基于FTA方法的浮式风机叶片系统风险评估

对海上浮式风机叶片系统进行可靠性风险评估,以OC4-DeepCwind浮式风机系统为计算模型,参考相关文献中的风机叶片系统故障树模型,结合数值模拟与概率统计,计算浮式/固定式风机叶片系统的结构风险概率。使用MATLAB编写时域动态故障树分析程序,进行浮式/固定式风机叶片系统在生命周期内的故障风险定量计算。结果表明:在额定工况下浮式风机叶片系统的叶根应力疲劳风险概率更大,在全生命周期内浮式风机叶片系统失效风险概率更大。     

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。     

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。     

风机功率对半潜式风机运动性能的影响

针对DTU 10 MW风机,设计一款新型无横撑半潜式风机基础,并通过调节基础压载使其分别搭载DTU 10 MW和NREL 5 MW两款风机。在此基础上,采用商业软件SESAM/SIMA分别建立气动-水动-伺服-弹性全耦合数值模型。针对正常作业和极端两种典型工况,对上述2款浮式风机系统的运动响应进行时域全耦合计算。根据计算结果开展不同风机功率对浮式风机系统整体运动性能的敏感性分析。研究表明：在正常作业工况下,由于风激励的影响,10 MW风机的运动响应比5 MW风机更大;在极端工况下5 MW风机纵摇固有周期更接近波浪周期,导致其纵摇运动比10 MW风机更大。     

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。     

浮式平台全概率谱疲劳分析方法

采用DNV开发的SESAM软件,在研究浮式平台水动力的基础上探究了浮式平台的全概率谱疲劳计算方法。以南海某海域简化的第六代深水半潜式平台为研究对象,建立"GeniE建模—Wadam波浪力载荷及水动力计算—Seatra结构应力计算—Stofat结构疲劳计算"这一系统的浮式平台全概率谱疲劳计算方法。为验证这一计算方法的合理性,计算简化的半潜式平台的疲劳寿命,为浮式平台的疲劳分析提供参考。     

浮式垂直轴风机转子设计及动力学仿真

对达里厄φ型风机转子进行气动设计,考虑动态失速的影响,计算风机转子的气动参数,给出风机的转速控制策略。进行转子结构设计,对叶片主梁采用碳纤维加强。针对设计的风机转子,利用ANSYS有限元软件进行初步静力校核,分析风机在危险工况下的应力、应变情况。将设计的转子应用于海上浮式垂直轴风机系统,考虑叶片与塔柱的柔性变形,利用多体系统Kane方法组装动力学方程,分析风机系统在风、浪联合作用下浮式基础的运动响应情况,整体上该风机系统的运动性能较好。     

漂浮式风机运动抑制方法综述

通过可靠可控的技术手段,实现浮式风机系统支撑平台的运动抑制,对保障浮式风机的安全性与可靠性具有重要意义。综述各类主要浮式风机运动抑制方法与技术,介绍各种方法的基本原理、技术特点、研究现状和应用情况,以期为相关领域研究人员提供技术参考和研究思路。     

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。     

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。     

3种典型半潜式浮式风机基础水动力性能比较

以现阶段3种典型半潜式浮式风机基础(OC4、Windfloat、Ideol)为研究对象,根据3种浮式风机基础的主要特征,采用AQWA软件建立水动力模型.基于三维势流理论,比较这3种浮式风机基础的水动力性能,在南海不同风、浪、流联合作用下的时域运动响应以及在不同水深下的适应性.得出结论:3种基础的纵荡性能相近;OC4基础...     

6 MW新型浅水浮式风力机概念设计和运动响应分析

为使浮式风力机向浅海水域拓展,结合Spar与Semi平台的特点,提出适用于南海浅水水域的新概念浮式风力机平台。运用NREL_FAST软件建立浮式风力机系统气动-水动-锚链-弹性-伺服耦合的非线性动力学分析模型,采用叶素-动量理论计算气动载荷,采用势流理论和莫里森黏性阻尼修正方法计算水动力载荷,采用三维有限元法计算锚链系统载荷,在风、浪、流环境载荷作用下研究不同风浪夹角下新概念浮式风力机运动响应性能。结果表明：6 MW新概念浮式风力机在南海50 m水深水域中支撑6 MW风力机运动响应良好;浪向角改变对纵荡运动影响较大,对纵摇、艏摇和垂荡运动运动有一定影响。新概念浮式风力机在南海50 m设计海域运动性能良好。     

动态电缆对海上浮式风机发电效率的影响

为解决传统线型电缆不利于漂浮式风电场电缆运行维护的问题,提出动态电缆概念,分析不同结构形式对电缆产生的影响。开展半潜式浮式基础在风浪流联合载荷作用下的全耦合时域仿真模拟。分析悬链线形传统电缆与缓波形动态电缆对浮式风机水动力性能的影响,发现缓波形动态电缆对漂浮式风机水动力性能的影响较小,有利于浮式风机发电。对比采用不同电缆的浮式风机发电效率,结果显示,采用2种线型电缆的风机发电效率降低幅度均随着风浪夹角的增大而降低,且采用缓波形电缆发电效率的降低幅度小于采用悬链线形电缆。     

