潜式浮式风机耦合动力特性及系泊系统研究

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1、潜式浮式风机耦合动力特性及系泊系统研究StudyonCoupledDynamicandMooringSystemofSubmergedFloatingWindTurbine工程领域：水利工程作者姓名：李彦娥指导教师：乐丛欢副研究员企业导师：徐宝高工天津大学建筑工程学院二〇一七年十二月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均

2、已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要随着海上风能开发的深入和风电技术的发展，海上风电场逐步向深远海发展，浮式基础安装灵活，受水深影响相对较小，能满足深远海

3、风电开发需求，具有良好的发展应用前景。本文选用天津大学风电课题组设计的潜式浮式风机，运用数值分析、模型试验相结合的研究方法，研究风浪联合作用下潜式浮式风机系统耦合动力特性。建立风机-塔架-浮式平台-系泊系统耦合动力模型，对比分析潜式浮式、张力腿式、半潜式风机平台运动响应特性，研究发现潜式浮式风机在中等水深50~200m范围内有较好的水动力特性；通过研究不同风浪环境荷载作用下潜式浮式风机系统动力响应，发现浮式平台垂荡和纵荡运动主要由风和波浪激励产生，平台纵摇响应和系缆线张力主要受波浪荷载的影响；开展潜式浮式风机在不同波浪荷载作用下的物理模型试验，通过

4、与数值计算结果进行对比分析，试验结果与数值计算吻合较好，进一步验证了数值计算的正确性。研究系缆线长度和预张力大小对潜式浮式风机系统耦合动力响应的影响，发现潜式浮式风机系缆线长度从40m到100m纵荡响应标准差值增大了47.2%，纵摇最大值增大了116.7%；系缆线预张力从1500kN到4500kN时纵荡最大值减小42%，艏摇最大值减小了73.7%。研究潜式浮式风机正常工况和极限工况系缆线一根破损时风机的耦合动力响应，结果表明：极限工况下4#系缆线张力在破损状态比完整状态增大60%，且安全系数为1.22，不满足规范设计要求，系缆线破损对浮式风机影响很

5、大。对潜式浮式风机进行优化设计，对比分析不同垂荡板直径和基础吃水深度时潜式浮式风机的运动响应，选择垂荡板直径20m，吃水22m结构，研究不同系泊布置形式下风机系统耦合动力特性，选择4直+4斜(30°)和4直+8斜(25°)两种系缆线布置形式，分析其在100m水深极限海况时的耦合动力响应，研究结果表明，后者比前者纵荡位移最大值增大26.9%；垂荡位移最大值减小56.2%，纵摇角度最大值减小63.1%，艏摇角度最大值减小97.3%。两种系缆线布置形式下平台动力响应均较小，具有良好的稳定性和安全性。关键词：潜式浮式风机，耦合动力分析，模型试验，系泊预张力

6、，系泊布置形式IABSTRACTWiththedevelopmentofoffshorewindenergyandthedevelopmentofwindpowertechnology,offshorewindfarmdevelopmenttodeepseagradually.Floatingfoundationisflexibleininstallationandrelativelysmallaffectedbywaterdepth,itcanmeetthedemandofdeepseawindpowerdevelopment,andhasgoo

7、dprospectsfordevelopmentandapplication.ThispaperselectedthesubmergedfloatingwindturbineformdesignedbyWindpowerresearchgroupofTianjinUniversity.Studyonthecouplingdynamiccharacteristicsofthesubmergedfloatingwindturbinesystemunderthecombinedeffectofwindandwavebythemethodofcombini

8、ngnumericalanalysisandmodeltest.Establishmentofacouplingdynam