风电运维船与风机塔基耦合水动力响应分析研究

海上风电运维船通常采用船首顶靠海上风机塔基靠船桩的方式来保证风机维护人员的安全登塔,因此对其在相应海况条件下的纵摇、升沉等水动力响应进行分析研究很有必要。本文采用Fine/Marine和AQWA软件,对某运维船在实际海况条件下的耦合水动力响应进行分析研究,从而为风电维护人员的安全登离以及辅助登离设备的研发提供参考。     

两种艏型维护船顶靠塔基耦合水动力性能研究

为了保证维护船维护工作的正常进行,确保在复杂海况时维护人员的安全,维护船一般采用船首顶靠海上风机基础靠船桩的方式来支持维护人员登上海上风机进行维护工作。文章利用CFD数值仿真软件FINE/Marine得到风、流力系数及粘性阻尼系数,针对两种不同的船首型式,运用水动力分析软件AQWA,考虑随机波浪载荷及风、流载荷的共同作用,进行数值仿真模拟分析,计算在不同的波高和浪向角下维护船的运动响应。对比两种船首型式维护船的升沉和横摇响应结果发现,A型船首(平头局部外凸型)优于B型船首(平头型),从而为维护船的艏型开发、维护船登靠方式、靠船桩布置方位设计提供参考,并为海上运维作业提供安全预报。     

两种艏型维护船顶靠塔基耦合水动力性能研究

为了保证维护船维护工作的正常进行，确保在复杂海况时维护人员的安全，维护船一般采用船首顶靠海上风机基础靠船桩的方式来支持维护人员登上海上风机进行维护工作。文章利用CFD数值仿真软件FINE/Marine得到风、流力系数及粘性阻尼系数，针对两种不同的船首型式，运用水动力分析软件AQWA，考虑随机波浪载荷及风、流载荷的共同作用，进行数值仿真模拟分析，计算在不同的波高和浪向角下维护船的运动响应，[补充一点研究结论，英文也作相应补充]对比两种船首型式的维护船的升沉和横摇响应结果，A型（平头局部外凸型）船首优于B型（平头型）船首，从而为维护船的艏型开发、维护船登靠方式、靠船桩布置方位设计提供参考，并为海上运维作业提供安全预报。     

海上人员传送技术及维修船运动响应研究

随着众多大型风场陆续建成,海上风场维护问题日益突出。海上风场多选址于强风浅水海域,恶劣的海况导致维修船运动剧烈,维修人员登陆十分困难。目前国外已有研究单位针对海上风场的人员登陆问题开展研究,开发登陆船或登陆系统,旨在确保维修人员安全登陆风机。而我国关于此方面的研究几乎空白。基于此情况,文章对已有登陆系统进行了归纳总结,并通过多体水动力的算例探究登陆风机时维修船的运动规律。通过文中的研究,可以得到结论:(1)有义波高仍是限制登陆系统工作和维修人员登陆的主要因素,其决定了海上维修的有效期窗口,我们国家有必要开发新技术和新系统来保证人员登陆风机。(2)不同波浪谱对维修船运动响应的影响不可忽视,在实际工程中有必要根据海上风场的实际海况,选择合适的双峰谱来预报维修船的运动响应。(3)风机桩基础的存在与否对维修船的耐波性有影响,需要在水动力分析中考虑;但当二者间的相对距离在若干米内时,耐波性受此距离影响不大。     

近海风电设备安装船波浪载荷预报

本文以自航自升式近海风电设备安装船为研究对象,基于其特殊的船体外形建立不同装载工况下的水动力模型,应用水动力分析软件AQWA计算船舶典型横剖面处的波浪载荷幅值响应算子,在此基础上分析目标海况下指定概率水平的弯矩和剪力的长期统计值,为近海风电设备安装船结构设计和强度校核提供外部载荷。     

海上风电服务船的技术发展

服务于海上风电场的相关船型主要有两种,即风机安装船和风电支援船。前者主要负责海上风机的安装作业,船型较大,后者则是进行人员及物资运输的小型船艇。海上风电目前发展的主要趋势有两点:离岸越来越远,功率越来越大。这就意味着水越来越深,海况也越来越差,这对风机安装船和支援船的作业均带来了困扰,风机基座也需要随之改变,如由单腿变为三     

不同风电运维船登乘作业窗口期的计算及分析

小型单体和双体风电运维船通常采用船首顶靠风机基础的方式进行登乘作业,而大型专业运维船一般通过补偿步桥进行登乘。不同登乘作业方式的窗口期均与运维船的耐波性能密切相关。基于船舶耐波性理论,对不同类型风电运维船在典型海域登乘作业的全年及各月份耐波性窗口期进行了计算分析。结果显示大型专业运维船登乘作业窗口期最长,小型双体运维船次之。该研究可为风电运维船登乘作业窗口期分析和风电场运维方案制定提供一定的参考。     

