深水浮式风力机的动力响应

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海上风电向深水的浮式风机发展已成为必然趋势。目前国内外对浮式风机的研究才刚刚开始。对海上风机在环境载荷作用下的动力响应分析能为风机基础的设计提供依据,具有重要意义。本文利用专门用于风机设计的软件SWT(SAMCEF for Wind Turbine),建立了三种浮式风机的模型,支撑平台为张力腿、Spar和驳船,对三种平台在三种水深(200米、300米和400米)、南海海况下进行了动力响应分析和对比。同时研究了风浪载荷、波浪入射角以及波浪周期对平台运动的影响。本文研究内容及相关结论如下:(1)选择2MW风机模型,对三种风机平台进行初步设计。(2)张力腿和Spar平台平衡位置随水深的增加而上升,而驳船平台平衡位置随水深增加而下降;张力腿和Spar平台系泊缆预张力随水深的增加而减小,而驳船平台预张力随水深增加而增大,系泊缆预张力垂向分量的增量等于平台排水重量的增量。(3)三种浮式风机在一年一遇工况下平台的运动比100年一遇(停机)工况下小,说明波浪载荷对三种平台运动的影响较大;三种浮式风机的位移、偏转角、平台应力和系泊缆张力都在允许范围之内,浮式风机能安全地进行工作。(4)张力腿平台在上述两种工况下位移和转角最小,横摇、纵摇和首摇都不超过1°,但排水量是三种浮式风机中最大的。驳船平台纵荡和首摇稳定性比Spar平台好,而Spar平台垂荡和纵摇稳定性比驳船平台好。在选择风力机平台时,应根据具体要求合理选择平台类型。(5)在风速一定的条件下,波高越大,平台的运动一般也越大;波高一定时,在浮式风机正常工作的风速范围内,风速增大对平台运动的影响不是很大。对于深水浮式风机而言,波浪载荷在载荷组合中起主导作用。(6)随着波浪入射角的增大,平台横荡和横摇幅度逐渐增大,纵荡和纵摇运动一般逐渐减小,但是Spar平台和驳船在波浪入射角为10°时纵荡最大。平台垂荡运动总体上变化不大。随着波浪载荷周期的增大,张力腿平台的运动幅度逐渐增大,驳船平台风机的运动逐渐减小,Spar平台风力机的运动幅度在波浪周期为20s时最大。
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