔ)設(shè)計與風機系統(tǒng)與風機系統(tǒng)耦合耦合動力動力分析分析ANewFloatingPlatfmDesigntheCoupledDynamicAnalysisoftheOffsheWindTurbineSystem一級學科：船舶與海洋工程學科專業(yè)：船舶與海洋工程研究生：李嘉文指導教師：唐友剛教授天津大學建筑工程學院二零一四年五月摘要本文結(jié)合我國發(fā)展需求，展開了關(guān)于浮式海上風機的研究。在五十米至八十米水深的

2、深海和淺海間的過度海域，傳統(tǒng)的Spar式浮式基礎(chǔ)由于吃水過深、排水體積過大而不再適用。為了利用該海域的海上風能，減少海上風能成本，本文設(shè)計了一種新型海上風機浮式基礎(chǔ)。針對該浮式基礎(chǔ)，本文建立了風機塔柱基礎(chǔ)系泊線耦合的分析模型，對其施加包括二階波浪力在內(nèi)的水動力載荷及空氣動力載荷，開發(fā)了一種耦合動力響應(yīng)預(yù)報的數(shù)值工具。為了研究二階差頻波浪力對浮式基礎(chǔ)運動響應(yīng)的重要性，研究工作建立了一階和二階兩種耦合分析模型，并對數(shù)值工具的模擬能力進行驗證

3、。運用本文開發(fā)的數(shù)值工具，研究工作對所設(shè)計的新型浮式基礎(chǔ)的六個自由度響應(yīng)進行了空氣動力水動力時域耦合分析。根據(jù)海上風機作業(yè)情況，使用一階和二階模型分別模擬海上風機在工作和自存兩種海況下的運動，分析二階差頻波浪力對浮式基礎(chǔ)運動響應(yīng)的影響，以及浮式基礎(chǔ)在不同載荷作用下的運動性能。通過對比運動響應(yīng)的時間歷程、響應(yīng)譜和纜繩張力的統(tǒng)計值，可以發(fā)現(xiàn)二階波浪力對海上風機運動響應(yīng)和纜繩受力有明顯作用，計算中不應(yīng)忽略，否則可能會影響海上風機的作業(yè)和自存安

4、全。其中工作海況下由于存在風機的空氣動力載荷，主導了運動響應(yīng)，因此二階波浪力的作用沒有自存海況下顯著。海上風機受到水動力載荷和風載荷的聯(lián)合作用，受力復(fù)雜，環(huán)境載荷的入射方向會對運動響應(yīng)造成影響，為了研究風機系統(tǒng)在不同方向環(huán)境載荷作用下的響應(yīng)情況，本文進行了五個入射角的模擬分析，分別對比了入射角在工作海況和自存海況下對運動響應(yīng)的影響。由于風機在作業(yè)時控制系統(tǒng)會對葉片槳距角進行調(diào)節(jié)，使發(fā)電機保持額定功率。當控制系統(tǒng)發(fā)生故障時會出現(xiàn)葉片槳距角