小水线面双体船砰击概率

为得到不同海况对小水线面双体船砰击概率的影响,基于势流理论中的Rankine面源法对该船的波浪砰击进行研究。通过挪威船级社(Det Norske Veritas,DNV)水动力软件SESAM的Wasim模块,预报该船在不同速度、不同海况下的短期运动响应,获得不同海况、不同速度下该船湿甲板的波浪砰击压力。研究7种海况下的不同吃水对砰击概率的影响,结果表明:该船的运动响应均随着航速的增加和海况的恶劣而增大;与航速相比,海况对双体船的运动响应影响较大。预报点离艏部越近,相对速度和相对运动值越大;该船的砰击概率随着海况的恶劣而增大,但当吃水增加时,砰击概率会减小。     

海上三体风电运维船阻力和运动性能综合研究

结合海上风电运维船的使用要求和三体船型特点,确定小型高速三体风电运维船船型,并寻求特定海况下阻力性能和运动性能优异的侧体布局方案。基于CFD计算静水阻力和规则波中迎浪增阻与运动响应,并预报不规则波中运动有义值和阻力值。通过比较表明,主、侧体艉部对齐时三体运维船的综合性能最优。从而为海上三体风电运维船的设计和性能预报提供参考。     

风电安装船运动响应分析及模型试验研究

为了分析风电安装船在实际海况下的运动响应及阻力性能,基于三维势流理论,本文对风电安装船进行频域和时域运动响应数值分析,并开展风电安装船模型试验,对航行阻力、幅频响应函数和在位运动响应进行试验研究。通过试验得到风电安装船在航速13 kn时阻力为899 k N,RAO响应曲线和不规则波中的运动幅值验证了数值计算的准确性。研究结果表明风电安装船在十年一遇的北大西洋海况中运动幅值较大,不宜进行安装作业。     

海上风电场维护船船型方案研究及双体阻力性能数值分析

风能是一种清洁的可再生资源,与传统的燃煤发电相比,风力发电没有二氧化碳等一些有害气体的排放,是理想的绿色能源,其开发利用受到各国的重视。随着海上风电场的日益发展,维护问题也随之而来。海上风电场维护船是维护人员进行维护必不可少的交通工具,本文根据中国典型的海上风电塔基型式,结合风电场实际使用需要和运营条件,对双体风电维护船功能进行了分析,通过对不同的双体船型方案进行数值仿真分析,得到性能良好的双体船行方案,为中国海上风电场建造维护船船型选择奠定了一定的基础。     

Dynamic responses analysis of a 5 MW spar-type floating wind turbine under accidental ship-impact scenario

Ship impact against offshore floating wind turbine (OFWT) has been identified as one of the major hazards with the development of OFWTs. The dynamic responses of OFWTs under ship impact should be taken into consideration during the design phase. This paper addresses a study on the dynamic responses of an OFWT in ship collision scenarios. Firstly, a mathematical model for external mechanism of ship-OFWT collision scenario is developed. Secondly, this model is combined with an in-house programme, DARwind, which can be used to predict nonlinear dynamic responses of whole OFWT system in time-domain. With the newly combined analysis tool, simulation cases for different scenarios are conducted to investigate the nonlinear dynamic responses of OFWT system, including the cases of still water condition, wave-only condition and wind-wave condition. It is shown that in still water condition, the ship impact will more obviously change the responses of motions and mooring system, compared with those in wave and wave-wind conditions. In the wave-only condition, these motions responses of platform are suppressed by wave effect, but the tower vibration and tower top deformation are sensitive to ship collision. For the wave-wind combined condition, the motions increment in surge and pitch due to ship collision becomes smaller than that of wave-only condition, but yaw motion has a considerable variation compared with those of the other two conditions. Additionally, the blade tip deformation increment due to ship collision are analyzed and it is found that the edgewise tip deformation got more obvious increment than that of flapwise. To further asses the safety of OFWT, the acceleration at nacelle are analyzed because some equipment might be sensitive to acceleration. The analysis results indicate that even though the OFWT structure doesn't get critical damage by ship impact, the equipment inside may still fail to work due to the high value of acceleration induced by ship impact. The research outcomes can benefit the safety design of OFWT in the engineering practice.     

