spar式海上浮式风机首摇特性分析与研究

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1、上海交通大学硕士学位论文Spar式海上浮式风机首摇特性分析与研究硕士研究生：毛宏宇学号：1120109178导师：何炎平研究员申请学位：工学硕士学科：船舶海洋工程所在单位：船舶海洋与建筑工程学院答辩日期：2015年1月授予学位单位：上海交通大学DissertationSubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversityfortheDegreeofMasterANALYSISANDRESEARCHOFTHEYAWCHARACTEROFASPAR-TYPEFLOATINGWINDTURBIN

2、ECandidate：MaoHongyuStudentID:1120109178Supervisor：HeYanpingAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringNavalArchitectureandOceanSpeciality：EngineeringSchoolofNavalArchitecture,OceanAffiliation：andCivilEngineeringDateofDefence：Jan,2015Degree-Conferring-Inst

3、itution：ShanghaiJiaoTongUniversitySpar式海上浮式风机首摇特性研究与分析摘要随着全球变暖的加剧，人们开始加紧寻找着清洁能源。为了开采深海区域丰富的风能储备，建造浮式风机显然是最好的方式。浮式风机在工作中由于气动载荷的不均匀，会产生偏航力矩。对与浮式风机，此力矩完全尤其锚泊系统的首摇回复力矩来平衡。所以对浮式风机首摇回复刚度的设计，对风机的正常工作有重要意义。本文采用OC3Hywind（一个研究中常用的spar式浮式风机）作为研究对象。首先研究了影响风机偏航力矩的因素，之后据

4、此选择了极限工况来计算风机在正常工作中的最大偏航力矩。为了改进锚泊系统的首摇回复刚度能满足平衡最大偏航力矩的要求，本文把OC3的锚泊系统分别改造成X型和Y型。通过准静态方程计算出它们的性能。为了能够在不改变锚泊系统在其他自由度上的性能的同时，增加其首摇方向上的回复刚度，本文设计了相应的目标函数，并使用模矢搜索法进行了简单的优化。最后对优化后的锚泊系统进行计算和比较分析，认为最后的设计方案是可行的。关键词：浮式风机偏航力矩锚泊系统首摇回复刚度ANALYSISANDRESEARCHOFTHEYAWCHARACTE

5、ROFASPAR-TYPEFLOATINGWINDTURBINEABSTRACTWiththeworryingoftheglobewarming,mankindisbusysearchingcleanenergy.Toquiretheabundantwindenergyfromthedeepseaarea,floatingwindturbineisthebesttool.Duringtheworkingperiod,turbinewillgiveyawmomenttothewholesystembecause

6、oftheunbalanceoftheaerodynamicloads.Forfloatingwindturbine,balancingtheyawmomentisdutyofthemooringsystem.Thereforeitisimportanttodesignthemooringsystemwithproperyawstiffness.ThestudyisbasedonOC3Hywind,apopularspar-typefloatingwindturbine.Thereasonwhichcanin

7、fluencetheyawmomentofthewindturbineisanalyzedandthenthelargestyawmomentinextremeworkingconditioniscalculatedTobalancetheyawmoment,theoriginalmooringsystemischangedintoanX-typeandaY-typerespectively.Theperformanceofthesemooringsystemsisgottenwiththehelpofqus

8、i-staticequations.Thegoalistoincreasetheyawstiffnessofthemooringsystemandremainitscharacteronotheraspectsatthesametime.Toachievethegoal,anobjectfunctionisdesignedandthesystemisrefinedinthemethodofpatte