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1、第29卷第4期海洋工程Vol.29No.42011年11月THEOCEANENGINEERINGNov.2011文章编号:10059865(2011)04007407海上风机支撑结构设计分析12李红涛,李林斌(1.中国船级社海工审图中心,天津300457;2.中国船级社海工建造处,北京100007)摘要:介绍海上风机支撑结构的一般失效形式,提出了适合工程实践的设计分析方法,并以某一单立柱三桩的海上风机支撑结构为例,进行了最终强度计算、动力特性分析以及疲劳强度分析。计算结果表明:1)疲劳工况是结构设计的控制工况;2)支撑结构振动频率在风机工作
2、频率1P和3P之间;3)风机工作时的气动阻尼可有效减少支撑结构振动和疲劳损伤。关键词:海上风机;支撑结构;动力特性;疲劳强度中图分类号:P752文献标识码:ADesignanalysisforsupportstructureofoffshorewindturbine12LIHongtao,LILinbin(1.OffshoreEngineeringPlanApprovalCenterofCCS,Tianjin300457,China;2.ConstructionDepartmentofOffshoreInstallation,OffshoreDi
3、vision,Beijing100007,China)Abstract:Thispaperintroducesthegeneralfailuremodes,designandanalysismethodsuitableforengineeringpracticeforsupportstructuresofoffshorewindturbine.Asanexample,theultimatestrength,dynamicbehaviorandfatiguestrengthanalysisarecarriedoutforatripodtypeatypica
4、lsupportstructureofoffshorewindturbine.Thecalculationresultsshowthat:Fatiguelimitstateisthecontrolconditionforthestructuredesign;Thevibrationfrequencyofsupportstructureisbetween1Pand3Pofthewindturbine;!Theaerodynamicdampingcanreducevibrationamplitudeandfatiguedamageofsupportstruc
5、ture.Themethodsandconceptsgiveninthispaperwillserveasreferencesfordesignersaswellasguidelinesforengineeringindustry.Keywords:offshorewindturbine;supportstructure;dynamicbehavior;FLS[12]海上风机的支撑结构主要形式有单桩钢管基础、重力式基础、筒形基础、多桩基础和漂浮式基础。与传统陆上风机支撑结构相比,海上风机支撑结构较为复杂,尺寸更大,所处环境更为恶劣,因此设计分析时应引起重
6、视。严格意义上讲,海上风机支撑结构设计属于海洋工程范畴,可参考APIRP2A、CCS、DNV、LR及ABS等船级社海工规范,但因所受风机载荷特殊,且结构细长高耸,动力、疲劳特性明显,因此海上风机支撑[35]结构设计具有其自身特点,各船级社相继颁布了海上风机规范。以某一单立柱三桩的海上风机支撑结构为例,介绍了海上风机支撑结构的一般分析方法,即静力分析、动力分析及疲劳分析;计算结果表明,疲劳工况是结构设计的控制工况。提供的方法和思路可为设计人员提供借鉴,对工程实践具有一定的指导作用。1载荷分析1.1风机载荷海上风机支撑结构的主要载荷是风机载荷。海上风机支
7、撑结构设计属于海洋工程领域,而风机载荷计算属于风机设计领域,应由专业软件计算(如GHBladed)。海洋结构工程师所关心的只是支撑结构塔筒顶部收稿日期:20110314作者简介:李红涛(1976),男,天津人,博士,主要从事海洋工程结构设计与研究工作。Email:htli@ccs.org.cn第4期李红涛,等:海上风机支撑结构设计分析75[6]截面六自由度载荷,可由专业风机生产厂商提供,具体载荷形式和工况可参见IEC6140037.4章的表1。1.2海洋环境载荷海上风机支撑结构受到的环境载荷主要为风、波流载荷。计算方法为常规海洋工程计算方法,风
8、载荷按[7]静态风压计算,波流载荷可用Morison公式计算,具体
