浅析海上风电灌浆连接段力学研究发展及趋势

目的  海上风电机组基础与上部结构连接通常采用灌浆连接方式,保证灌浆连接段的安全性至关重要,灌浆连接段的研究一直是重点和难点。 方法  对过往海上风电灌浆连接段的相关力学研究进行综述,介绍了海上风电灌浆材料的基本力学性能,总结了灌浆连接段的受力机理和影响承载力的因素,并对现有规范设计和未来研究方向进行阐述。 结果  灌浆连接段对灌浆材料的使用要求严苛,需要使用高强灌浆料。在轴压作用下,灌浆连接段通常表现为斜压短柱的延性破坏模式,承载力主要受到灌浆连接段径向刚度、剪力键的高距比和形状、灌浆连接段长径比以及灌浆材料强度的影响。相关设计规范对极限承载力的设计均有明确的设计方法,但在疲劳设计方面研究较少,存在不完善的情况。 结论  因此,尚需进一步研究灌浆连接段浸没在水中的疲劳性能。同时,未来在试验研究上需要采用足尺或小缩尺的试件,在数值研究上需要采用精细化的数值模型进行分析。     

海上风机导管架基础灌浆连接偏心受压承载性能研究

灌浆连接是海上风电基础中的常见连接形式.受海上施工条件的影响,钢套管与钢管桩不可避免地会存在一定的偏心.国内外灌浆连接段偏心受压性能研究较少,现有规范的计算方法均未明确评估偏心受压对灌浆连接段承载性能的影响.为研究偏心对海上风电灌浆连接轴向承载力的影响,设计2个缩尺试件进行静力加载试验,试件按1∶4比例对6.7 MW风...     

海上风电灌浆连接段疲劳机理研究综述

海上风机基础灌浆连接段会受到自重及风浪作用产生的轴向荷载和弯矩荷载,由于风浪荷载的时变性,荷载的方向和大小具有随机性,在海上风机20年或25年的服役期内,会承受多达10~9次荷载效应,疲劳问题突出。对钢结构、灌浆材料、整体结构三方面进行疲劳性能评估,并着重描述了无剪力键与带剪力键灌浆连接段疲劳机理试验研究,最后总结了海上风电灌浆连接段的疲劳机理研究。     

基于马尔科夫矩阵的灌浆连接段疲劳性能研究

目的  由于荷载的时变性与随机性,海上风电基础结构中的灌浆连接段疲劳问题突出,为确保海上风电基础服役安全性,需要研究连接段疲劳性能演化规律。 方法  从有限元数值模型出发,将马尔科夫荷载矩阵转化为灌浆连接段关键位置处的应力,并结合材料的S-N曲线和线性累积损伤准则,实现对灌浆连接段的疲劳性能评估。 结果  通过对灌浆连接段有限元模型分析可知,在轴向荷载作用下,钢结构产生的累积损伤值大于灌浆材料,但均小于DNV规范中的限值。 结论  说明在该风机荷载作用下,灌浆连接段内的两种材料均不会发生疲劳破坏,风机基础结构是安全的,同时该分析方法也是有效的。     

海上风电灌浆连接段静力受力机理研究综述

海上风机基础灌浆连接段是设计与施工过程中的一项关键环节,在风机长期运行过程中,会受到轴力、弯曲以及两者耦合的作用。主要从轴压与弯曲两方面阐述灌浆连接段静力受力静力的研究,首先详尽地描述了无剪力键与带剪力键灌浆连接段受轴压机理,然后对其灌浆连接段的受弯机理研究进行了详细阐述,最后对海上风电灌浆连接段受静力机理研究进行总结。     

海上风机导管架基础灌浆连接段受力分析

开展近海风电导管架基础的灌浆连接段受力分析,对于理解其传力机制与受理机理、保证海上风机支撑结构的安全性能、优化设计等方面具有重要的理论与现实意义。首先利用DNV规范对影响灌浆连接段性能的因素开展参数敏感性分析,再运用有限元软件对导管架基础的灌浆连接段进行模拟,该软件能有效模拟浆体与钢管壁的接触以及浆体的本构关系。根据规范进行的参数敏感性分析,得出一些重要规律和结论,便于工程设计人员更好地理解先桩法导管架基础灌浆连接段的受力特点,选择合适的参数用于灌浆连接段设计,再依据数值模拟,确定导管架基础灌浆连接段设计的可靠性。     

