海上漂浮式风力机张力腿平台静动力特性分析

基于Von-Mises失效理论,利用Ansys有限元软件研究了张力腿平台结构强度和振动模态.结果表明:平台立柱迎风、背风侧分别发生拉伸、压缩变形,并在立柱与延伸腿交接面以上部分,随着高度增加,平台变形增大;立柱与x轴方向延伸腿交接处和平台顶端为平台危险区域;由于平台结构的对称性及低阶模态的危险性,为防止平台发生共振响应,应特别关注第1和第3阶模态特性;风轮转动和波浪运动均不会引起平台共振.     

重力式海上风力机雷电暂态响应研究

针对重力式基础海上风力机的防雷保护问题,该文构建一体化电磁暂态模型,基于电磁暂态软件ATP-EMTP研究雷电暂态响应,并分析叶片长度、塔筒高度和桨叶旋转角度等关键因素的影响。仿真结果显示:雷击引起MV级的暂态电压变化,并呈现欠阻尼式振荡衰减,塔基处仍存在kV级的响应电压;桨叶长度和风力机塔筒高度均与雷电暂态响应幅值成正相关;当遭受雷击的叶片与水平面夹角呈90°时,机舱处暂态电压最高。     

海冰撞击下海上风力机结构耦合动力特性与损伤分析

基于NREL 5 MW单桩基础海上风力机,考虑桩土相互作用,建立包括冰与海上风力机结构的三维精细化相互作用有限元模型,考虑冰与结构的耦合作用,运用ANSYS/LS-DYNA开展海上风力机在风-冰联合作用下损伤分析与动力响应研究,并针对结构损伤变形提出面积受损率用于评估海上风力机的损伤程度,探讨不同冰厚对海上风力机结构损伤和动力特性的影响。结果显示,随着冰厚的增加,动冰力平均值、峰值均增加,海上风力机动力响应增大。相比于海上风力机结构其他区域,基础结构接触面处损伤最大。通过该文提出的面积受损率可合理反映海上风力机在不同冰厚作用下的损伤程度,冰厚不仅会影响单桩基础的面积受损率,还会影响受损率的线性变化速度。     

台风-浪-流耦合作用下海上风力机基础结构水动力特性分析

为揭示台风-浪-流耦合作用下风力机基础结构的水动力特性,以广东外罗10 MW级海上风力机为研究对象,基于模式耦合器（MCT）建立中尺度台风-浪-流（W-S-F）实时耦合模拟平台,分析超强台风“威马逊”过境全过程海上风电场台风-浪-流的时空演变特性;再结合中/小尺度嵌套方法分析风力机单桩基础水动力荷载分布特性;提出不同波浪相位下基础柱极值荷载模型。结果表明：建立的W-S-F平台对台风路径的模拟精度较单WRF模式提高42.51%;台风-浪-流耦合作用下基础柱水平波浪力正峰值增大约20%,负峰值减小约18%,并沿水深方向呈指数型变化规律,周向沿180°波向角呈对称分布;T4相位为风力机基础强度设计的最不利相位,基底剪力最大达7.68×10⁶量级,基底弯矩最大达5.2×10⁸量级。     

海上风力机基础结构疲劳损伤研究

考虑风向、波向概率分布,将结构疲劳荷载根据实际环境作用方向施加至风力机结构上,基于确定性方法计算风力机荷载引起的疲劳损伤效应,基于波谱计算波浪荷载引起的疲劳损伤效应,进而得到风力机结构的总体疲劳损伤程度。通过与单方向输入环境疲劳荷载得到的基础结构疲劳损伤效应进行对比,可证明荷载全方位输入下的疲劳损伤分析的合理性。     

单桩柱式海上风力机与船舶碰撞的动力响应特性分析

研究单桩柱式海上风力机受船舶碰撞后的动力响应特性,建立基于国内某单桩柱式的3 MW风力机整机模型,运用显式动力学理论并结合非线性有限元方法,通过有限元分析软件LS-DYNA模拟不同质量的船舶以不同速度撞击风力机的碰撞过程。结果表明:在保证碰撞船舶质量(速度)不变的情况下,碰撞持续的时间随着船舶速度(质量)的增加而增加;碰撞结束后,质量一定的船舶回弹动能与初始动能之比随着初始动能的增加而减少;在初始动能较小时,最大接触力与船舶质量和速度都具有显著的线性关系,初始动能相同时,碰撞的最大接触力也基本相同。     

