潛式浮式風(fēng)機(jī)耦合動力特性及系泊系統(tǒng)研究

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1、潛式浮式風(fēng)機(jī)耦合動力特性及系泊系統(tǒng)研究StudyonCoupledDynamicandMooringSystemofSubmergedFloatingWindTurbine工程領(lǐng)域：水利工程作者姓名：李彥娥指導(dǎo)教師：樂叢歡副研究員企業(yè)導(dǎo)師：徐寶高工天津大學(xué)建筑工程學(xué)院二〇一七年十二月獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝之處外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得天津大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均

2、已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。學(xué)位論文作者簽名：簽字日期：年月日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解天津大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定。特授權(quán)天津大學(xué)可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，并采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編以供查閱和借閱。同意學(xué)校向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤。（保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)說明）學(xué)位論文作者簽名：導(dǎo)師簽名：簽字日期：年月日簽字日期：年月日摘要隨著海上風(fēng)能開發(fā)的深入和風(fēng)電技術(shù)的發(fā)展，海上風(fēng)電場逐步向深遠(yuǎn)海發(fā)展，浮式基礎(chǔ)安裝靈活，受水深影響相對較小，能滿足深遠(yuǎn)海

3、風(fēng)電開發(fā)需求，具有良好的發(fā)展應(yīng)用前景。本文選用天津大學(xué)風(fēng)電課題組設(shè)計的潛式浮式風(fēng)機(jī)，運(yùn)用數(shù)值分析、模型試驗相結(jié)合的研究方法，研究風(fēng)浪聯(lián)合作用下潛式浮式風(fēng)機(jī)系統(tǒng)耦合動力特性。建立風(fēng)機(jī)-塔架-浮式平臺-系泊系統(tǒng)耦合動力模型，對比分析潛式浮式、張力腿式、半潛式風(fēng)機(jī)平臺運(yùn)動響應(yīng)特性，研究發(fā)現(xiàn)潛式浮式風(fēng)機(jī)在中等水深50~200m范圍內(nèi)有較好的水動力特性；通過研究不同風(fēng)浪環(huán)境荷載作用下潛式浮式風(fēng)機(jī)系統(tǒng)動力響應(yīng)，發(fā)現(xiàn)浮式平臺垂蕩和縱蕩運(yùn)動主要由風(fēng)和波浪激勵產(chǎn)生，平臺縱搖響應(yīng)和系纜線張力主要受波浪荷載的影響；開展?jié)撌礁∈斤L(fēng)機(jī)在不同波浪荷載作用下的物理模型試驗，通過

4、與數(shù)值計算結(jié)果進(jìn)行對比分析，試驗結(jié)果與數(shù)值計算吻合較好，進(jìn)一步驗證了數(shù)值計算的正確性。研究系纜線長度和預(yù)張力大小對潛式浮式風(fēng)機(jī)系統(tǒng)耦合動力響應(yīng)的影響，發(fā)現(xiàn)潛式浮式風(fēng)機(jī)系纜線長度從40m到100m縱蕩響應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)差值增大了47.2%，縱搖最大值增大了116.7%；系纜線預(yù)張力從1500kN到4500kN時縱蕩最大值減小42%，艏搖最大值減小了73.7%。研究潛式浮式風(fēng)機(jī)正常工況和極限工況系纜線一根破損時風(fēng)機(jī)的耦合動力響應(yīng)，結(jié)果表明：極限工況下4#系纜線張力在破損狀態(tài)比完整狀態(tài)增大60%，且安全系數(shù)為1.22，不滿足規(guī)范設(shè)計要求，系纜線破損對浮式風(fēng)機(jī)影響很

5、大。對潛式浮式風(fēng)機(jī)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，對比分析不同垂蕩板直徑和基礎(chǔ)吃水深度時潛式浮式風(fēng)機(jī)的運(yùn)動響應(yīng)，選擇垂蕩板直徑20m，吃水22m結(jié)構(gòu)，研究不同系泊布置形式下風(fēng)機(jī)系統(tǒng)耦合動力特性，選擇4直+4斜(30°)和4直+8斜(25°)兩種系纜線布置形式，分析其在100m水深極限海況時的耦合動力響應(yīng)，研究結(jié)果表明，后者比前者縱蕩位移最大值增大26.9%；垂蕩位移最大值減小56.2%，縱搖角度最大值減小63.1%，艏搖角度最大值減小97.3%。兩種系纜線布置形式下平臺動力響應(yīng)均較小，具有良好的穩(wěn)定性和安全性。關(guān)鍵詞：潛式浮式風(fēng)機(jī)，耦合動力分析，模型試驗，系泊預(yù)張力

6、，系泊布置形式IABSTRACTWiththedevelopmentofoffshorewindenergyandthedevelopmentofwindpowertechnology,offshorewindfarmdevelopmenttodeepseagradually.Floatingfoundationisflexibleininstallationandrelativelysmallaffectedbywaterdepth,itcanmeetthedemandofdeepseawindpowerdevelopment,andhasgoo

7、dprospectsfordevelopmentandapplication.ThispaperselectedthesubmergedfloatingwindturbineformdesignedbyWindpowerresearchgroupofTianjinUniversity.Studyonthecouplingdynamiccharacteristicsofthesubmergedfloatingwindturbinesystemunderthecombinedeffectofwindandwavebythemethodofcombini

8、ngnumericalanalysisandmodeltest.Establishmentofacouplingdynam