海上风机单桩支撑结构灌浆连接性能分析

填充高强灌浆材料的连接段广泛应用在海上风电场单桩支撑结构上,但是该类结构往往会发生一些无法预测的灾变行为,如过渡段钢管与灌浆材料之间垂向滑移甚至水平张开。引起该现象的主要原因是灌浆连接段的设计几何尺寸以及材料强度并不符合当前海洋工程规范的适用范围,对灌浆连接段的力学行为理解不充分。文章采用有限元软件ANSYS分析了无剪力键单桩结构灌浆连接段组合结构的相互作用行为,灌浆材料与钢管之间的作用采用非线性接触模型,采用弹塑性和断裂力学模型模拟灌浆材料的非线性行为,最终给出合适的高强灌浆材料连接模拟方法,并分析其性能及失效机制。     

大连海上风电单桩抗冰锥结构灌浆施工研究

[目的]抗冰锥结构是北方海上风电单桩基础结构的特有结构.抗冰锥结构的安装施工是单桩基础施工的重点和难点之一,灌浆连接技术通过装配化施工方式成功解决这一难题.大连某海上风电项目在国内首次采用单桩抗冰锥结构.[方法]以该项目抗冰锥灌浆施工的工程实践为依托,研究总结单桩抗冰锥灌浆施工关键技术,内容包括安装准备、灌浆材料选择、...     

深远海域海上风电示范工程漂浮式基础连接技术分析与思考

结合国内外海上风电市场与政策,阐述主流漂浮式基础技术特点及相应水下连接技术,同时对锚链连接及缆索连接中的3种材料进行了简要的力学性能与接头技术对比,提出了钢绞线连接在解决防腐问题的基础上,可作为水下连接备选方案的优先选择。     

压弯荷载下单桩基础灌浆连接段性能分析

  目的  海上风机中,上部风电机组和钢管桩基础的连接是通过灌浆连接段来实现的。近年来,风力发电机的功率越来越大,对灌浆连接段的受力性能提出了更高的要求。  方法  采用数值分析方法,分析了压-弯作用下固定轴压比时灌浆连接段结构参数对受力性能的影响。从灌浆厚度t_g、剪力键高距比h/s以及灌浆连接段长径比L/D_p三个重要参数出发,分析了灌浆连接段荷载位移曲线的变化、灌浆连接段端部接触压力分布的变化以及灌浆连接段应力状态。  结果  数值分析结果表明:灌浆连接段的三个尺寸参数t_g,h/s和L/D_p 的变化均会对其力学性能产生影响。  结论  通过对灌浆连接段各结构参数进行分析,对保证其正常工作具有重要意义,同时可以指导设计工作。     

海上风电嵌岩区风机基础比选原则及依据

  [目的]  随着海上风能的开发中心从江苏扩大至广东、福建等省份,海上风机基础的嵌岩问题已逐步成为海上风能开发中的核心问题,嵌岩区的风机基础造价严重制约着海上风电场的成本,因此海上风电嵌岩区的风机基础比选就显得尤为关键。  [方法]  讨论了几种风机基础的嵌岩施工工艺,探讨了嵌岩区海上风机基础的比选依据及原则,并对海上风电嵌岩问题的发展进行展望。  [结果]  研究表明:海上风电场嵌岩区域风机基础方案的比选原则应主要从结构安全性、施工可行性和经济性三个方面进行综合比选。在上述三个比选因素中,应首先满足结构安全性上的要求,在此基础上再满足施工可行性的要求,最后考虑经济性的影响。  [结论]  研究成果可为嵌岩区海上风电风机基础设计提供参考。     

珠海桂山海上风电场风电机组基础设计

珠海桂山海上风电场是我国南海第一座大型的海上风电场,其风机基础同时具有海洋结构工程、高耸结构基础、动力设备基础和复杂软弱土地基基础四种显著工程特性,地基基础设计成为该工程的关键技术难题之一。介绍了该工程风机塔基础设计内容,重点分析了海洋土参数与桩土相互作用、风机基础结构耦合分析、频率窗口问题、基础结构疲劳分析、防腐设计、灌浆分析等基础设计关键技术。     

