海上浮式風(fēng)機(jī)平臺動力特性的研究.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。特別是對于我國人口密集且電力需求較大的東部沿海地區(qū)，開發(fā)海上風(fēng)能在提供清潔高效的電力能源的同時不會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10km的海域，而這些海域水深一般在30m以上，超過了固定式海上風(fēng)機(jī)的適用、經(jīng)濟(jì)范圍。為能有效地開發(fā)利用深水風(fēng)能、提高海上風(fēng)電場的經(jīng)濟(jì)性，可以將風(fēng)力發(fā)電機(jī)安裝在浮式平臺上形成海上浮式風(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)，動力響應(yīng)特性相對復(fù)雜，研究其動力特性對于推進(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方面的研究:
　　(1)研究了氣動阻尼對浮式平臺頻域響應(yīng)的影響，選取了美國可再生能源實驗室(NREL)提出的5MW風(fēng)力機(jī)和某spar浮式平臺模型作為算例，利用氣動阻尼計算方法建立氣動阻尼矩陣，再基于勢流理論計算浮式平臺的水動力系數(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阻尼兩

3、種情況下的浮式平臺運動方程。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)分析了氣動阻尼對浮式平臺運動的影響。
　　(2)對某半潛型浮式風(fēng)機(jī)進(jìn)行了時域耦合分析，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)耦合時域分析模型，并簡要的闡明了該分析方法的基本原理和過程。進(jìn)而分析了葉輪的風(fēng)荷載、塔頂位移、浮式平臺縱搖運動之間的耦合，以及系泊錨鏈張力、浮式平臺縱蕩運動之間的耦

4、合，并分析了風(fēng)力機(jī)在啟動過程中葉輪的風(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)，最后通過位移響應(yīng)譜分析了浮式平臺在各自由度響應(yīng)的頻率特性及其對工況和荷載方向的敏感性。
　　(3)研究了氣動荷載對系泊疲勞壽命影響，選取NREL提出的5MW風(fēng)力機(jī)和某半潛型浮式平臺為分析對象，并設(shè)計了對應(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)種時域分析工況。再