锚栓组件在10 MW海上风机基础的应用

为满足10MW海上风机全生命周期内稳定运行,从风机基础锚栓笼锚栓组件结构设计、技术要求、防腐性能和施工安装等方面进行综合考虑,采用减小应力集中的圆弧螺纹结构锚栓,提高产品承载和疲劳性能,复合型防腐和大螺距易于组装的锚栓组件,为海上风机全生命周期内的运行提供根本保障。锚栓组件首次在该10MW海上风电样机的成功应用,为锚栓组件在海上风机基础的应用奠定了良好的基础。     

圆弧螺纹连接强度研究

应用于预应力风机基础的圆弧螺纹相比普通螺纹,能有效降低应力集中,避免高强度材料在加工螺纹后易出现的低应力脆断现象。文章以第七一三研究所研制的MGA系列圆弧螺纹为例,针对锚杆和螺母组成的连接副,选择不同的公差配合组合,分别采用仿真计算和试验验证的方法,研究圆弧螺纹的承载特性和连接强度,为圆弧螺纹公差设计和生产制造提供技术支撑。     

海上风机叶根螺栓瞬态应力分析与可靠性优化

大兆瓦海上风电机组叶根螺栓螺纹副预紧载荷分布非均匀行为是诱发螺栓在高预紧状态下预紧力早期衰退的最主要原因之一。结合海上风机叶根螺栓的预紧工艺,文章从螺纹副载荷非均匀分布行为入手,提出了一种基于螺纹副载荷分布计算的螺纹参数匹配与连接工艺优化方法。首先,构建了参数驱动的螺纹副精细化有限元瞬态动力学模型,并对螺纹牙型角、螺距等特征进行了参数化建模,计算了采用拉伸法工艺预紧叶根螺栓过程中标准螺纹副受载历程与载荷分布状态;然后,搭建了基于拉伸法工艺预紧螺栓的试验系统,以螺栓预紧力瞬时衰减值为判据验证了螺纹副载荷分布行为有限元计算模型的有效性与精度。最后,以某型10 MW级风电机组用M36高强度螺栓为工程应用对象,基于叶根螺栓拉伸法预紧工艺下螺纹副载荷分布对其螺纹特征进行了参数化适配设计。结果表明：采用本文提出的方法,有效控制了拉伸法预紧螺栓过程中的预紧力损失,降低了螺牙的最大结构应力的同时改善了螺纹副的应力分布,有利于提高风电机组的运行可靠性。     

海上风机半潜型浮式基础结构设计及整体强度分析

综合考虑海洋环境载荷及气动载荷,探讨了半潜型浮式基础结构设计及整体强度分析方法。针对一座安装在120m水深海域的5MW海上风机,参考海洋结构设计的有关规范,设计了由三立柱、斜撑、水平撑等构件组成的浮式基础。应用SESAM软件,建立了风电浮式基础整体有限元模型;根据莫里森公式和势流理论分别计算构件及立柱的水动力载荷,并运用叶素理论计算风机叶片的空气动力载荷;综合施加水动力载荷及叶片气动载荷,计算浮式基础结构的应力分布和变形分布。根据ABS规范,综合考虑构件压应力和弯曲应力,校核了构件的压-弯强度。计算分析结果表明,连接塔柱与立柱斜撑的两端部位应力较大,属于结构的危险部位。     

预应力锚杆疲劳寿命研究

预应力锚杆为预应力风机基础的重要承力构件,承受不间断的数十万次的往复拉伸载荷,锚杆不仅要满足在风机基础不同荷载工况下的强度要求,也要满足风机基础疲劳载荷的要求。文章以某型预应力锚杆为例,测定锚杆材料的疲劳S-N曲线,计算材料的疲劳极限,同时分析锚杆实际工作载荷,对锚杆产品组成的螺纹连接副进行了疲劳试验,为锚杆的疲劳寿命设计提供了数据支撑。     

海上大型风电机组栓接连接件防松性能及防松措施

随着海上大型风力发电机组技术的升级，对各结构的刚度与稳定性提出了更高的要求，相关的栓接结构连接件能否在振动载荷中保证不松动并稳定服役对风电机组的稳定运行起到了关键作用。文章针对圆弧螺纹及三角螺纹连接件的松动机理、有限元仿真计算对比和试验对比，对栓接连接件的松动及防松工作进行了深入研究，揭示了螺纹结构、预紧力、横向位移、接触面摩擦力等不同影响因素对栓接连接件松动的影响趋势，以供本领域相关人员参考。     