新型海上风电基础结构空间三维数值模拟研究

  [目的]  为迎对海上风电快速发展的趋势,亟需开发新型海上风电基础结构形式以满足大水深和深厚软基的设计需求。  [方法]  结合某海上风电工程基础设计为算例,以PLAXIS 3D大型有限元软件为平台,对一种新型大直径钢圆筒组合导管架风机基础结构进行空间三维弹塑性数值模型分析研究,采用合理可行的本构类型以及简化形式模拟风机基础的整体稳定性,考虑钢圆筒与土体之间的共同作用,分析风机基础的内力与位移;再用ANSYS软件建实体模型计算极限荷载工况下各构件的应力。  [结果]  研究结果表明:新型组合式风机基础内力和位移均可控,在理论上可适用于软基和深水区海上风电场建设。  [结论]  分析结果对今后新型海上风电基础结构的开发与研究具有一定的参考意义。     

新型海上风力发电及其关键技术研究

回顾国外海上风力发电场的发展,针对随着海水深度增加导致海上风力机成本急剧上升的矛盾,引入海上漂浮式风力机概念,并详细介绍其结构和特点,通过系统介绍海上漂浮式风力机组成部分和设计制造中的关键技术,最后得出海上漂浮式风机是一种潜力巨大的新型风力发电技术,值得进一步深入研究。同时,针对我国陆、海资源的具体情况,较为系统地提出了海上漂浮式风力机研究的需要关注的关键问题,指出了该研究所具有的巨大社会经济价值。     

海上风电场智慧运维管理系统

[目的]针对海上风电场运维安全管理,提出了海上风电场智慧运维管理系统.[方法]通过海上风电智慧调度系统、海上风电雷达多源跟踪及边界警示系统、海上风电场风机平台作业监管系统,搭建出海上风电场智慧运维管理系统.[结果]通过陆上集控中心的海上风电智慧调度系统,实现人员的安全管理以及船舶调度.通过海上风电雷达多源跟踪及边界警示...     

海上风电机组智能故障预警系统研究

  [目的]  随着海上风电机组装机容量的飞速发展,业主对海上风电机组的安全运行越来越重视,对风机设备可靠性的要求越来越高。传统的设备故障事后处理模式不仅不能保证发电设备运行的可靠性,而且海上风电运行维护的可达性差,被动的故障后维修无形中增加了巨大的电量损失,已完全不能满足海上风电的要求。设备故障早期智能预警系统可以提前预知设备存在的问题,把设备隐患消除在萌芽状态之内,真正做到“防患于未然”。  [方法]  通过对海上风电机组关键部件的数据采集,结合历史数据提取故障特征,利用神经网络等大数据算法,实现发电机温度异常、发电机轴承异常、齿轮箱散热异常、齿形带断裂警告等设备故障的提前预判。  [结果]  根据对设备早期故障的提前预判,可以综合考虑海上风电的气象、台风、海况、海事等维护特点,有计划地执行积极的预防性维护策略,能够有效地避免大部件故障的发生或风机整机失效情况的发生。  [结论]  研究成果可提高海上风电机组的可靠性和风电场整体发电效益。     

Site selection of offshore wind farms around the Korean Peninsula through economic evaluation

We have conducted a feasibility study on the development of offshore wind farms around the Korean Peninsula as part of the national plan. This study deals with the selection of the optimal site for an offshore wind farm. We set rating indices in order to select an optimal site of the candidate coasts, which include the expected B/C (benefit to cost) ratio, the possible installation capacity of the wind farm, the convenience of grid connection, and so on, for each candidate site. The expected B/C ratio is described as the benefit from the annual energy production compared to the costs that correspond to the construction of the turbine foundation, and the grid connection between the offshore wind farm and the substation on land. It can be found from the evaluation that the construction costs associated with the substructure and grid connection are crucial in determining the location of the first offshore wind farm in Korea. Consequently, we could select a top site among the candidate sites to be implemented as the first national project of offshore wind farm development.