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浮式风机系泊系统动力响应特性研究

中国造船 2019年第4期60卷 53-65页

作者：肖元傅强邓燕飞冯玮时磊韩荣贵王凯烟台中集来福士海洋工程有限公司烟台264000 中集海洋工程有限公司深圳518000 中山大学海洋工程与技术学院珠海519082

浮式风机系泊系统是浮式风机设计的重要方面,对于浮式风机工作性能、安全性能及经济性具有重要影响。以某NREL 5MW浮式风机基础为研究对象,基于SESAM软件对浮式风机在不同系泊方案下的运动及动力响应特征进行研究。比较分析不同系泊系... 详细信息

浮式风机系泊系统是浮式风机设计的重要方面,对于浮式风机工作性能、安全性能及经济性具有重要影响。以某NREL 5MW浮式风机基础为研究对象,基于SESAM软件对浮式风机在不同系泊方案下的运动及动力响应特征进行研究。比较分析不同系泊系统水平刚度、系泊张力、水平位移、机舱加速度及俯仰角等关键指标。结果表明浅水深条件下,不合理的系泊系统容易直接抵抗波频运动响应,引起非常大的系泊张力。采用复合纤维缆降低系泊系统整体刚度水平,在能够满足水平位移限制的情况下,具有技术可行性及经济性。

关键词：浮式风机浅水系泊系统系泊刚度动力特性

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浮式风机变桨故障后停机的动力特性研究

振动与冲击 2017年第8期36卷 125-131页

作者：丁红岩韩彦青张浦阳乐丛欢天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300072 滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室(天津大学) 天津300072 天津大学建筑工程学院天津300072

浮式风机变桨故障后紧急顺桨停机可能会引起风机传动系统、机舱设备、塔筒和浮式基础荷载和弯矩的巨大波动。采用空气动力-水动力-控制系统-结构动力全耦合非线性方法模拟了不同海况下的全潜式浮式风机变桨系统故障,分析了风机低速轴弯... 详细信息

浮式风机变桨故障后紧急顺桨停机可能会引起风机传动系统、机舱设备、塔筒和浮式基础荷载和弯矩的巨大波动。采用空气动力-水动力-控制系统-结构动力全耦合非线性方法模拟了不同海况下的全潜式浮式风机变桨系统故障,分析了风机低速轴弯矩、机舱加速度、塔筒弯矩和浮式基础的运动响应变化。结果表明,在变桨故障后紧急顺桨停机工况下,风机系统内部所受荷载和弯矩与正常运行相比有明显增加,在优化控制方法后,即变桨故障后高速轴刹车并减速顺桨,风机系统内部增加的荷载和弯矩得到有效缓解。

关键词：浮式风机变桨系统故障空气动力-水动力-控制系统-结构动力分析控制方法

浮式风机气动推力和扭矩同时满足相似条件的模型试验方法研究

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中国造船 2024年第2期65卷 86-101页

作者：郝红彬郑兴陈淑玲香港理工大学土木与环境工程学系中国香港999077 哈尔滨工程大学船舶工程学院哈尔滨150001 江苏科技大学船舶与海洋工程学院镇江212003

在风浪水池中基于弗劳德相似开展的浮式风机模型试验无法同时满足雷诺相似,导致模型风机难以同时满足推力和扭矩相似。基于气动推力和扭矩相似条件,应用模型叶片几何重构方法重新求解模型风机的叶轮转速和叶片桨距角,提出了一种风机气... 详细信息

在风浪水池中基于弗劳德相似开展的浮式风机模型试验无法同时满足雷诺相似,导致模型风机难以同时满足推力和扭矩相似。基于气动推力和扭矩相似条件,应用模型叶片几何重构方法重新求解模型风机的叶轮转速和叶片桨距角,提出了一种风机气动推力和扭矩同时满足相似要求的试验方法。首先进行风洞模型试验,验证模型风机可在全风速范围内同时满足推力相似和扭矩相似要求;然后通过数值模拟验证实型和模型关于风机和浮式支撑平台之间相互作用的相似性,结果表明缩尺模型试验能较准确地预报实型系统的运动响应以及风机的气动推力和扭矩。

