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《海上樁式風(fēng)電機組基礎(chǔ)強度設(shè)計研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、學(xué)兔兔www.xuetutu.com第6期(總第175期)機械工程與自動化NO．62012年l2月MECHANICALENGINEERING＆AUTOMATIONDec．文章編號：1672—6413(2012)06—0018—03海上樁式風(fēng)電機組基礎(chǔ)強度設(shè)計研究汪亞洲，崔新維(新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)機械交通學(xué)院，新疆烏魯木齊830052)摘要：考慮到海上風(fēng)電機組與陸地風(fēng)電機組所處環(huán)境的差異，結(jié)合波、流、海生物附著等環(huán)境載荷對基礎(chǔ)的影響，提出一種快速評估海上風(fēng)電機組基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)強度的方法。在多體動力學(xué)理論的基礎(chǔ)上，基于有限元法對葉片進行離散化并建立整機
2、模型，計算上部機組載荷；使用莫里森方程計算波、流載荷；根據(jù)計算載荷，基于SACS軟件，參考美國石油協(xié)會API規(guī)范，直觀、快速地對基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)進行強度分析與優(yōu)化。以某導(dǎo)管架式海上風(fēng)電機組基礎(chǔ)為例，對上述過程進行了演示。關(guān)鍵詞：海上風(fēng)電；基礎(chǔ)；結(jié)構(gòu)優(yōu)化中圖分類號：TK83文獻標識碼：A0引言現(xiàn)假設(shè)氣流均勻且不可壓，根據(jù)伯努利方程可得我國海上風(fēng)電開發(fā)剛剛起步，海上風(fēng)電機組長期到圓盤吸收的功率P：矗立于惡劣的海洋環(huán)境中，基礎(chǔ)除了承受來自機組上P一2pU：Aa(1一n)。。????????(2)部的葉輪系統(tǒng)、機艙等部件傳遞來的載荷外，還需要承其中：I
3、D為空氣密度；A為風(fēng)機葉輪掃風(fēng)面積。作用在受波、流、海生物附著等海洋環(huán)境載荷的影響。對于海葉輪上的推力T為：上風(fēng)電機組基礎(chǔ)而言，結(jié)構(gòu)桿件的應(yīng)力是由局部的水T一2pAUi口(1一Ⅱ)。?????????(3)動力和機組其他部分傳遞來的載荷組合引起的。局部機組的功率系數(shù)C以及機組的推力系數(shù)Ct都產(chǎn)生的力不但包括由Morison模擬的拖拽力和慣性沒有量綱，可由下式確定：力，還包括升力、軸向力、浮力和重力，靠近平均風(fēng)暴水1C一P／(÷pA)一4a(1～n)。。????(4)位的水平桿件在波浪經(jīng)過時還要經(jīng)受垂向的沖擊力，厶升力和沖擊力都能引起獨立
4、桿件的動力激振，使它們1C一T／(音pAu：)=4a(1一Ⅱ)。????(5)的應(yīng)力增加。因此，在基礎(chǔ)設(shè)計初期如何快速、合理地厶評估基礎(chǔ)所受荷載并對基礎(chǔ)進行力學(xué)分析，從而保證從式(4)、式(5)可以看出：當(dāng)n取值為1／3時，功結(jié)構(gòu)的強度、剛度滿足設(shè)計要求，對于海上風(fēng)電開發(fā)的率系數(shù)C最大，為16／27。這個值又稱為貝茲極限；當(dāng)重要性不言而喻?！叭≈?／2時，推力系數(shù)c最大，為1。計算風(fēng)力發(fā)電1基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)校核方法機的載荷與響應(yīng)時，首先應(yīng)建立完整準確的風(fēng)力機模1．1載荷計算型。本文采用GHBladed軟件對風(fēng)電機組進行數(shù)學(xué)1．1．1風(fēng)載荷的計算
5、仿真分析，建立了如圖1所示的整機模型，并根據(jù)所建對風(fēng)電機組進行載荷計算，一般將葉輪系統(tǒng)視為立模型對機組進行載荷計算。“致動圓盤”，圓盤面上的風(fēng)速U與上游來風(fēng)速度1．1．2波、流組合的靜力計算的關(guān)系為：計算作用在基礎(chǔ)上的確定性的靜波浪力時，通常一(1一n)U。。???????????(1)使用莫里森公式，波浪通過平臺時，必然會對平臺產(chǎn)生其中：n為軸向誘導(dǎo)因子。在來風(fēng)速度【，。確定的情況拖拽力與慣性力。拖拽力的大小與水質(zhì)點速度的2次下，葉輪平面上風(fēng)速值的大小完全取決于系數(shù)n。方成正比關(guān)系，慣性力的大小與水質(zhì)點的加速度成正新疆維吾爾自治區(qū)科技
6、廳重大攻關(guān)項目(200732141—3)收稿日期：2012—05—16；修回日期：2012—07—11作者簡介：汪亞洲(1986一)，男，江蘇淮安人，在讀碩士研究生，主要從事風(fēng)力發(fā)電工程技術(shù)的研究。學(xué)兔兔www.xuetutu.com2012年第6期汪亞洲，等：海上樁式風(fēng)電機組基礎(chǔ)強度設(shè)計研究·19·比關(guān)系?？梢哉f，作用在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)上的拖拽力與慣性力的合力就是波浪力F。具體可表示為：卜一kl／r~C,。F=Cd~-2Dv+c竺。????(6)厶gga‘其中：D為桿件的直徑或與波向垂直的邊的長度；CI==一I一‘。3(kl／r)。2kZ／r
7、≥c'．，l為波浪阻力系數(shù)；Cm為慣性力系數(shù)；為桿件軸線處的水質(zhì)點速度；為海水的密度；g為重力加速度。為無支撐長度；為回轉(zhuǎn)半徑；c：()-，2。海上任Fdlt~l500／F2--0．58百Fyd]F百3000<~了d≤30o4_1．74]F，1500<_了d~百3000。?????????????????????(9)(a)葉輪系統(tǒng)等效模型其中：d為構(gòu)件的外徑；t為構(gòu)件的壁厚。2計算實例本文以某3Mw風(fēng)電機組為例，建立如圖2所示的基礎(chǔ)模型，根據(jù)上述方法加載求解，可得到表1所列的桿件UC值。從表1中可看出PD2桿件的UC值最大，達到了2．
8、45，即實際應(yīng)力已經(jīng)超過了許用極限應(yīng)力，而LG1的UC值最小，僅為0．06，也就意味著材料還有很大的安全裕度。(b)葉片質(zhì)量模型圖l葉輪和葉片等效模型1．2桿件校核方法及理論依據(jù)本文基礎(chǔ)校核所使用的工具為S
