海上风力机模块整体运输方案设计

论文摘要

风能作为一种清洁、无污染的可再生能源,越来越受到人们的重视,因而风力发电成为世界各国普遍关注的可再生能源开发项目之一。相对于陆上风电场,海上风电场有其明显的优势:高风速、低风切变;低湍流;高产出。近来人们把越来越多的目光投向海上风力发电场的建设中。在海上风电场建设中,风力发电机组的运输和吊装是施工组织设计的一个重点和难点,如何合理设计运输方案,保证运输的安全是首要解决的问题。本文以中国首例海上风力发电示范项目——渤海绥中36-1油田某导管架上安装一台1.5MW海上风力机为背景,研究风力机的整体运输方案及其安全性。首先,对气动载荷进行数据处理,将动静载荷分离;设计最佳的叶片位置角和风机的朝向角,使驳船的风倾力矩最小。其次,风机装载后的静平衡用压载水舱来调节,设计五种不同的压载方案,对每一种方案进行稳性校核,确认设计满足规范要求。再次,应用SESAM软件对驳船在波浪中的六个自由度运动响应进行分析,将计算结果与试验结果进行对比分析,进一步确认软件计算准确性;基于谱分析法,计算驳船在非规则波中运动响应,选择使横摇角和横摇加速度最小的压载方案;同时计算驳船运动响应航向极值,选择合理航向,保证驳船在工作海域运输的安全性。最后,利用结构分析软件ANSYS,对塔架结构的动态作用进行分析。以静态受力分析的方式来对塔架结构的动态作用进行分析和模拟,计算塔架所能够承受的最大载荷以及其结构受力的最不利的状态。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究意义
• 1.3 海上风力机研究发展现状
• 1.3.1 海上风力发电场
• 1.3.2 国外海上风机研究现状
• 1.3.3 国内海上风机研究现状
• 1.4 本文工作的要点
• 第2章 风机叶片位置角及风力机朝向角优化
• 2.1 坐标系的定义
• 2.1.1 轮毂坐标系
• 2.1.2 塔架坐标系
• 2.1.3 船舶坐标系
• 2.2 风载荷分析及动载荷系数分离
• 2.2.1 风力机和塔架的动载荷
• 2.2.2 风力机和塔架的静载荷
• 2.3 位置角及朝向角优化
• 2.3.1 叶片最佳位置角
• 2.3.2 风力机最佳朝向角
• 2.4 本章小结
• 第3章 驳船压载方案设计
• 3.1 重量、重心、转动惯量计算
• 3.1.1 压载方案设计
• 3.1.2 各部分重量、重心计算方法
• 3.1.3 各部分转动惯量计算方法
• 3.1.4 五种压载方案重量、重心及转动惯量的计算结果
• 3.2 稳性校核
• 3.3 本章小结
• 第4章 驳船在波浪中运动响应分析
• 4.1 波浪谱
• 4.2 规范要求
• 4.3 驳船在规则波中运动响应
• 4.3.1 SESAM软件简介
• 4.3.2 规则波中的横摇响应试验
• 4.3.3 规则波中六自由度运动响应SESAM计算结果
• 4.3.4 SESAM计算结果和试验结果比较
• 4.4 驳船在非规则波中的运动响应
• 4.4.1 非规则波中的运动响应计算方法
• 4.4.2 确定最优压载方案
• 4.5 驳船运动响应的航向极值
• 4.6 本章小结
• 第5章 风力机塔架结构强度的有限元分析
• 5.1 塔架的受力分析
• 5.2 塔架结构的有限元分析
• 5.2.1 有限元分析模型
• 5.2.2 模型静力分析
• 5.2.3 风载荷作用下的塔架结构响应分析
• 5.3 塔架结构的动态分析
• 5.3.1 动态分析方法
• 5.3.2 多自由度动态响应计算
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 附录A 驳船运动响应计算的原理与方法