关键词：模型试验浮式风机气动推力相似气动扭矩相似

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浮式风机系统水-气动力耦合分析方法

上海交通大学学报 2014年第4期48卷 570-575,582页

作者：闫发锁张成祥杨慧彭成哈尔滨工程大学船舶工程学院哈尔滨150001 德州农工大学土木工程系大学城77843

将浮式风机系统中浮体的水动力分析模块与风力发电机的空气动力分析模块整合,提出了适用于深水浮式风机系统的全耦合动力响应分析方法.浮体水动力计算采用基于二阶精度的混合波浪模型(Hybrid Wave Model)的MORISON公式,锚泊系统采用细... 详细信息

将浮式风机系统中浮体的水动力分析模块与风力发电机的空气动力分析模块整合,提出了适用于深水浮式风机系统的全耦合动力响应分析方法.浮体水动力计算采用基于二阶精度的混合波浪模型(Hybrid Wave Model)的MORISON公式,锚泊系统采用细长杆理论通过非线性有限元方法实现,风机系统的空气动力分析采用基于多体气动弹性理论的FAST模块.以浮体控制方程为主体,通过模块间的载荷与位移传递在每个时间步上迭代求解,形成完全耦合的时域分析方法.通过对某SPAR风机系统在随机海况下进行了系统水动力响应分析,并与现有的三维势流理论的结果进行了比较,验证了数值分析方法的有效性.最后,对系统的动力响应进行了水-气动力的全耦合数值分析.结果表明,该方法能有效地分析浮式风机各子系统间的混合动力作用,可用于海洋风电系统开发.

关键词：浮式风机运动响应水-气动力耦合分析

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浮式风机基础非对称式系泊系统设计方法

船舶力学 2022年第11期26卷 1646-1656页

作者：康思伟梁明霄孙红军徐胜文中海油融风能源有限公司上海200335 上海交通大学海洋工程国家重点实验室上海200240

浮式风机在离岸工作时,通常需要运维船靠泊风机基础进行定期维护保养等作业。为了避免运维船作业时与浮式风机的锚链碰撞造成事故,浮式风机基础的系泊系统应当采用非对称设计,为运维船靠泊留出足够的操作空间。为了解决非对称系泊系统... 详细信息

浮式风机在离岸工作时,通常需要运维船靠泊风机基础进行定期维护保养等作业。为了避免运维船作业时与浮式风机的锚链碰撞造成事故,浮式风机基础的系泊系统应当采用非对称设计,为运维船靠泊留出足够的操作空间。为了解决非对称系泊系统在不同环境力方向定位能力相差较大的问题,提出浮式风机非对称式系泊系统设计方法,将非对称系泊系统设计转化为一个多目标优化问题,结合非占优排序遗传算法(NSGA-II)优化系泊系统参数,保证风机基础全环境力方向上系泊定位安全性。

关键词：浮式风机非对称系泊系统多目标优化问题

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流速对全潜型浮式风机整机拖航影响的研究

中国造船 2022年第6期63卷 207-217页

作者：任建宇乐丛欢张浦阳丁红岩天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300350 天津大学建筑工程学院天津300350

针对三浮筒型式和四浮筒型式的全潜型浮式风机拖航过程,设置4种不同的数值模拟工况,对比研究在相同的波浪环境及相同的拖航速度条件下,海流速度对浮式风机拖航运动性能的影响,为实际工程提供参考。结果表明:流速对两种结构型式的浮式风... 详细信息

针对三浮筒型式和四浮筒型式的全潜型浮式风机拖航过程,设置4种不同的数值模拟工况,对比研究在相同的波浪环境及相同的拖航速度条件下,海流速度对浮式风机拖航运动性能的影响,为实际工程提供参考。结果表明:流速对两种结构型式的浮式风机垂荡的影响较小,四浮筒型式的全潜型浮式风机因具有较大的底面积而使其在相同工况下的垂荡幅值较小。在不同流速下,两种结构型式浮式风机的横摇和纵摇角都在±3°内波动。流速对拖缆力的影响较大,在0.5 m/s流速下,航速为2 m/s时四浮筒型式的全潜型浮式风机的拖缆力最大值为3.31 MN,较三浮筒型式浮式风机增加了8.96%。

