海上风力发电机组支撑结构动力特性分析

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1、振动与冲击第３１卷第２期ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＶＩＢＲＡＴＩＯＮＡＮＤＳＨＯＣＫＶｏｌ．３１Ｎｏ．２２０１２海上风力发电机组支撑结构动力特性分析１１，２１，２陈前，付世晓，邹早建（１．上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院，上海２００２４０；２．上海交通大学海洋工程国家重点实验室，上海２００２４０）摘要：采用欧拉－伯努利梁模型来模拟海上风力发电机组的支撑结构，利用通用有限元软件ＡＮＳＹＳ对机组支撑结构进行计算建模。在此基础上，分析了风力发电机组上端结构质量（风轮、机舱等）、整个机组重力以及海水

2、对支撑结构固有频率的影响，并给出瞬态冲击下支撑结构的动力响应历程。计算结果表明，在计算海上风力发电机组支撑结构固有频率时应考虑上端结构质量的影响，可以不考虑重力的影响，而海水对高阶固有频率影响很大；在瞬态冲击下，上端结构质量使得支撑结构响应变得平缓。关键词：海上风力发电机组；支撑结构；固有频率；动力响应中图分类号：ＴＫ８３文献标识码：ＡＤｙｎａｍｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎａｌｙｓｉｓｆｏｒｓｕｐｐｏｒｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆａｎｏｆｆｓｈｏｒｅｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅ１１，２１，２ＣＨＥＮＱｉａｎ，ＦＵＳｈｉｘｉａｏ，ＺＯＵＺａｏｊｉａｎ（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＮａｖａｌ

3、Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ，ＯｃｅａｎａｎｄＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｈａｎｇｈａｉＪｉａｏＴｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２００２４０，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＯｃｅａｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｈａｎｇｈａｉＪｉａｏＴｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２００２４０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＥｕｌｅｒＢｅｒｎｏｕｌｌｉｂｅａｍｍｏｄｅｌｗａｓｔａｋｅｎｔｏｓｉｍｕｌａｔｅｓｕｐｐｏｒｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆａｎｏｆｆｓｈｏｒｅｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅ．Ｔｈｅｕｎｉｖｅｒｓａｌｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｓｏｆｔｗａ

4、ｒｅＡＮＳＹＳｗａｓａｄｏｐｔｅｄｔｏｅｓｔａｂｌｉｓｈｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｓｕｐｐｏｒｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｍｏｄｅｌ，ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓｏｆｔｈｅｕｐｐｅｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅｍａｓｓ（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｒｏｔｏｒ，ｅｎｇｉｎｅ，ｅｔｃ）ｏｆｔｈｅｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅ，ｔｈｅｗｈｏｌｅｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｇｒａｖｉｔｙａｎｄｓｅａｗａｔｅｒｏｎｔｈｅｓｕｐｐｏｒｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｎａｔｕｒａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｒｅｓｐｏｎｓｅｏｆｔｈｅｓｕｐｐｏｒｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅ

5、ｕｎｄｅｒａｔｒａｎｓｉｅｎｔｓｈｏｃｋｗａｓｃｏｍｐｕｔｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｕｐｐｅｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅｍａｓｓｓｈｏｕｌｄｂｅｔａｋｅｎｉｎｔｏａｃｃｏｕｎｔ，ｂｕｔｔｈｅｇｒａｖｉｔｙｏｆｔｈｅｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｃａｎｂｅｉｇｎｏｒｅｄｗｈｅｎｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇｔｈｅｎａｔｕｒａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓｏｆｔｈｅｓｕｐｐｏｒｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｓｅａｗａｔｅｒｉｓｇｒｅａｔｗｈｅｎｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｔｈｅｈｉｇｈｅｒｏｒｄｅｒｎａｔｕｒａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓｏｆｔｈｅｓｕｐｐｏｒｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；

6、ａｎｄｔｈｅｕｐｐｅｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅｍａｓｓｍａｋｅｓｔｈｅｒｅｓｐｏｎｓｅｏｆｔｈｅｓｕｐｐｏｒｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅｍｏｒｅｓｔｅａｄｙｕｎｄｅｒａｔｒａｎｓｉｅｎｔｓｈｏｃｋ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｏｆｆｓｈｏｒｅｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅ；ｓｕｐｐｏｒｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｎａｔｕｒａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｙ；ｄｙｎａｍｉｃｒｅｓｐｏｎｓｅ当今世界的能源主要来源于石油、煤等矿物质燃随着风电开发技术的日趋成熟，风电机组的单机料。随着世界经济的发展，人们对能源的需求不断增容量不断增大，风机的尺寸和重量也都大幅度增加，对长，能源问题日益突出：一方面，矿物质燃料能源为不于机组支撑结构的要求也在

7、不断提高。对于目前主流可再生能源，正日益匮乏，面临枯竭；另一方面，过分开的三叶型水平轴单桩基础式海上风电机组而言，其支发利用矿物质燃料会导致一系列的环境问题，破坏地撑结构包括塔筒和基础两部分，是整个风电机组的主球生态，威胁人类的生存。为此，全球正在进行第三要承重结构。在以往的工程实际中，支撑结构由于疲次能源结构调整，把从以石油、煤、天然气为主的能源劳而失效的情况较为少见，而由于支撑结构振动引起模式转向以可再生清洁能源为基础的可持续发展的的机组顶端位移过大，