海上浮式風(fēng)機(jī)平臺(tái)動(dòng)力特性的研究.pdf

1、海上風(fēng)能有著風(fēng)速高、湍流程度小、主導(dǎo)風(fēng)向穩(wěn)定等優(yōu)勢(shì)。特別是對(duì)于我國(guó)人口密集且電力需求較大的東部沿海地區(qū)，開(kāi)發(fā)海上風(fēng)能在提供清潔高效的電力能源的同時(shí)不會(huì)占用日益緊張的土地資源。但是海上風(fēng)能資源多分布在離岸超過(guò)10km的海域，而這些海域水深一般在30m以上，超過(guò)了固定式海上風(fēng)機(jī)的適用、經(jīng)濟(jì)范圍。為能有效地開(kāi)發(fā)利用深水風(fēng)能、提高海上風(fēng)電場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)性，可以將風(fēng)力發(fā)電機(jī)安裝在浮式平臺(tái)上形成海上浮式風(fēng)機(jī)以適應(yīng)更大的水深。但浮式平臺(tái)受風(fēng)、浪、流等多種環(huán)

2、境荷載的作用，且存在耦合與非線性等效應(yīng)，動(dòng)力響應(yīng)特性相對(duì)復(fù)雜，研究其動(dòng)力特性對(duì)于推進(jìn)浮式風(fēng)機(jī)的大規(guī)模應(yīng)用具有重要意義。為此本文做了以下三個(gè)方面的研究:
　　(1)研究了氣動(dòng)阻尼對(duì)浮式平臺(tái)頻域響應(yīng)的影響，選取了美國(guó)可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)提出的5MW風(fēng)力機(jī)和某spar浮式平臺(tái)模型作為算例，利用氣動(dòng)阻尼計(jì)算方法建立氣動(dòng)阻尼矩陣，再基于勢(shì)流理論計(jì)算浮式平臺(tái)的水動(dòng)力系數(shù)，并考慮系泊系統(tǒng)剛度，在頻域內(nèi)分別建立并求解考慮與不考慮氣動(dòng)阻尼兩

3、種情況下的浮式平臺(tái)運(yùn)動(dòng)方程。利用求解方程得到的幅頻響應(yīng)算子(RAOs)及結(jié)合JONSWAP海浪譜得到的響應(yīng)譜，在頻域內(nèi)分析了氣動(dòng)阻尼對(duì)浮式平臺(tái)運(yùn)動(dòng)的影響。
　　(2)對(duì)某半潛型浮式風(fēng)機(jī)進(jìn)行了時(shí)域耦合分析，先基于延遲函數(shù)法，利用軟件Orcaflex和FAST建立了浮式風(fēng)機(jī)耦合時(shí)域分析模型，并簡(jiǎn)要的闡明了該分析方法的基本原理和過(guò)程。進(jìn)而分析了葉輪的風(fēng)荷載、塔頂位移、浮式平臺(tái)縱搖運(yùn)動(dòng)之間的耦合，以及系泊錨鏈張力、浮式平臺(tái)縱蕩運(yùn)動(dòng)之間的耦

4、合，并分析了風(fēng)力機(jī)在啟動(dòng)過(guò)程中葉輪的風(fēng)荷載、塔底彎矩、系泊張力等荷載與內(nèi)力的瞬態(tài)響應(yīng)，最后通過(guò)位移響應(yīng)譜分析了浮式平臺(tái)在各自由度響應(yīng)的頻率特性及其對(duì)工況和荷載方向的敏感性。
　　(3)研究了氣動(dòng)荷載對(duì)系泊疲勞壽命影響，選取NREL提出的5MW風(fēng)力機(jī)和某半潛型浮式平臺(tái)為分析對(duì)象，并設(shè)計(jì)了對(duì)應(yīng)的系泊系統(tǒng)，基于環(huán)境荷載理論，利用軟件FAST和Orcaflex建立浮式風(fēng)機(jī)耦合時(shí)域分析模型，并根據(jù)不同的環(huán)境荷載模型設(shè)置了數(shù)種時(shí)域分析工況。再