新型固定式海上风机与海水养殖融合结构动力特性研究

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我国海岸线辽阔,具有丰富的海洋资源。海上风能和海洋渔业等海洋资源的开发利用,近年来越来越受到人们的关注。目前,我国海上风电场结构的基础型式主要采用固定式基础,如单桩、导管架和三脚架基础等。由于我国近海复杂的环境和地质条件,在服役期内海上风机结构需承受风、浪、流等复杂环境荷载的长期循环作用。为了保证海上风机整体结构安全,基础结构往往体积庞大,造价昂贵,且水下空间无法充分利用。而海水养殖利润丰厚,近年来也在逐渐走向深远海。然而,由于深远海供电困难,使深远海养殖发展受到了制约。因此,有必要进行海上风能与海水养殖的融合开发,实现风渔互补,充分利用海洋空间,最大化经济效益。为实现海上风能与海水养殖的融合开发利用,围绕海上资源多用途开发新型结构,本文重点开展了以下研究工作:(1)提出了一种固定式基础海上风机融合钢结构养殖网箱的新型海上风渔融合结构。该风机由上部10MW风机和下部钢结构养殖网箱组成,养殖网箱呈正方形,由支撑风机的风机桩和三个网箱桩以及相应的连接杆件组成,网衣布置在养殖网箱的侧面和底部,形成约90000m~3的养殖空间。(2)根据国内外的海上风机、海水养殖和海上固定式平台等相关设计规范和标准,凝练适用于新型海上风渔融合结构的设计方法与要求。结合我国南海某海域的水文条件,确定了进行新型海上风渔融合结构设计所需的荷载工况和组合系数。基于新型海上风渔融合结构的半整体模型,采用荷载抗力系数法进行了多极限状态下新型海上风渔融合结构承载力校核。(3)在满足质量和刚度等效的前提下,基于Screen网衣水动力模型,结合整体耦合分析和桩基线性化理论,建立包含转子机舱组件-塔筒-基础结构-网衣结构-桩土相互作用-伺服控制的新型海上风渔融合结构整体耦合模型,开展了风、浪作用下新型海上风渔融合结构动力特性研究,揭示了新型海上风渔融合结构耦合运动响应变化规律。(4)基于整体耦合分析模型,开展了新型海上风渔融合结构振动控制策略研究。基于耦合运动响应控制率评价了正常运行和极端工况下调谐质量阻尼器的减振效果,提出了适用于新型海上风渔融合结构的最佳减振方案。
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