风力发电机支撑体系结构设计研究

论文摘要

风能是可再生的清洁能源,风力发电是缓解我国目前能源紧张和环境压力的重要手段。目前在风力发电机组设计的主要技术上,我国尚处于较低的水平,尤其是对于海上风力发电机组的支撑结构体系而言,由于缺乏足够的工程实践可供借鉴,也没有成熟的规范可供参考,其设计仍然停留在近海区域的传统支撑结构形式。本文从我国目前风力发电机组支撑结构设计的研究现状出发,通过理论分析和数值模拟,重点研究了如下几个问题:（1）根据陆上和近海地区不同的环境条件和载荷条件,深入研究了风力发电机组的上部塔架和下部基础的结构形式,并给出了其设计要点;（2）研究了风力发电机组的荷载体系,并就各种环境荷载的计算方法进行了详尽探讨;（3）针对陆上风力发电机组特点,考虑基础影响,采用有限单元法对陆上风力发电机支撑结构进行了静力分析、疲劳分析、稳定性分析、动力特性和动力响应分析;（4）在国内首次研究了海上浮动式风力发电机的支撑结构-张力腿平台（TLP）,对张力腿平台的结构设计进行了探讨;采用有限元法对张力腿平台的受力、变形和稳定等进行了数值分析;并且采用流固耦合法,对结构的自振特性和波浪荷载作用下的动力响应进行了深入研究。本文的研究揭示了不同的环境条件下陆上及海上风力发电机组支撑结构体系的动静力特性,其结论可为风力发电机组支撑结构设计提供重要参考。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 风力发电概述
• 1.2 我国的风能利用现状
• 1.3 风力发电技术的国内外研究现状
• 1.4 论文研究内容
• 第二章 风力发电机组的主要支撑结构形式及设计要点
• 2.1 风力发电机组的主要形式
• 2.2 塔架的主要结构形式及设计要点
• 2.3 基础的主要形式及设计要点
• 2.4 本章小结
• 第三章 风力发电机组的主要荷载及设计方法
• 3.1 结构安全等级
• 3.2 设计工况
• 3.3 设计荷载
• 3.4 设计方法
• 3.5 本章小结
• 第四章 陆上风力发电机支撑体系数值分析
• 4.1 塔架静力分析
• 4.2 塔架疲劳分析
• 4.3 塔架稳定性分析
• 4.4 塔架基础设计研究
• 4.5 塔架模态分析
• 4.6 塔架动力响应分析
• 4.7 本章小结
• 第五章 海上风力发电机支撑体系结构设计
• 5.1 设计基本资料
• 5.2 主要设计内容
• 5.3 稳定验算
• 5.4 强度验算
• 5.5 考虑波浪因素影响下强度和稳定验算
• 5.6 张力腿平台支撑结构数值模拟
• 5.7 本章小结
• 第六章 基于流固耦合的海上风力发电机支撑结构动力学分析
• 6.1 流固耦合理论
• 6.2 数值波模拟
• 6.3 计算模型及参数
• 6.4 动力特性分析
• 6.5 波浪荷载作用下支撑体系稳定分析
• 6.6 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