关键词：流速浮式风机整机拖航

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钢筋混凝土浮式风机平台概念设计与性能研究

华中科技大学学报（自然科学版） 2016年第1期44卷 11-15,21页

作者：邓露王彪肖志颖宋晓萍湖南大学土木工程学院湖南长沙410082 湘电风能有限公司湖南湘潭411102

鉴于钢筋混凝土结构具有成本低、耐腐蚀和施工简便等优点,根据假设的海况条件和5 MW风机的属性,提出了钢筋混凝土半潜型浮式风机平台的概念设计方案.采用SESAM软件建立水动力模型进行数值模拟,研究了浮式平台的整体性能,包括稳定性、水... 详细信息

鉴于钢筋混凝土结构具有成本低、耐腐蚀和施工简便等优点,根据假设的海况条件和5 MW风机的属性,提出了钢筋混凝土半潜型浮式风机平台的概念设计方案.采用SESAM软件建立水动力模型进行数值模拟,研究了浮式平台的整体性能,包括稳定性、水动力性能和整体强度.结果表明:半潜型浮式平台的稳定性、水动力特性和整体强度良好,能够满足风机正常作业的相关规范要求,验证了钢筋混凝土浮式风机平台的可行性.

关键词：浮式风机平台钢筋混凝土概念设计水动力强度

基于正交设计的浮式风机Spar平台动态响应优化

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中南大学学报（自然科学版） 2017年第8期48卷 2231-2237页

作者：丁勤卫郝文星李春叶舟上海理工大学能源与动力工程学院上海200093 上海市动力工程多相流动与传热重点实验室上海200093

为了研究螺旋侧板及其各设计参数(螺旋侧板片数、高度、螺距比)对浮式风机Spar平台动态响应的影响,建立附加螺旋侧板的Spar平台浮式风机整机模型。基于数值模拟和有限元方法,结合正交试验设计方法研究螺旋侧板及其各设计参数对浮式风机S... 详细信息

为了研究螺旋侧板及其各设计参数(螺旋侧板片数、高度、螺距比)对浮式风机Spar平台动态响应的影响,建立附加螺旋侧板的Spar平台浮式风机整机模型。基于数值模拟和有限元方法,结合正交试验设计方法研究螺旋侧板及其各设计参数对浮式风机Spar平台动态响应的影响,并与不附加螺旋侧板的Spar平台进行对比。研究结果表明:螺旋侧板可明显抑制浮式风机Spar平台的垂荡、纵摇运动响应,对纵荡运动响应影响不大;在所设定的螺旋侧板各设计参数范围内,片数为2、高度为15%D(D为Spar主体直径)、螺距比为5为较佳的螺旋侧板设计参数组合;螺旋侧板高度和螺距比是优化Spar动态响应的最关键设计参数。

关键词：浮式风机数值模拟螺旋侧板正交设计 Spar 设计参数

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小水深下浮式风机系泊系统配件特性研究

船舶力学 2024年第7期28卷 1051-1062页

作者：郑兴张天胤胡振红马刚哈尔滨工程大学船舶工程学院哈尔滨150001 哈尔滨工程大学烟台研究院山东烟台264006

海上风能资源远超陆地,而我国海域随着离岸距离增加,大陆架水深增加幅度减缓,针对此特点,如何优化设计适应我国海域水深条件的系泊系统是目前发展浮式风机遇到的重大难题之一。本文以5MW-OC4半潜式浮式风机作为研究对象,浮式风机采用悬... 详细信息

海上风能资源远超陆地,而我国海域随着离岸距离增加,大陆架水深增加幅度减缓,针对此特点,如何优化设计适应我国海域水深条件的系泊系统是目前发展浮式风机遇到的重大难题之一。本文以5MW-OC4半潜式浮式风机作为研究对象,浮式风机采用悬链线式系泊方式,使用SESAM软件在渤海某海域40 m水深下对浮式风机进行频域和时域计算。系泊配件在单独和组合使用时分别进行参数敏感性分析,再将浮筒和配重块组合使用对系泊系统进行优化。研究结果表明:浅水条件下,系泊配件组合使用和单独使用时改变相同系泊参数对浮式风机整体响应影响规律相同,但组合使用时改变系泊参数对系泊系统性能优化的效果要更明显,组合使用时更改配重块位置参数时均值的优化差值能达到15.7%,而纵荡、纵摇以及张力响应的优化差值基本都在10%以内,因此选择合理的配件组合方式可以显著改变浮式系统的整体特性并影响系统的安全性和成本。

关键词：浮式风机浅水敏感性分析系泊配件