海上风机基础选择策略

为了承受海上的强风载荷、海水腐蚀和波浪冲击等,海上风电机组的基础远比陆上的结构复杂、技术难度高、建设成本高。风机基础的选择主要取决于水深和海底地质条件两个因素,也和风机安装方法有一定关系。除基础与风机一体安装法之外,基础的安装是风机安装过程中单独的一个环节,并且对风机塔架的安装有影响。各国对风电场基础的分类不尽相同。目前讨论较广泛的有五大类,分别是重力式基础、单桩式基础、导管架式和三支柱式基础、沉箱式基础以及浮式基础,其中前两种实际应用比较广泛。     

长甲板室端部应力集中分析及优选设计研究

针对长甲板室纵向围壁端部与主船体露天甲板交界处的应力集中问题,采用结构有限元数值分析方法,探讨在空间布置受到限制的条件下,应力集中交界处圆弧型肘板臂长、圆弧半径等参数变化对应力分布和大小的影响,并得到降低应力集中系数的圆弧型肘板参数的最佳值。文中根据研究结果,对某艘实船的长甲板室纵向围壁端部与主船体露天甲板交界处圆弧型肘板进行优选设计,有效地降低了该处的应力集中水平。     

长甲板室端部应力集中分析及优选设计研究

针对长甲板室纵向围壁端部与主船体露天甲板交界处的应力集中问题,采用结构有限元数值分析方法,探讨在空间布置受到限制的条件下,应力集中交界处圆弧型肘板臂长、圆弧半径等参数变化对应力分布和大小的影响,并得到降低应力集中系数的圆弧型肘板参数的最佳值。文中根据研究结果,对某艘实船的长甲板室纵向围壁端部与主船体露天甲板交界处圆弧型肘板进行优选设计,有效地降低了该处的应力集中水平。     

冰致海上风电基础结构稳态振动分析

为了明确海上风电基础结构稳态振动发生的条件,根据原型结构用ANSYS软件建立有限元模型,利用经验公式对海上风机基础结构发生稳态振动的冰况进行理论计算;采用具有黏结-破碎功能的离散元方法对不同冰况下的冰与海上风机基础结构相互作用进行数值模拟,得到不同冰况下结构振动模式;依据渤海海域冰厚冰速分布概率经验公式,得到海上风电基础结构可能会出现稳态振动的概率。结果表明,在满足一定条件的冰况下,海上风电基础结构可能会发生稳态振动和出现频率锁定现象,但发生的概率很小。     

海上风机吸力式桶形基础竖向承载力特性研究

吸力式桶形基础作为一种新型的海上风机基础,正逐渐以单桶或者多桶组合形式被应用于海上风机支撑基础设计中。然而目前对应用于海上风机基础的桶形基础的极限承载力的研究仍存在研究不全面和结果不统一的问题。本文以宽浅型单桶基础为例,采用有限元软件Abaqus对海上风机吸力式桶形基础在饱和黏土地基中的竖向承载特性进行三维有限元分析。考虑桶土接触面分离条件对极限承载力和土体破坏模式的影响,并且对桶形基础长径比、土体的有效重度以及土体不排水抗剪强度分布对桶形基础竖向极限承载特性的影响进行分析。研究成果可以为海上风机吸力式桶形基础设计提供参考。     

海上风机吸力式桶形基础竖向承载力特性研究

吸力式桶形基础作为一种新型的海上风机基础,正逐渐以单桶或者多桶组合形式被应用于海上风机支撑基础设计中。然而目前对应用于海上风机基础的桶形基础的极限承载力的研究仍存在研究不全面和结果不统一的问题。本文以宽浅型单桶基础为例,采用有限元软件Abaqus对海上风机吸力式桶形基础在饱和黏土地基中的竖向承载特性进行三维有限元分析。考虑桶土接触面分离条件对极限承载力和土体破坏模式的影响,并且对桶形基础长径比、土体的有效重度以及土体不排水抗剪强度分布对桶形基础竖向极限承载特性的影响进行分析。研究成果可以为海上风机吸力式桶形基础设计提供参考。     

海上风力发电机组支撑结构动力响应特性研究

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荷,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上的海流、海浪载荷,并采用非线性弹簧来模拟基础与海底土层之间的相互作用。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,分析了环境载荷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计算时,环境载荷之间的相互耦合作用不能忽略。     

