深海张力腿平台水平振动控制及动能利用研究

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1、深海张力腿平台水平振动控制及动能利用研究ResearchonHorizontalVibrationControlandKineticEnergyUtilizationofDeepSeaTensionLegPlatform学科专业：船舶与海洋工程作者姓名：冯欣鑫指导教师：徐立新教授天津大学建筑工程学院2017年11月摘要世界能源开发必将进入绿色、环保的新时代。如何能够在已有的能源开发过程中，引入资源循环利用的理念，进而优化现有的能源开发方式是大多数能源产业所急需解决的关键问题。在海上油气开发中，采油平台的运动性能直接决定着整个

2、油田的生产效率及安全可靠性。特别是深海浮式平台，在持续的风、浪、流作用下会产生大幅的整体运动，极易导致平台受到破坏或降低使用寿命。为浮式平台加入运动抑制装置虽可以提高其运动性能，但由于功能单一很难实际运用。另一方面，全世界海洋波浪能储量巨大，然而由于海况多变，能量转化过程中存在诸多制约，现有波能发电装置具有一定的局限性。基于以上考虑，本研究旨在将现有的浮式平台运动抑制与海洋波浪能发电相结合，以拥有较好应用前景的调谐液柱阻尼器（TLCD）为基础，开展对可利用减振装置所吸收的浮式平台大量动能进行电能转化的研究，期望能够为平台提供

3、宝贵的电力资源。本文通过对一个TLP平台进行减振分析，验证了利用其内部振荡水柱发电能力的可行性。针对传统TLCD进行改进设计，提出具有发电功能的新型TLCD。在阻尼器水平段内，利用平旋发电装置代替传统的节流孔板，以此来实现对TLCD中振荡液柱的电能转化。以典型平旋推进装置的力学分析为基础，对其力学原理进行推导并与文献结果验证，证明所推导公式的正确性，并将其应用在平旋发电装置中旋转叶片的力学分析中，得到了新型平旋发电装置的阻尼力表现形式。基于叶片的水动力分析，得到新型叶片的拖曳力及升力与来流攻角关系，并运用于平旋发电装置中，建

4、立完整的平旋发电装置的力学分析模型。与传统TLCD相结合，对TLCD与平旋发电装置进行耦合分析，得出新型的以TLCD为基础的平旋式减振发电装置的整体力学性能表达式。开展发电装置的中关键参数，如叶片宽度，展长，叶片数目等的敏感性分析，探究叶片宽度，展长，叶片数目等参数对TLCD内部的阻尼力的变化规律，提出各参数基于减振效果的回归方程，分析外激励周期变化对关键参数选取的影响。同时利用Betz定理，计算出了不同参数下对应的平旋发电装置发电效率，为实际工作提供参考。关键词：张力腿平台；调谐液柱阻尼器（TLCD）；平台减振；发电；阻尼

5、系数；IABSTRACTTheworldenergydevelopmentwillenteraneweraofenvironmentalprotection.Howtointroducetheconceptofresourcerecyclingintheexistingenergydevelopmentprocess,andoptimizetheexistingenergydevelopmentmodearethekeyproblemsthatmostenergyindustriesneedtosolveurgently.I

6、noffshoreoilandgasdevelopment,theperformanceoftheoilproductionplatformdirectlydeterminestheproductionefficiencyandsafetyreliabilityofthewholeoilfield.Especiallyindeepseafloatingplatform,undertheactionofcontinuouswind,waveandflow,alargeamountofoverallmovementwillocc

7、ur,whichwilleasilyleadtodamageorreduceservicelifeoftheplatform.Themotionsuppressiondeviceforfloatingplatformcanimproveitsmotionperformance,butitisdifficulttoapplyitbecauseofitssinglefunction.Ontheotherhand,theoceanwaveenergyreservesintheworldarehuge.However,duetoth

8、echangeableseaconditions,therearemanyconstraintsintheenergyconversionprocess,andtheexistingwaveenergygenerationdeviceshavesomelimitations.Basedon