垂直軸水輪機電站載體運動模擬平臺研究.pdf

1、漂浮式潮流電站的運行經(jīng)驗表明，載體的搖蕩運動會降低水輪機的工作性能、預期壽命和可靠性，為了準確評估這種影響需要建造模擬平臺進行模擬實驗。模擬平臺要能重現(xiàn)載體的6自由度搖蕩運動，其液壓缸需要配合動作并能輸出足夠大的驅(qū)動力以克服實驗過程中水輪機的流體載荷及其慣性力。本文先研究潮流電站載體運動響應和垂直軸水輪機在主軸運動時水動力，以提供模擬平臺的運動學要求和載荷要求，然后對6-UPU型的并聯(lián)模擬平臺進行運動學和動力學研究。
　　本文首先

2、建立載體坐標系、載體平行坐標系和北東坐標系以描述載體運動，并對垂直軸水輪機電站載體進行運動學和動力學分析；運用DNV SESAM的DeepC模塊建立載體的結(jié)構(gòu)模型，在浮式載體濕面添加水壓并劃分網(wǎng)格；在HydroD模塊中，導入網(wǎng)格模型，添加波浪參數(shù)，建立載體水動力模型并調(diào)用WADAM和WASIM程序求解，經(jīng)后處理得到潮流電站載體的6自由度頻域和時域運動響應。
　　其次，根據(jù)潮流電站載體穩(wěn)態(tài)搖蕩時域響應，分析載體上水輪機主軸的運動規(guī)律

3、，得到主軸相對于水流的速度沿軸向的分布；以水流速度與主軸速度的矢量差在主軸垂直面內(nèi)的投影來分析垂直軸水輪機的水動力；運用Glauert原理和葉素理論求解水輪機處的來流速率沿主軸方向的分布，進而積分得到垂直軸水輪機整個葉輪在主軸隨載體運動時的水動力。
　　再次，根據(jù)并聯(lián)機構(gòu)模擬平臺的結(jié)構(gòu)特點，推導其運動學方程；根據(jù)潮流電站載體搖蕩6自由度時域響應，分別計算模擬平臺動平臺跟蹤載體搖蕩運動時考慮載體垂蕩和艏搖與忽略垂蕩和艏搖的兩種情況下

4、模擬平臺運動學逆解；為求解模擬平臺位姿正解，采用Broyden修正的擬牛頓法，并在Mathematica中編程計算；根據(jù)實例正解求解結(jié)果，給出獲得合適初始迭代初值的建議。
　　最后，設(shè)計一臺垂直軸水輪機，在UG中運用自上而下的建模方法繪制模擬平臺和水輪機的完整三維模型，經(jīng)零件合并、適當簡化后導入ADAMS進行動力學仿真；在ADAMS中添加約束、驅(qū)動和作用力，驅(qū)動采用前面計算的模擬平臺運動學逆解，作用力采用前面計算的水輪機在主軸隨載