自航自升式风电安装船总体设计研究

自航自升式风电安装船是一艘具备8MW及以下海上风机基础的打桩施工、塔筒吊装和风机安装能力,航区满足国际调遣的动力定位特种工程船舶。本文回顾了风电安装船的发展历程,说明了自航自升式风电安装船的基本概况,论证了作业水深、起重能力、可变载荷和定位方式等船型参数。重点研究了阻力试验结果,自航平台船员舱室问题,桩靴轻量化设计,谐波治理和连续式升降系统选型等设计要点,为同类船型开发提供参考。     

轴肩过渡曲线设计及应力集中分析

分析单曲率圆弧、双曲率圆弧、三曲率圆弧、椭圆和流线形等多种轴肩过渡曲线的设计方法,利用有限元软件Abaqus对这些曲线进行建模分析。对于单曲率圆弧,应力集中系数和应力集中角度随着过渡半径的增大而减小,但是应力集中系数减小的效果并不十分明显。流线形过渡曲线基本消除了应力集中,其应力集中系数仅为1.004。双曲率圆弧、三曲率圆弧和椭圆过渡曲线也都将应力集中系数降低到1.05以下,适于实际工程应用。     

轴肩过渡曲线设计及应力集中分析

分析单曲率圆弧、双曲率圆弧、三曲率圆弧、椭圆和流线形等多种轴肩过渡曲线的设计方法,利用有限元软件Abaqus对这些曲线进行建模分析.对于单曲率圆弧,应力集中系数和应力集中角度随着过渡半径的增大而减小,但是应力集中系数减小的效果并不十分明显.流线形过渡曲线基本消除了应力集中,其应力集中系数仅为1.004.双曲率圆弧、三曲率圆弧和椭圆过渡曲线也都将应力集中系数降低到1.05以下,适于实际工程应用.     

海上风电风机基础结构形式及安装技术

本文结合具体工程实例,介绍了海上风电风机基础结构形式,详细阐述了施工方案和施工作业流程,包括稳桩平台安装、基础桩起吊入稳桩平台、沉桩等内容,并提出了桩内填芯混凝土浇筑措施,以提高海上风电风机基础的安装质量和运行效率,确保海上风电工程整体施工质量,推动海上风电的可持续发展。     

基于多因素耦合的超大型风电安装船设计参数有限元计算与实船参数验证

针对超大型深水海上风机安装平台受到海洋等环境载荷的作用出现应力集中、应力周期性变化等特性,进而导致海上风机安装平台强度失效的问题,需要研究超大型深水海上风机安装平台结构强度各项参数有限元法优化设计方法。提出耦合5因素正交优化的有限元法分析方法,解析自升状态下的船位置点位移与时间变化的关系和结构中薄弱点应力与时间变化,并利用多因素耦合多因素正交优化方法优化超大型风安装船全船结构设计获取参数值,与超大型自升式风电安装船的实际参数进行对比。计算结果表明,参数优化后的自升式风机安装平台作业位置点的位移随时间变化程度和结构弱点的应力时程变化得到改善。研究提出的方法,对于造价昂贵、建造周期长的超大型海上风机安装平台而言,可以有效减少成本,提高船体寿命。     

风电安装船风暴自存下总体性能分析研究

随着海上风电的快速发展,风电安装船作为建设海上风电场的关键设备得到了广泛应用,由于其工作于恶劣的海洋环境中,保证其安全尤为重要。本文针对一自升式风电安装船,探讨了其在风暴自存下的载荷种类和计算方法,应用ANSYS软件建立了整体结构的有限元模型,通过施加相应的边界条件和外载荷,对其总体性能包括全船结构强度、锁紧结构承载性能、预压载性能、抗倾稳性及桩靴承载性能进行了分析。分析结果表明,风电安装船在风暴自存工况下总体性能满足使用要求。论文研究成果可为同类船型的设计分析提供参考。     

浪流作用下吸力式桶形基础的承载力研究

吸力式桶形基础作为是一种应用于海上风机的新型基础形式,具有施工速度快、可重复利用和费用经济等优点,被广泛应用于海洋平台和海上风电等结构的基础中。实际海洋环境中,在波浪、海流的耦合作用下会在基础周围产生冲刷,减少基础有效入土深度,将影响其承载特性。结合室内模型试验,通过建立波流作用下吸力桶-土精细化数值分析模型,对波浪和冲刷作用下吸力式基础的承载特性进行分析。研究表明:随着波浪荷载的增大,吸力式桶形基础的承载性状由循环稳定转变为循环失稳,相同波浪荷载下,冲刷会造成基础桶顶位移量显著增大;随着冲刷深度的增加,吸力式桶形基承载能力整体呈下降趋势。