海上风力发电机组支撑结构动力响应特性研究.pdf

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1、第16卷第4期2012年4月船舶力学JournalofShipMechanicsV01．16No．4Apr．2012文章编号：1007—7294(2012)04—0408—08海上风力发电机组支撑结构动力响应特性研究陈前8，付世晓a,b，邹早建a．b(上海交通大学a．船舶海洋与建筑工程学院；b．海洋T程国家重点实验室，上海200240)摘要：支撑结构设计是大型海上风电机组设计的重要部分。文章分析了海上风电机组的各种环境载荷，并以3MW风力机组为例计算其所受环境载倚，包括作用在支撑结构顶端的由风机叶轮转动引起的水平轴向力、作用在塔筒上的风载荷以及作用在基础卜的海流、海

2、浪载荷，并采用非线性弹簧来模拟基础与海底土层之间的相瓦作用。在考虑风轮影响情况下，利用有限元法对支撑结构进行了模态分析。最后，分析了环境载倚作用下支撑结构的动态响应。计算结果表明，在对海上风力发电机组进行动态响应汁算时，环境载倚之I’日J的相互耦合作用不能忽略。关键词：海上风力发电机组；支撑结构；环境载倚；结构响应中图分类号：TM315文献标识码：A1r■●』●1‘■·■·o●●InVeStl2atlon0ndynamicresp011SeCnaracteristics0IoffshorewindturbinesupportstructureCHENQi∞8，FUS

3、hi-xiao”，ZOUZao-jlan““(a．SchoolofNavalArchitecture，OceanandCivilEngineering；b．StateKeyLaboratoryofOceanEngineering，ShanghaiJiaoTongUniversity，Shanghai200240，China)Abstract：Thesupportstructuredesignbecomesanimportantissueforthelargeoffshorewindturbine．Inthispaper．theenvironmentloadsacti

4、ngontheoffshorewindturbineareanalyzed．Takinga3MWwindtur—bineausexample。theenvironmentloadsincludingtheaxialloadoftherotor，windloadonthetower，cur-rentloadandwaveloadonthefoundationarecalculated．Nonlinearspringisadoptedtosimulatetheinter-actionbetweenfoundationandsoil．Takingtheeffectofth

5、erotorintoaccount，modalanalysisisperformedforthesupportstructurebythefiniteelementmethod．Finally，thedynamicresponseofthesupportstruc-tureunderenvironmentalloadsi8analyzed．TheresultsshowthattheeffectsofmutuaIcouplingoftheenvi．ronmentloadscannotbeignoredwhenanalyzingthedynamicresponseoft

6、heoffshorewindturbines．Keywords：offshorewindturbine；supportstructure；environmentload；structuralresponse1引言当今世界的能源主要来源于石油、煤等矿物燃料。随着世界经济的发展，人们对能源的需求不断增长，能源问题口益突出：一方面，矿物燃料能源为不可再生能源，正日益匮乏，面临枯竭；另一方面，过分开发使用矿物燃料能源会导致一系列环境问题，破坏地球生态，威胁人类的生存。这迫切要求全球进行第三次能源结构调整，从以石油、煤炭和天然气为主的能源系统，转向以可再生能源为基础的收稿13

7、期：201l一06—15基金项目：国家863计划课题(2008AA09A107)；上海市自然基金课题(10zRl414900)作者简介：陈前(1986一)，男，硕士；通讯作者：付世晓(1976一)，男，上海交通大学研究员。博士生导师，E-maihshixiao．fu@sjtu．edu．en。第4期陈前等：海一I-风力发电机组支撑结构动力⋯409可持续发展的能源系统。风能是人类最早利用的能源之一，也是目前最具有竞争力和大规模开发利用前景的可再生能源。开发利用风能这样一种洁净无污染的可再生能源，对于改善能源结构，保护生态环境都有着深远的意义。迄今为止，开发、利用风能