浮式风机共享锚点系泊系统动力响应分析与成本评估

为提高海上浮式风机(Floating Offshore Wind Turbine, FOWT)的系泊效率和经济效益,以NREL 5 MW海上浮式发电机组OC3 Hywind系泊系统为研究目标,研究一种新型多系泊线共享锚点的系泊设计方式,即风电场中多个相邻风机共享锚点,将多线锚净力定义为作用在该锚上的系泊线张力的矢量和,并在SIMA RIFLEX软件中进行时域响应模拟,对多线共享锚点系泊系统进行动力响应分析和成本评估。结果表明：对于大规模海上风电场,采用3线和4线共享锚点的设计可使所需锚点的数量分别降低66.7%和75.0%;与传统的单线锚系泊相比,3线和4线共享锚点的设计均使多线锚载荷减小;对于风机数量为100个的大规模风电场而言,采用3线和4线共享锚点的设计可使风电场中锚的总成本分别降低55.94%和63.49%。该研究可为共享系泊设计在海上风电场中的应用提供参考。     

重力安装式裙板锚承载特性及最优系泊点

海洋中的地质条件复杂,为解决常用的吸力锚基础无法在高渗透性土壤中进行安装的问题,结合某海域实际地质条件,提出一种重力安装式裙板锚,并采用理论计算和数值模拟方法对该锚固基础的承载力进行计算,对其最优系泊点的位置进行探讨。分析结果显示：增加裙板的高度可有效提高重力安装式裙板锚的承载力,降低其重量,安装比吸力锚更简单快捷;采用现有规范进行计算,得到的承载力的计算结果偏于安全;由于裙板较高,重力安装式裙板锚也存在最优系泊点,在本计算条件下,最优系泊点位于筒形结构的约下1/5处。重力安装式裙板锚可作为海洋工程锚固基础的一种选择。     

考虑多场耦合的碰撞载荷下半潜式风机动力响应

以DeepCwind浮式风机为研究对象,确定典型碰撞事故场景,提出一种风-浪-系泊耦合场景下船舶-浮式风机碰撞动态响应数值分析方法。基于FAST程序获得不同海况下半潜式风机的气动推力、水动力参数和系泊张力,再利用LS-DYNA中的Subroutine Loadud子程序完成加载以实时更新计算水动力载荷,同时考虑系泊载荷和气动载荷的耦合作用。在此基础上,基于LS-DYNA软件开展多场耦合的碰撞载荷作用下浮式风机动力响应研究,分析船舶撞击对浮式风机动力响应的影响。结果显示：撞击船的动能大部分转化为浮式风机的动能,风机浮筒所产生的应力应变主要分布于浮筒的撞击区域,且浮筒的结构应力呈现先增大后减小的趋势。     

大抓力锚和吸力锚在CALM型单点系泊系统中的应用

针对大抓力拖曳锚和吸力锚两种主要的悬链锚腿系泊（Catenary Anchor Leg Mooring,CALM）方式,通过理论计算分析各自的适用环境条件和规律,以图表等形式呈现其安装过程和作用机理,总结其在实际应用中的优劣势并加以比较,应用Visual Basic程序语言设计辅助分析软件,并基于实际工程实例验证程序的可靠性,满足项目对系泊系统安全稳定性和经济适用性提出的较高要求。     

绷紧式系泊浮式风机动力响应及系泊优化

针对OC3-Hywind Spar式浮式风机,建立风机基础模型,利用FAST软件与ANSYS AQWA软件进行空气动力与水动力耦合分析,研究采用绷紧式系泊的浮式风机的运动响应。对比绷紧式与悬链式系泊在相同水平跨距、不同水平跨距和不同系泊点位置时浮式风机的运动响应,选取最优系泊布置方式。结果表明:与悬链式系泊相比,绷紧式系泊在满足浮式风机使用要求的同时,能够显著减小系泊的水平跨距。     

基于气动-水动-结构耦合模型的半潜风机动力响应分析

针对我国海洋环境条件,提出一种新型半潜式浮式基础,用于支撑5 MW海上风机。针对该新型浮式风机系统,采用叶素动量理论计算风轮所受气动载荷,采用三维势流理论计算基础水动力性能,分别采用杆单元和梁单元模型,基于有限元方法计算柔性体的动力响应。建立气动-水动-结构耦合的动力学分析模型,针对切入、额定和切出海况,在时域内计算风机的动力响应特性。计算结果表明：在不同作业海况下,新型半潜浮式风机基础运动性能良好,且系泊缆张力满足安全要求;风机叶片在风轮旋转平面外的变形显著大于风轮平面内的变形,且在额定海况下变形更大。     

海上浮式风机码头系泊方案及系统动力响应

研究浮式风机整机码头系泊方案及环境载荷作用下的动力响应。考虑钢缆-尼龙缆复合缆、非线性护舷,设计高位系泊和低位系泊两种浮式风机的码头系泊方案。考虑风浪流环境载荷,计算浮式风机整机码头系泊的动力响应,分析系泊方式、浪向、谱峰周期等参数对浮式风机运动、机舱加速度、缆绳张力等的影响。结果表明：针对给定的环境参数,浮式风机各自由度运动极值都不大,在90°浪向下浮式风机的运动最明显;高位系泊比低位系泊更安全,在施工允许的情况下,采用较高的系泊位置是有利的。所作研究为浮式风机系统码头系泊方案提供参考。     