海上风力机高桩承台基础反应特性研究

采用ANSYS建立由实体单元、壳单元、杆单元和管单元组成的海上风力机高桩承台混合模型。对极端工况下高桩混凝土承台进行有限元分析,得到承台混凝土和钢结构应力分布模型。通过对不同荷载组合下混凝土拉应力超限区域分布对比得到海上高桩承台基础结构在风力机荷载作用下的反应特性。结果表明:桩基础结构应力主要受波流荷载影响,塔筒过渡段结构应力主要受风力机荷载影响。高桩承台基础最易发生破坏结构为混凝土承台,在风力机荷载和波流荷载联合作用下,混凝土承台拉应力超限区主要分布在法兰盘受压区混凝土和钢管桩管壁处填芯混凝土。风力机上部结构产生的风力机荷载使高桩承台迎水面填芯混凝土处和与中心法兰盘接触处的混凝土拉应力超限;在波流荷载作用下,该超限区中高桩承台与风力机塔筒连接处和迎水面填芯混凝土处的拉应力超限区域减小。     

随机风场作用下海上风力机基础结构疲劳分析

运用FAST分别建立海上风力机半整体模型与整体耦合模型,计算得到脉动风速时程作用下塔筒顶部位置的风力机荷载。首先采用SACS建立包括塔筒和基础结构的海上风力机简化有限元模型,分别施加基于半整体和整体耦合模型得到的风力机荷载时程,开展支撑结构动力响应计算;再采用海上风力机规范建议的热点应力公式确定基础结构管节点的热点应力时程,采用P-M线性累积准则完成海上风力机基础结构疲劳分析。基于半整体模型与整体耦合模型的疲劳损伤对比得出,有必要采用整体耦合模型开展海上风力机基础结构疲劳校核。     

海上风力机在极端工况下的动力响应特性分析

针对海上风力机在极端环境下动力响应问题,利用自回归滑动平均方法建立具有功率谱密度特性的风速模型。结合海上风力机三维结构动力学模型,研究海上风力机在极端工况下的动力响应特性,得出风力机线性速度、平均运动能、平均力矩等参数随时间变化的曲线,分析了曲线中的参数变化对风力机正常运行的影响。研究结果表明,风力机叶尖的平均运动能随着时间的增加呈衰减振荡趋势,平均力矩从0~16 s逐渐衰减变小,16~18 s线性上升,20~60 s呈抛物线变化趋势,并且其它动力响应参数也符合风力机实际运行规律。该研究为海上风力机在极端工况下运行状态参数监测提供一定的参考。     

地震荷载作用下海上风力机结构动力模型试验

综合考虑弹性相似律和佛劳德数(Fr)相似开展固定式多桩基础海上风力机结构动力模型试验,研究海上风力机整体结构在地震、风、波浪及海流单独及联合作用下的结构动力反应。运用ANSYS建立试验模型的有限元模型,将实测的地震波、风荷载和波高时程等荷载条件施加于数值模型,开展动力时程反应分析。通过试验数据与有限元结果的对比分析得出,在进行地震荷载作用下海上风力机结构动力反应分析时,需要考虑风、波浪等荷载因素的影响;地震、风、波浪荷载之间的耦合作用对结构内力反应具有显著影响,特别是当设计地震峰值加速度较小时,风与波浪荷载作用下的结构内力反应与地震荷载作用时效果相当。     

波浪荷载作用下海上新型潜式浮式风力机运动特性研究

以适用于中等水深(50~200 m)的新型潜式浮式风力机为研究对象,该风力机基础综合Spar式、半潜式及张力腿(TLP)3类浮式风力机基础的优点,运行时基础主体淹没在水下,具有较小的水线面(如同Spar平台),受波浪影响较小;平台通过张紧式系泊线与海床相连(如同TLP平台),具有良好的垂荡和摇摆运动特性;拖航状态下,浮式平台处于半潜状态,水线面面积大(如同半潜式平台),具有良好的浮稳性。通过分析不同波况下的潜式浮式风力机耦合动力响应得到潜式浮式基础的横荡、纵荡、垂荡及纵摇运动响应,以及发电功率、叶片根部弯矩、塔筒顶部和底部弯矩、锚链张力时程曲线。研究结果表明:波浪对于结构的纵摇运动的影响最为明显,对发电功率、叶片根部弯矩和塔筒顶部弯矩影响较小,对塔筒底部弯矩和系泊线张力影响较大。     

海上风力机基础结构的疲劳损伤组成研究

针对海上风力机基础结构疲劳损伤、疲劳寿命评价方法展开研究。结合风向、波向概率分布,基于确定性方法计算风电机组荷载引起的疲劳损伤效应,基于波谱计算波浪荷载引起的疲劳损伤效应,进而得到风电机组结构的总体疲劳损伤效应。分析结构各节点疲劳损伤效应的组成,证明波浪荷载疲劳分析的必要性。     