基于规范载荷的舰船设计海况等级确定方法

针对军用规范载荷难以给出舰船设计海况等级的问题,本文通过三维时域非线性水弹性理论分析了舰船在典型航速、不同海况下的波浪载荷极值与规范载荷之间的对应关系,进而提出了一种明确舰船设计海况等级的方法。以某型舰船为例,基于该方法确定了该型舰船的设计海况等级。研究成果表明：该方法可有效明确舰船规范载荷对应下的设计海况等级,在一定程度上为舰船的安全使用提供参考。     

深海工程船锚泊仿真系统研究

为了实现工程船定位和控位快速模拟仿真,本文以45000DWT海洋工程船为例,采用均匀设计试验方法,确定深海船舶工作不同的工况组合,基于Ansys-Aqwa软件对工程船深海锚泊动态响应进行仿真分析,对仿真结果进行回归处理,得到船舶位移和锚索张力与锚索长度、风浪流环境载荷变化的数学响应模型,再对位移数学响应模型进行求反函数处理,获取船舶控位调整锚索长度的方法,为深海锚泊软件仿真系统提供模型支撑。     

自升式风电安装船桩腿强度分析和优化

近年来,随着国内海上风电行业的蓬勃发展,市场对自升式风电安装船的需求日益迫切。桩腿是影响自升式风电安装船作业安全性的关键环节,桩腿设计也是自升式风电安装船的关键技术难点之一;而海上风电场的选址逐渐向离岸更远、水深更大的方向发展,客观上也对桩腿适应更恶劣海况条件的能力提出了更高要求。本文结合近年来多型自升式风电安装船桩腿设计经验,分析研究了桩腿总强度计算和优化的过程,及其与海况环境、作业条件、可变载荷等参数之间的相关性,为自升式风电安装船的桩腿设计提供了有效方法。     

远海自升式风电一体化运输与安装探讨

由于远海域自然环境更为恶劣,作业窗口期更短。充分利用窗口期,提高施工效率是风机安装施工的关键。通过调研和分析国内外风机运输和安装技术现状,以1 200 t自升式风电安装船和西门子4 MW机型为研究对象,提出利用自升式平台船垂直运输塔筒、水平叠加运输叶片的运输安装一体化技术,可减少涌浪对传统工艺中运输驳船的限制,提高窗口期的利用效率,提高施工工效,适用于远海风电场的建设。     

研制船用单臂回转型小艇收放装置的关键技术

由于传统的小艇收放装置性能不能满足高海况下安全收放的需要,使得安全事故频发,所以国际救生设备规则修正案提出了新的要求。根据这些最新要求,采用船舶运动补偿等技术,设计相应的辅助机构,使某型单臂回转型小艇收放装置具有减摆、波浪补偿、减震缓冲等功能,可以保证在四级海况下安全、可靠、快速进行小艇的释放和回收操作。     

基于船舶运动信息的航行海域海浪特性预报

以船舶自身为波浪测量仪,致力于采集方便而又尽可能少的船舶运动信号以提取航行海域实时海浪特性.由于估计中不依赖原始理论计算的传递函数,不需要附带波浪采集装置,而仅利用航行中船舶运动的观测序列完成海浪谱反演,故该海浪测量方法可适应船舶自身运动参数的变化.另一方面,由于反演估计的船舶运动频率响应特性,与事先计算或以其它实验方法得到的船舶运动频率响应特性得以比较,可以深化、修正对许多不易实时测量的海浪激励状态与船舶运动响应关系的认识,并积累船舶工程研究设计所必需的相关海域海浪谱信息.     

SWATH船运动中断分析和减横摇控制器设计

针对SWATH船实航时产生的水平筛动问题,研究由横荡、横摇和艏摇的耦合运动产生的船舶运动中断(MII),提出设计SWATH船稳定鳍减横摇控制器,减小MII。通过理论分析MII产生原因和SWATH船稳定鳍工作时产生减摇作用的力和力矩特性,验证利用稳定鳍减小SWATH船横摇运动,抑制MII的可行性。在保证SWATH船升沉和纵摇运动的基础上,设计稳定鳍减横摇控制器,减小SWATH船横摇。仿真结果表明,控制器使SWATH具有良好的纵向运动性能,有效减小了横摇运动,抑制MII。     

船舶典型结构焊接残余应力的有限元分析

在船舶建造中,会有大量的纵骨对接焊缝,存在复杂的焊接残余应力,对结构的极限强度及疲劳寿命有一定影响。该文运用有限元软件ANSYS的APDL语言编写出相应的计算程序,对平板对接焊进行数值模拟,并与试验值进行对比分析。在此基础上,对船舶典型纵骨对接焊进行数值模拟分析,得到相应的残余应力的分布规律。