深水半潜平台绷紧索系泊系统设计研究

给出了深水半潜平台绷紧索系泊系统设计基本方法,并对绷紧索系泊系统设计中的系泊缆索动力分析,系泊浮体运动响应计算,以及新型锚基础校核等关键技术进行了计算研究,结果表明绷紧索系泊系统用于深水半潜平台定位是可行和有效的。     

吸力锚在国内近海工程中的首次应用与设计

吸力锚在80年代初首先在欧洲北海投入工程应用。它适合油轮系泊的全方位锚固能力的要求,施工简便、并且可以回收重复使用。本文介绍国内第一组吸力锚在渤海一个延长测试系统中的应用及设计情况。     

基于空气动力-水动力耦合分析的SPAR基础浮式风机系泊系统疲劳分析

以OC3 Hywind SPAR单立柱基础形式浮式风机为研究对象,基于非线性空气动力-水动力耦合时域算法,对该浮式风机在中国南海北部某海域风浪流共同作用下的系泊系统疲劳响应特性展开研究,对比钢链、钢缆的疲劳响应特性以及定常风与湍流风模型对浮式风机系泊系统疲劳特性的影响。计算结果表明:在条件一致的情况下,钢缆疲劳性能优于钢链;系泊系统疲劳累积损伤主要来自于风机运行工况,开机、关机以及故障工况的贡献较小但不应忽视;与湍流风相比,采用定常风进行浮式风机系泊系统疲劳分析将得到偏于危险的结果。建议在系泊系统设计阶段充分重视系泊缆材质的选择,采取湍流风模型开展系泊系统的疲劳设计以保证浮式风机运行安全。     

浮海风力发电平台锚索设计与分析

目前,伴随海上能源的利用,浮海风力发电已成为国际研究的热点。浮海风电虽有巨大优势,但是浮海风电支撑体系处在比较复杂的环境中,如何保证支撑体系的安全、可靠至关重要。针对目前一般采用的锚索固定结构,根据浮海风电平台承受的风机运转载荷和海洋环境载荷的特点,对悬链线状锚泊系统进行分析、论述和计算,研究结果可为我国浮海风电平台的建设提供理论依据和设计基础。     

极浅水大潮差海域漂浮式海上光伏阵列系泊系统优化设计

面向海上太阳能资源开发,提出一种轻量化单层框架式漂浮式海上光伏支撑结构。为应对极浅水、大潮差给漂浮式海上光伏阵列系泊系统设计带来的极大挑战,考虑风、浪、流等环境载荷联合作用,采用时域耦合动力分析方法对漂浮式光伏阵列与系泊系统整体动力响应进行数值仿真,探究不同系泊参数对模块阵列运动响应和系泊缆受力等的影响规律。结果表明,合理选择系泊半径、浮子位置、浮子净浮力和预张力大小等可有效改善漂浮式海上光伏模块阵列的运动响应和系泊缆张力。基于此对系泊系统进行优化设计,并给出满足工程要求的系泊系统设计方案。     

多锚链系泊浮体的稳定性评估

基于单根锚链的悬链线方程.建立整体作用下的叠加型多锚链系泊浮体的准静态控制方程,给出了一定环境载荷作用下,多锚链浮体的漂移量与水平系泊力间的关系。计算结果对海上防撞设施的设计提供理论参考。     

漂浮式风电平台锚链检测机器人动力学仿真

提出一种新型锚链检测机器人用来检查海上漂浮式风电平台系泊锚链。与传统水下机器人相比,该机器人作业时沿锚链进行爬行作业。针对该新型锚链检测机器人,采用ADAMS软件对机器人沿锚链行进运动进行仿真分析。在此基础上,对机器人在锚链以45°和60°两种倾斜状态下的越障能力开展研究。结果表明,该锚链检测机器人在移动过程中运行平稳,符合结构设计要求,同时也为优化机器人结构提供重要数据。     

一体化锚泊工艺技术的应用

一体化锚泊技术依托波斯湾油田海上施工项目,通过自主研发和创新,在软件设计和硬件升级两方面进行攻关,研究海上就位抛锚参数化设计、多浮筒多浮体工况锚泊设计、锚缆形态设计和提升作业效率的专用机具设计,内容涵盖从锚位设计到海上施工的整个安装周期。该技术经过十余个项目的应用实践,安全可靠且降本增效效果显著,具有较好的经济效益和推广价值。     

深海SPAR平台不同锚固基础特点的研究

Spar平台是目前在水深较大的深海油气田中常用的一种结构形式。Spar平台的锚固基础一般为打入式桩基或吸力锚。这两种基础形式各具特点,在设计计算上也存在着很大的差别。本文利用三维有限元对这两种基础的承载特性进行了相关研究。计算结果显示,受力角度对吸力锚和桩基的最终承栽力有明显的影响。     

6 MW单柱型浮式风力机系泊链预张力对运动响应特性的影响

以6 MW海上单柱浮式风力机为研究对象,运用时域耦合分析方法探讨系泊链水平预张力对浮式风力机系统整体运动响应特性的影响。数值研究结果表明:增加系泊链水平预张力能有效改善浮式风力机的纵荡和垂荡运动,对浮式风力机纵摇和横摇运动的影响有限。根据系泊链预张力对浮式风力机整体运动的影响特性优化系泊系统,优化后的浮式风力机具备良好的总体运动响应,该系泊系统能保证浮式风力机的安全。所得结论对浮式风力机系泊系统设计具备一定参考意义。