浮式风机系泊力特征及其对锚固基础的影响

作     者：苏畅 

作者单位：天津大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李飒;刘振纹

授予年度：2022年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 081505[工学-港口、海岸及近海工程] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 0815[工学-水利工程] 0824[工学-船舶与海洋工程] 0814[工学-土木工程] 082401[工学-船舶与海洋结构物设计制造] 

主      题：浮式风机 频域分析 时域分析 系泊力 锚固基础 

摘      要：随着全球能源问题的进一步加重,人们对于新能源的开发和利用愈发重视。由于风力发电具有无污染、资源丰富且开发前景广阔等特点,故成为解决能源问题的答案之一。海上风电相比陆上风电具有多项突出优势,故近年来得到了迅猛的发展。同时,随着海上风电逐渐向深海发展,漂浮式海上风电已经成为了当前的研究重点和热点。然而,目前的研究倾向于将系泊系统和锚固基础分为两个部分,较为缺乏将系泊系统和锚固基础结合为一个整体的研究。本文以南海某海域的实际工程为背景,以OC4半潜式浮式风机为研究对象,运用数值模拟的方法,使用SPACECLAIM进行模型建模、ANSYS AQWA进行频域和时域分析、OPTUM G3进行锚固基础极限分析。形成了一套从已知环境荷载到计算浮式风机的运动响应和系泊缆受力情况,再到得到锚固基础系泊点处受力情况的新方法,主要研究结果和创新点如下:(1)基于ANSYS AQWA计算得到浮式风机的RAO曲线、自由衰减曲线进行模型验证,并得到附加质量、辐射阻尼等水动力参数,计算结果表明本文所建仿真模型具有良好的可靠性。(2)分别改变环境参数、系泊形式、系泊缆材料等参数,研究这些参数对浮式基础的运动响应、系泊缆张力等结果的影响;并基于时域计算结果总结得到了各参数的影响规律,为实际工程中对浮式风机各参数的选取提供指导。(3)基于时域计算求解得到的导缆孔处的系泊缆张力,结合Randolph等人提出的理论方法,通过编程求解出锚固基础系泊点处系泊缆与水平向的夹角θ和系泊点处的系泊缆张力T随时间的变化情况。(4)根据求解得到的系泊缆各处的张力情况,得到了通过导缆孔处系泊缆张力的平均值或最大值预测入泥点处和锚固基础系泊点处系泊缆张力的平均值或最大值的表达式,由残差分析可得公式具有一定的精度。(5)对系泊点处的系泊缆张力进行频谱分析,并尝试通过载荷模型对不同海况下系泊点处受力进行简化;最后,运用4种不同的方法对锚固基础进行极限分析,并对不同方法得到的安全系数进行比较。