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原文传递浮式风机系统耦合分析方法研究

论文题名：	浮式风机系统耦合分析方法研究
关键词：	浮式风机;耦合分析;运动响应;锚泊系统;结构设计
摘要：	近十年来，随着陆上资源的消耗以及环境污染的加剧，作为一种清洁的可再生能源，风力发电发展迅速。陆上空间资源有限，近海风机又会对海岸环境造成污染。相比之下，深海区域空间广阔，风能资源巨大，具有很大的优势。目前，许多应用于深海的浮式风机系统概念都已经被提出。但是很多研究都对风力机进行了简化，同时考虑空气动力、风机系统弹性、风机控制与传动系统、平台和锚链动力这些方面的全耦合动力模型很少被提出。本文使用不同耦合方法对一种浮式风机的运动响应进行了分析，以研究不同方法的影响。　　首先，本文综述了海上浮式风机的发展现状，对其所处的海洋环境载荷进行了描述。然后介绍了平台-系泊系统耦合分析的相关理论，给出了OC3-Hywind Spar平台结构参数，使用COUPLE程序计算得到其固有频率以及锚泊系统的刚度曲线。随后介绍了常用的空气动力理论，并给出了NREL5MW离岸基线风机结构数据，简要介绍了FAST程序理论及使用方法，并使用该程序对风力机进行建模计算，得到风塔塔基六自由度载荷。随后给出了无耦合、限制性耦合和全耦合模型的理论方法，对COUPLE程序进行修改，以实现无耦合和限制性耦合运算。最后，在相同工况下，使用三种耦合方法分别对OC3- 　　Hywind Spar平台和NREL5MW离岸基线风机进行耦合计算，得到风塔塔基作用于浮式平台上的载荷、平台位移以及锚链张力的时域解。通过对无耦合方法与全耦合方法计算结果的比较可知，使用无耦合方法算得的平台纵荡运动偏大、纵摇运动偏小，风力机纵倾姿态是造成该差异的原因。通过对限制耦合方法与全耦合方法结果进行比较可以发现，平台与风机间的相对运动会显著增大浮体的纵摇运动。限制性耦合方法计算得到的模型纵摇固有周期接近于垂荡固有周期，从而导致平台垂荡运动显著增大。通过分析风浪（同向）与锚链系统夹角的影响可知，当风浪入射方向与某根锚链同向，且锚链处于完全张紧状态时，平台在水平面上的位移最小，此时该锚链张力最大；风浪入射方向与某根锚链同向，且锚链处于完全松弛状态时，平台在水平面上的位移最大，此时该锚链张力最小。　　本文对浮式风机耦合方法的研究对浮式风机结构设计与优化提供了一定的参考，对该领域的相关理论研究与试验设计有一定的参考价值。
作者：	张成祥
专业：	船舶与海洋结构物设计制造
导师：	闫发锁
授予学位：	硕士
授予学位单位：	哈尔滨工程大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文