新型深海智能减振的浮式风机设计(附件)

摘 要摘 要随着人类对能源需求的日益增长,围绕能源的争端和矛盾日益突出。寻找新型能源替代化石能源,为人类今后的可持续发展提供无尽的动力,是人类目前面临的重大问题。风能作为无污染的新型绿色可再生能源,受到人类越来越广泛的关注。海上小岛不能与大陆电网直接连通,利用海上风能发电可为海岛居民提供大量可再生清洁能源,海上风能发电已经成为世界各国新能源开发的重要方向。海上风能发电从浅海的桩柱型向深海的浮式发展是必然趋势。近一年来。随着南沙新岛面积的不断扩大,寸土寸金的海岛必须保证人员生活用电和设备用电,否则这样的人造岛礁毫无存在价值,人员无法舒适生存,战备设施无法使用最为致命。保障南海群岛与人造岛礁的正常用电,使得海上风机寿命延长,已经成为急需解决的问题,对于新型深海智能减振的浮式风机来说,其承受水动力与空气动力的双重交变载荷,在其全寿命期内,疲劳载荷循环次数很高,再加上其结构柔性大,工作环境恶劣,在极端海况下动力响应很大,其支撑结构振动尤为明显,极易诱发疲劳破坏。因此,需要特别关注风机平台的振动控制技术研究。关键词能源;深海;结构;智能
目录
第一章 绪论 1
1.1项目研究背景 1
1.2项目研究意义 1
1.3项目研究现状 2
1.4项目研究内容 2
1.5项目的创新点 3
第二章 海上风机概述及基本理论 4
2.1引言 4
2.2基础结构分析 4
2.2.1单桩式基础结构 4
2.2.2导管架基础结构 5
2.2.3漂浮式基础结构 5
2.3 基于IEC规范的环境载荷 7
2.3.1 风况 8
2.3.2 海洋条件 8
2.3.3其它环境条件 10
2.4 本章小结 11
第三章 基于规范的深海半潜式风机概念设计 12
3.1引言 12
3.2 深海半潜式风机结构特征 12
3.2.1 深海半潜式风机介绍 12
3.2.2 深海半潜式风机结构特征 13
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3.3深海半潜式风机设计标准 16
3.4深海半潜式风机环境载荷的确定 17
3.5深海半潜式风机设计参数 19
3.5.1 风力发电机 19
3.5.2塔架结构形式和设计要点 20
3.5.3海上风机支撑结构的形式和设计要点 21
3.6小结 23
第四章 深海半潜式风机减振装置设计 24
4.1 引言 24
4.2减振装置设计 24
4.2.1设计思路及方案 24
4.2.2装置实施方式及有益效果 28
4.2.3装置实验模型研制 28
4.3风机的具体减振效果计算 30
4.4小结 32
结语 33
致谢 36
参考文献 37
第一章 绪论
1.1项目研究背景
随着中共十八大提出的海洋强国战略,加大对海洋资源的开发与利用,逐渐成为了越来越急迫的科研课题,因此,海洋科学也成为了解决日趋严峻的能源问题的良药。我国拥有广阔的海洋面积,相对而言也拥有着巨量的海洋资源,然而海底可燃冰之类不可再生资源终究不存在“取之不尽,用之不竭”的潜力。并且在采集方面也存在着许多困难,故而寻求环保的可再生资源,是海洋科学领域涌现的新的广阔趋势。其主要任务是,探索存在利用价值的高效能源,并且辅之以行之有效的开发手段加以利用。
纵观当前世界各国对于海上能源的探索,最具开发前景的无疑是海上风力发电,风能作为在二十世纪新兴的清洁能源,在地理条件方面看来,可以分为陆上风力发电与海上风力发电两大方向。同时我国几大主要经济带毗邻沿海,经济上和理论上都具有广阔的可实行性。
在浅海风力发电而言,其风力更小,利用空间有限,且有可能给海上作业的船只带来航行危险,受潮汐与湍流影响较大,深海风力发电的研究对于我国依然是一个薄弱环节,但是其远远超越浅海的丰沛风力资源,较小的海风剪切度以及海平面摩擦,足以减小风力发电机组上的疲劳载荷,延长风电机组的使用寿命。
深海漂浮式风机包括叶片、发电机组、塔架、浮式基础和锚泊系统,所述叶片安装在塔架顶部,塔架架设在与锚泊系统连接的浮式基础上。支撑结构的塔架,往往采用高强度支撑结构设计,在冲击较小的情况下,尚可以满足强度需要,然而在深海的交变载荷作用下,会产生变形,破裂等疲劳破坏,影响深海风机的工作,因而有必要对其支承结构做出力学分析以及改良。
1.2项目研究意义
在深海的工作条件下,传统深海浮风机的支撑结构往往选择用材料以及自身结构强度来抵御海上风浪载荷,难以避免由冲击带来的结构损伤以及自身内部的应力破坏,尤其是难以抵御水动力与空气动力双重磨损。使得深海风机无法满足长时间在海上工作的工作要求,需要频繁的维护以及保养,影响发电效能的稳定性。
近年来,随着我国对能源的大量需求,也逐渐凸显着深海风力发电的迫切性,能源开始制约我国的经济增长,为了满足日益增长的能源需求,深海风机的研究愈发重要。
本研究报告通过对塔架环型减振装置的设置,利用可变的阻尼调节器对承受的应力进行缓冲调节,并且以振动控制技术来减轻塔架对于结构振动的响应,有效降低风机结构的疲劳损伤和结构中的极限应力,有效提高塔架以及其支撑结构的抗疲劳强度,从而提高深海浮风机的使用寿命。
1.3项目研究现状
欧洲陆地面积匮乏,然而科技领域领先全球,其更重视对海洋资源的开发利用,海上风力发电的先声,首倡于欧洲,更以英国,丹麦,瑞典为宗,丹麦首开先河,早于1991年就率先落成vindeby海上电场,英国则后来居上,两者分别占据了世界市场份额的30%和44%,在风机结构研究方面,海上漂浮式风机的概念最早是在1972年,由美国麻省理工大学的教授提出,但是由于技术要求过高,直到20世纪九十年代后,才再次进入人们的视野。

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