漂浮式风力机Spar平台结构动力响应分析

采用有限元方法,基于Von-Mises失效理论,考虑平台结构阻尼和惯性载荷,利用ANSYS有限元软件和开源程序软件FAST分别研究了平台动态响应和结构应力。结果表明:螺旋侧板对Spar平台的自振频率没有明显影响;附加螺旋侧板可以有效减小平台在垂荡和纵摇方向的运动响应,但在纵荡方向上没有明显改善;螺旋侧板阻碍了海流的流动,增加了流动阻力,平台结构应力略有增加,且最大切应力约为最大等效应力的二分之一,但平台结构仍是安全的,而最大等效应力是影响平台安全稳定工作的关键。     

海上漂浮式风力机支撑结构疲劳寿命研究

根据统计资料,得到IEC规范要求的目标海域各工况的风浪联合概率分布参数;首先对支撑结构进行总体强度分析,得到疲劳热点位于塔架与浮体连接处;然后对风力机整体结构进行耦合动力分析,计算得到疲劳热点在风浪联合作用下的载荷时间历程;最后基于S-N曲线、雨流计数法及Miner线性累积损伤理论计算结构在各工况下的疲劳损伤,估算出支撑结构的疲劳寿命。结果表明,支撑结构疲劳寿命满足规范要求。     

海上风力机锥体结构抗振分析

为降低海冰与海上风力机撞击作用下的结构非线性动力响应,提出锥体结构防振模型并将其安置于风力机与海平面交界处。通过开发海冰载荷计算模块并与风力机多体动力学气动-水动-伺服-弹性仿真软件FAST结合,建立风-冰-结构多物理场耦合下的海上风力机动力学仿真模型。基于Croasdale与Karna方法计算海冰与结构碰撞,对比5组不同锥角下的结构动力学响应,研究锥体结构对海冰碰撞的减振降载效果。结果表明:未安装锥体结构时,海冰载荷、塔顶位移与塔顶加速度的幅值较大,且频率易与风力机发生共振;安装锥体结构后,随着锥角由70°减至40°,动态响应减弱,幅值分别减小79%、71. 8%与30. 8%,且频率均远离风力机固有频率,避免发生共振;塔基剪切力的最大值与标准差也因安装锥体而减小,其中最大值减小26. 9%,标准差减小67. 8%,降低风力机所受的疲劳载荷。     

海上风力机锥体结构抗冰性能分析

为降低海冰对结构碰撞造成的损伤,提出在风力机与海平面交界处安置抗冰锥体。基于Matlock与Ralston方法建立海冰与结构碰撞载荷计算模型,通过开发海冰载荷计算模块并将其与开源软件FAST结合,建立海上风力机在湍流风与海冰实时耦合下的动力学仿真模型。结果表明:未安装锥体时,塔基剪切力最大值、均值和标准差均随海冰厚度和海冰移速的增加而增大,其中海冰厚度对最大值和均值的影响较为显著,而海冰移速对标准差的影响较大;安装锥体后,塔基剪切力最大值与均值分别减小67.8%与41.6%,其标准差显著减小并趋于稳定,从而使得结构疲劳载荷降低。     

风力机塔架的结构动力分析

阐述了风力机塔架的固有和固有振型、顺风向下塔架的风效应和位移响应，横风向塔架在尾涡激励下的风效应和位移响应以及由风轮旋转而引起的位移响应，给出了计算实例，为风力机塔架结构动力设计提供了有效方法。     

海上风电重力式基础应用与施工研究

该文重点介绍重力式基础结构,详细介绍了重力式基础结构的型式与特点,结合重力式基础在国内外的应用情况与前景,说明重力式基础研究的必要性。另外,详细介绍重力式运输、海床预备及安装等施工经验与研究方向,为我国海上风电重力式基础的设计和施工提供参考。     

海上风力机吸力桶基础循环特性离心机试验研究

通过开展一系列离心机试验,研究中等密实砂土海床中吸力式单桶和群桶基础在长期循环加载下的循环特性,重点分析吸力桶基础在长期循环作用下的变形累积、刚度发展和阻尼演化规律.试验表明,在循环荷载作用下单桶基础的累积变形和刚度随循环次数的增加而增加,阻尼比与循环次数间满足指数关系.群桶基础在循环荷载作用下表现出自愈效应,无明...     

新型翼式风力机

瑞典Wiknell风能公司研制成一种新型风力机,其风轮由若干翼式叶片构成,叶片相互间的排列方向为180°,据称这能提高风力机的效率。该公司还介绍说,这种结构的风力机,可在靠近地面的低风速下运转。