浮式温差能平台取水立管振动特性分析

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xiaoxiaoDang
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海洋温差能是一种输出较为稳定而储量巨大的可再生能源,相较于储量有限且存在环境污染问题的传统能源,其发展潜力十分巨大。海洋温差能发电装置根据工作地理位置的不同可分为岸基式和浮式两种。相较于岸基式温差能发电装置,浮式温差能发电装置的取水管道长度小,且不需要陆上场地、部署更加灵活。取水立管将深层冷海水提升到海面处,属于大长径比海洋结构物,本身固有频率小,其在工作中受到海流、波浪等环境载荷作用易发生涡激共振。此外,对于一些规模较小温差能发电平台而言,平台自身受到海洋环境载荷作用将产生较为明显的运动,继而导致取水立管内参变化,产生参数激励振动。因此,研究立管参激-涡激联合振动特性对于保证其安全服役具有重要意义。本文研究依托国家重点研发计划项目“海洋温差能发电平台关键技术与南海海试”,研究小型化海上浮式发电平台立管的参激-涡激联合振动特性。采用有限元法求解取水立管的运动微分方程,考虑立管自重对立管轴向张力的影响,利用有限元模型计算得到了取水立管的固有频率与各阶振型,对比分析了不同结构参数变化对立管固有频率的影响效果。采用尾流振子模型计算立管上的水动力,以威尔逊-?法对立管振动响应进行时域计算,研究不同流速的均匀流对立管振动响应的影响,假设上部平台在波浪作用下做简谐垂荡运动,对不同流速与顶端参数激励幅值组合下立管参激-涡激联合振动响应进行时域计算。研究结果表明:取水立管的长度和外径与其固有频率大小呈负相关,而与立管壁厚呈正相关,当立管存在参激-涡激联合振动时,结构的振动响应大于同流速下纯涡激振动的响应,参数激励引发的横向振动频率约为参数激励频率的一半,参激振幅的增大将会导致参激振动逐渐占据主导地位,增大到一定程度后,立管发生振动失稳,结构振幅呈指数级增大。
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