海上漂浮式風(fēng)機支撐結(jié)構(gòu)初步設(shè)計及疲勞強度分析.pdf

1、風(fēng)能是一種清潔的可再生能源，而且海上風(fēng)電場正逐漸成為可再生能源開發(fā)的新方向。目前，由于深海風(fēng)電相比近海具有更多優(yōu)勢，因此海上風(fēng)電由近海固定式風(fēng)機向深海漂浮式風(fēng)機發(fā)展是一種必然趨勢。對于深海漂浮式風(fēng)力發(fā)電機來說，支撐結(jié)構(gòu)是其重要組成部分，承受水動力與空氣動力的雙重交變載荷，在20年的風(fēng)機設(shè)計壽命期內(nèi)，疲勞載荷循環(huán)次數(shù)很高，支撐結(jié)構(gòu)的疲勞強度需要特別關(guān)注。
　　本文所設(shè)計的浮式風(fēng)機擬位于北大西洋的Stevenson地區(qū)某海域。首先參照

2、DNV海上鋼結(jié)構(gòu)物設(shè)計規(guī)范，對海上三浮體式風(fēng)機的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)進行初步設(shè)計；并基于海上風(fēng)機設(shè)計規(guī)范IEC61400-3確定了風(fēng)機運動響應(yīng)分析及總體強度分析的計算工況。然后計算得到浮式風(fēng)機整體結(jié)構(gòu)的運動響應(yīng)結(jié)果以及風(fēng)機在風(fēng)浪流等環(huán)境載荷與風(fēng)機載荷共同作用下的總體強度結(jié)果，并由此得到疲勞熱點位置。最后進行分析得到支撐結(jié)構(gòu)疲勞熱點在疲勞工況下的疲勞載荷譜，進而計算求得風(fēng)機支撐結(jié)構(gòu)的疲勞壽命。本文重點研究內(nèi)容及相關(guān)結(jié)論如下：
　?。?）采用DN

3、V規(guī)范中的載荷與抗力系數(shù)設(shè)計法對漂浮式風(fēng)機基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的立柱板厚及桿件截面模量進行了計算，分析獲得了浮式基礎(chǔ)在作業(yè)及自存海況下的最佳吃水；最后完成了海上漂浮式風(fēng)機支撐結(jié)構(gòu)的初步設(shè)計。
　?。?）對海上三浮體式風(fēng)機建立一體化模型，并根據(jù)IEC61400-3規(guī)范選定正常工作海況（6組）及百年一遇海況共7組工況對漂浮式風(fēng)機進行風(fēng)浪流耦合作用下的動力響應(yīng)分析。由計算結(jié)果可知此漂浮式風(fēng)力機在各種工況下的運動都在合理范圍內(nèi)，并且波浪載荷對結(jié)構(gòu)的垂

4、蕩運動影響較大，而風(fēng)速對結(jié)構(gòu)的縱蕩運動影響較大；隨著風(fēng)速的增加，結(jié)構(gòu)的縱蕩運動先增加再減小，在風(fēng)速達到風(fēng)機額定風(fēng)速時，結(jié)構(gòu)縱蕩運動達到最大值。
　?。?）考慮浮式風(fēng)機整體結(jié)構(gòu)所承受的所有載荷，包括：空氣動力載荷、風(fēng)載荷、波浪載荷以及流載荷，分析浮式風(fēng)機支撐結(jié)構(gòu)在所有載荷共同作用下的總體強度，并根據(jù)DNV規(guī)范進行總體強度校核。結(jié)果顯示浮式風(fēng)機支撐結(jié)構(gòu)總體強度滿足規(guī)范要求，并且在塔架與基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的連接處出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，本文將此高應(yīng)力區(qū)