波流耦合作用海上张力腿风机运动响应研究

以TLP海上风机为研究对象,结合黄海海域环境条件对张力腿风机基础的水动力响应进行模拟分析。在计算过程中,风荷载分为作用在塔柱上的风荷栽和风机荷栽两部分,采用高阶边界元法建立数值模型,开发了风、浪、流耦合作用时域程序。针对不同风、浪、流入射工况进行模拟,计算结果表明,风荷载单独作用下张力腿风机结构产生的运动响应与波流力作用下响应值比较不可忽略,并得到了一些时工程实践有意义的结论。     

防波堤失效条件下超大型海洋浮式储油船系泊系统可靠性评估

基于极限状态设计法，设计了适用于我国战略石油储备用的超大型浮式储油船系泊地点处所的防波堤，并采用蒙特卡罗法模拟了防波堤的失效概率。用时域教值模拟法求解储油船运动方程并对其系泊系统进行了可靠性分析。结果表明，防波堤失效与否对储油船系泊系统的可靠性有显著影响。     

长输管线失效状况模糊故障树分析方法

采用故障树法分析了长输管线的失效状况,根据管线失效的两种主要模式:泄漏和断裂,建立了管线失效的故障树。通过对故障树的定性分析,可得到引起管线失效的52个最小割集;通过定量分析则可以计算顶事件的发生概率以及进行底事件的重要度分析。采用专家判断法和模糊集理论相结合的方法评估了故障树的底事件发生概率的模糊性,并以长输管线故障树系统中的“安装质量差”这一底事件为例,计算出其模糊失效率为2.3545×10^-4。该方法可为处理模糊事件失效概率提供一种研究思路。     

基于风险检查的海洋立管腐蚀失效分析

在收集海洋立管数据和最后1次检查数据的基础上,确定其主要失效类型；根据相关规范和文件确定其腐蚀率.根据检查出的缺陷尺寸和腐蚀率,采用改进的一次二阶矩法计算海洋立管在新缺陷下的失效概率,绘出失效概率随时间变化的曲线.根据立管失效概率的可接受标准,确定何时需要对哪个部位进行检查和维修,并将检查结果作为下次风险分析的基础数据.应用风险检查方法制定的检查计划同时满足经济性和安全性的要求,可为水下生产系统的其他管线腐蚀失效分析提供参考.     

燃气管道失效概率评估方法研究

失效概率评估是燃气管道定量风险评估的关键内容之一。对基于专家估计的主观失效可能性评估方法和基于历史失效数据统计或强度理论的客观失效概率评估方法的优缺点进行了分析,提出了一种主观方法和客观方法相结合的失效概率评估方法。采用历史失效数据统计方法,计算燃气管道的平均失效概率;采用层次分析法,利用专家估计数据,求得管道失效可能性,并认为主观估计的中等可能性等于历史失效数据统计的平均失效概率,从而确定主观失效可能性和客观失效概率之间的关系式。以埋地钢质管道腐蚀失效为例,阐述了这种失效概率评估方法。采用主观估计法,求得任意情况下的管道失效可能性,利用主观可能性和客观概率之间的关系式,求出燃气管道的客观失效概率。     

老龄平台定量风险评价

针对目前大量海洋平台进入老龄期的现状,文章结合胜利油田海洋采油厂埕岛A平台进行定量风险评价,并进行重要度分析。研究基于事故树的老龄平台定量风险评价方法．分析平台失效原因：采用ANSYS软件中可靠性设计模块计算基本事件中静强度和疲劳强度失效事件的发生概率：根据平台上人员工作时间及逃亡概率计算失效后果．并依据它定量计算平台风险：采用ALARP准则进行风险评价：根据失效事故树与发生概率对10个基本事件结构重要度、概率重要度和关键重要度进行分析。研究表明．埕岛A平台个人风险处于最低合理可行的ALARP区域;极限荷载作用对老龄平台失效的影响最大．但其本身发生的概率不大,而平台构件名义应力失效、管节点冲剪失效以及构件疲劳失效不但对平台失效概率敏感性高．而且本身发生的概率也较大。     

基于人因可靠性分析的油气站场SIL等级验证

油气站场内安全仪表系统的联锁触发往往需要人员操作,为准确评价这部分安全仪表回路的SIL等级,在常规SIL验证的基础上,引入人因失效概率,将操作人员与安全仪表构成串联型结构,并将人的行为分为观察、诊断、操作三个过程,其中观察和操作阶段采用CREAM模型计算人因失效概率,诊断阶段采用HCR模型计算人因失效概率。以某站场ESD系统为例进行验算,发现当SIF回路中有人员操作干预时,人因造成的失效概率占比较大,可直接影响SIL等级的验证结果。研究结果可为有人员干预的安全完整性等级验证提供实际参考。