深海浮式风机支撑结构的初步设计和关键技术研究.doc

深海浮式风机支撑结构关键技术研究学校代码：10289分类号：P751密级：公开号：102010007苏科技大学士学位论文深海浮式风机支撑结构的初步设计和关键技术研究朱红娟江苏科技大学研究生姓名导师姓名申请学位类别工学硕士学位授予单位江苏科技大学学科专业船舶与海洋结构物论文提交日期2012年12月28日设计制造研究方向船舶与海洋结构物论文答辩日期2012年3月16日结构性能答辩委员会主席评阅人尹群张健2013年3月15日分类号：P751级：公开学号：102010007工学硕士学位论文深海浮式风机支撑结构的初步设计和关键技术研究学生姓名朱红娟指导教师李良碧副教授江苏科技大学二O一二年十二月AThesisSubmittedinFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringInitialDesignandKeyTechnologyofSupportStructureofDeep-seaFloatingWindTurbineSubmittedbyZhuHongjuanSupervisedbyProfessorLiLiangbiJiangsuUniversityofScienceandTechnologyMarch,2013江苏科技大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：年月日江苏科技大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权江苏科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于：(1)保密□，在年解密后适用本授权书。(2)不保密□。学位论文作者签名：指导教师签名：年月日年月日摘要要深海蕴含丰富的风能，海上风力发电为人类提供了大量可再生清洁能源。目前，海上风电从浅海的桩柱型向深海的浮式发展是必然趋势。深海的漂浮式风电已成为国外研究的热点领域，但在我国尚处于起步阶段。对海上浮式风力发电机而言，浮式支撑结构比较重要，但由于缺乏成熟的设计标准和分析软件，国内的研究大多停留在近海区域的传统固定结构形式。因此，急需开展深海浮式风机支撑结构关键技术研究。本文参照IEC风机相关设计规范，采用风机正向设计专业解决软件SAMCEFforWindTurbine，首先对安装在Stevenson地区某海域的浮式风机支撑结构进行初步概念设计；然后建立深海浮式风机一体化柔性多体动力学有限元仿真模型，基于空气动力学叶素理论和Morison波浪理论对风，浪联合作用下深海浮式风机支撑结构的关键技术进行研究。本文重点研究内容及相关结论如下：（1）基于风力发电机组设计标准IEC61400-1中规定的风况和海上风力发电机组设计标准IEC61400-3规定的海洋环境载荷，对风机设计的环境载荷标准和环境载荷工况进行选取；然后对三浮筒浮式风机的支撑结构进行初步概念设计，并给出了其设计要点。（2）经过计算和分析，三浮筒浮式风机支撑结构在IEC典型标准工况下，即在正常工作状态和50年一遇的风浪极端载荷条件下能保持稳定不倾覆和安全正常地进行发电工作；并且风机浮式支撑关键结构的强度符合要求，锚链设计也符合相关规范要求。（3）通过比较浮式风机在正常工作状态下和在50年一遇、风机停机状态下的计算结果可知：浮式风机在正常工作状态下的整体位移和关键节点应力均高于50年一遇、风机停机时的状态。以上结果可以说明风载荷对风机支撑结构在正常工作状态时的影响是非常重要的，在浮式风力发电机的设计计算中是不能忽视的。（4）通过分析三浮筒浮式风机发电功率曲线可知：风速在达到额定风速之前，风速增大时，浮式风力发电机的发电功率大幅地增加；当风速达到额定风速之后风速继续增大，则对发电功率的影响并不明显。（5）由海上浮式风机动态特性分析可知：平台低阶振型主要表现为整体振动形式，三浮筒浮式风机结构能够有效避开海洋频区对结构造成的不利影响；高阶振型表现为局部振动；塔架主要表现为摆动，上下振动，风机塔架自振频率和风机叶片旋转频率不会产生共振。（6）三浮筒浮式风机在风速一定的条件下，波高的增大对平台的稳定性有较大的影响。在浮式风机选址时应选择着重考虑波浪对结构的影响；在波高一定的条件下，I江苏科技大学硕士学位论文在浮式风机正常工作的风速范围内，随着风速的增大，发电功率增大