海上風(fēng)機安裝中的軟著陸關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、風(fēng)能是一種清潔的永續(xù)能源，合理的利用和開發(fā)風(fēng)能是解決我國目前存在的能源緊張和環(huán)境壓力問題的有效途徑。經(jīng)過接近二十年的發(fā)展，海上風(fēng)電技術(shù)正日趨成熟，并開始進入大規(guī)模開發(fā)階段。由于海上環(huán)境的特殊性，海上風(fēng)電場建設(shè)工程中存在比陸上風(fēng)電更多的技術(shù)難題需要攻克，包括風(fēng)機底座的固定，海洋風(fēng)的侵蝕性防護、海上風(fēng)機的運輸以及海上風(fēng)機安裝等，其中，海上風(fēng)機安裝是海上風(fēng)電場建設(shè)中最突出的難點之一。海上風(fēng)機在安裝過程中，由于起重船在海洋中的搖蕩運動使得風(fēng)機不

2、可避免的產(chǎn)生晃動，這種晃動可能造成風(fēng)機與海上基礎(chǔ)平臺的碰撞甚至多次碰撞，而造成風(fēng)機損壞。因此，設(shè)計滿足在海上惡劣環(huán)境下風(fēng)機安裝的軟著陸系統(tǒng)成為一個亟待解決的問題。
　　 本論文以海上風(fēng)機安裝為背景，以研制出滿足惡劣環(huán)境下海上風(fēng)機安裝的軟著陸系統(tǒng)為目標(biāo)，采用理論分析和試驗研究相結(jié)合的方法，解決海上風(fēng)機安裝中軟著陸系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。目前該軟著陸系統(tǒng)已經(jīng)成功地應(yīng)用于上海東海大橋海上風(fēng)電場的34臺風(fēng)機的安裝。
　　 論文首先研究了

3、大質(zhì)量海上風(fēng)機在吊裝過程中的動力學(xué)特性。對起重船．風(fēng)機吊物系統(tǒng)的建模方法進行了研究。建立的耦合模型不僅考慮了船體在海面上的縱蕩、橫蕩、升沉、橫搖、縱搖和首搖，還考慮了風(fēng)機的面內(nèi)外擺角以及吊索的彈性變形。計算分析了起重船以及風(fēng)機在不同外界激勵下的動態(tài)響應(yīng)及耦合關(guān)系。并基于實際海況下測試的駁船運動參數(shù)，驗證了模型的有效性。
　　 其次研究了海上風(fēng)機在安裝對接過程中的相關(guān)動力學(xué)問題，分別建立了海上風(fēng)機安裝的硬著陸模型和軟著陸模型，考慮

4、了由于風(fēng)機著陸、吊索松弛等因素引起的系統(tǒng)的不連續(xù)性，采用Newmark法和Baumgutar違約穩(wěn)定法對模型進行求解，從時域的角度分析了海上風(fēng)機安裝過程中的動態(tài)特性以及影響因素。并研究了不同剛度和不同阻尼在沖擊載荷以及吊臂端升沉運動和吊鉤放繩運動復(fù)合激勵下最優(yōu)參數(shù)的選取原則。最后得到了滿足海上風(fēng)機安裝要求的軟著陸系統(tǒng)的設(shè)計的參數(shù)選取原則。
　　 基于理論分析，對軟著陸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式進行了研究，對其核心部件即緩沖器進行了詳細的結(jié)構(gòu)

5、設(shè)計、強度檢驗以及建模分析。在此基礎(chǔ)上，充分考慮緩沖器作為液壓元件的特性，建立了包括滑輪、吊索、風(fēng)機和緩沖器在內(nèi)的軟著陸系統(tǒng)模型，并在不同海況安裝條件下，對軟著陸系統(tǒng)的性能進行了仿真計算，最終研制出了符合要求的軟著陸系統(tǒng)。為了驗證該系統(tǒng)的實際作用效果，分別對單個緩沖器以及組合完成的軟著陸系統(tǒng)進行了動態(tài)自由墜落試驗，驗證了數(shù)學(xué)模型的正確性和軟著陸系統(tǒng)設(shè)計的有效性。
　　 最后為了拓寬原有軟著陸系統(tǒng)在多變的海上安裝條件下的適用范圍，