风-浪-流-RNA运行耦合作用下近海风电结构动态响应分析

摘要

近海风电结构不仅长期遭受风、浪、流等荷载的耦合作用,还需承担风轮-机舱组件(Rotor-Nacelle Assembly,RNA)运行作用带来的额外动力影响,这不仅会加剧结构受载集中部位的损伤,还会影响甚至中断发电机组的正常运作。为探索近海风电结构关键部位的动力特性及振动模式,该文建立考虑风-浪-流-RNA运行的单桩风电塔的耦合分析模型,采用Von Karman风谱模型和叶素动量理论计算气动荷载,通过莫里森方程求取单桩基础结构的波浪及海流荷载,对NREL 5MW单桩塔的塔顶、叶根及单桩底部开展动力响应分析。基于频谱分析法探究结构各关键部位的响应激励源;研究了在3~30m/s风速范围内,近海风电结构动态响应随风速及海流流速的动力特性变化规律。结果表明:近海风电结构动态响应在不同工作状态下会呈现不同的频谱特征,其动态响应时程的均值与峰值随风速增加呈非线性的变化趋势。