大型海上风机的半潜式浮动基础结构设计与性能分析

摘要

随着能源需求的不断增加，环境保护的逐渐重视，推动清洁的可再生能源发展愈发重要。风能是可再生绿色能源的一种，其开发与利用成为近年来的研究热点。相对于有限的陆地风能，海洋风能具有更广阔的发展前景。研究表明，固底式基础仅适用于小于60米水深的海域，而更深海域使用浮式基础经济性更高。目前，深海浮式风机基础在国际上处于样机试验阶段，国内尚属空白，相关设计方法和分析技术远未成熟。因此，本文将基于大型海上风机工作的特点，设计适用于较深海域的漂浮式风机基础，着重分析其水动力特性和结构特性。
　　通过对海上风机浮式基础主要类型的特点分析，参考国际上已开发样机的经验，结合我国南海海域的海洋环境条件选定半潜式浮动基础为本文的主要研究对象。基础的外部结构形式借鉴了美国缅因大学发布的设计概念——DeepCWind，而海上风机选用了美国可再生能源实验室公布的5MW风机参数，并使用了悬链式系泊系统防止基础发生漂移。对于选定的半潜式浮动风机基础，首先验证了其作业和自存两种工况下的优良稳性特征；其次，基于频域方法，计算并比较了有无系泊系统时的响应幅值因子变化和水动力系数的特点；最后，在时域内分析了浮动基础在三个方向下作业和自存两种工况的六自由度时历响应。水动力分析结果表明该基础能够满足5MW海上风机正常作业和自存工况的要求。
　　初步设计了半潜式浮动基础的内部结构。在总体强度分析中，采用了确定性设计波法，选定了7种设计波即不利的波浪荷载工况。分析了不同工况下载荷对结构的作用方式，校核了基础的总体强度与屈曲强度，其内部结构形式的布置、材料的选取是影响应力分布与大小的重要因素。本文工作将为海上半潜式浮动风机基础的设计提供参考。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪 论

1.1研究背景与意义

1.2国内外研究现状

1.3浮式基础分类

1.4国内外文献综述的简析

1.5本文的主要研究内容

第2章 海上浮动基础性能分析理论和方法

2.1 流体理论表述

2.2设计波法

2.3 环境载荷

2.4设计与分析准则

2.5 ANSYS-AQWA软件包

2.6 本章小结

第3章 漂浮式基础水动力分析

3.1引言

3.2风力发电机的基本参数

3.3环境参数的确定

3.4漂浮式基础结构尺寸

3.5水动力特性分析

3.6时域分析

3.7 本章小结

第4章 漂浮基础的总体强度分析

4.1引言

4.2载荷分析

4.3有限元模型

4.4漂浮式基础总体强度分析

4.5屈曲分析

4.6本章小结

结论

参考文献

声明

致谢