大型海上风电机组整机涡激仿真

随着海上风电机组朝着大型化发展,塔筒高度和叶片长度都显著增加,并且海洋风比陆地风的湍流度更小,这些因素使得大型海上风电机组在吊装或停机状态下频繁出现涡激振动现象。涡激振动增大了风电机组发生强度失效以及疲劳寿命降低的风险。为研究大型海上风电机组整机涡激振动的机理,文章采用仿真方法对某大型海上机组实际发生的涡激振动现象进行复现和分析：首先对风电机组进行流场分析,然后提取流场分析得到的时序载荷,施加到风电机组有限元模型上,进行瞬态分析,从而实现流固耦合仿真。仿真结果表明：风电机组的涡激振动是一种流固耦合现象,主要原因是,在特定风况条件下,气流在塔筒和叶片的壁面处形成周期性脱落的漩涡,对壁面产生周期性的反向载荷。当载荷频率与机组振动的固有频率接近时,使机组发生共振。文章通过仿真方法揭示了大型海上风电机组发生涡激振动的机理,对提出风电机组涡激振动防治策略具有参考意义。     

风切变对风电机组塔筒定制化载荷特性影响

塔筒定制化过程中,塔底合弯矩极限载荷和塔底俯仰弯矩疲劳等效载荷是塔筒定制化设计的主要载荷。影响塔筒定制化设计主要载荷的因素有很多,本研究分析风切变幂指数对风电机组塔筒定制化载荷特性的影响,并以当前主流机型6.XMW风电机组,运用当前主流仿真软件GH Bladed软件,对于相同外部条件不同风切变幂指数下的风电机组塔筒定制化载荷仿真计算,计算分析出不同风切变幂指数对于风电机组塔筒定制化塔底合弯矩极限载荷和塔底俯仰弯矩疲劳等效载荷的特性影响规律并运用至风电机组塔筒定制化中去。     

冰载荷下柴油机推进轴系扭振的数值方法研究

本文研究出一种可用于计算冰载荷下柴油机推进轴系扭振的数值方法。先介绍了轴系扭振Newmark时域计算方法理论,针对一个多用途船的柴油机推进轴系,应用该计算方法,对柴油机稳定运行工况下的瞬态扭振进行仿真计算,将时域与频域计算结果进行对比,验证了该数值方法的可应用性;同时,在考虑柴油机调速器的情况下,利用刚性轴模型推导出相关激励载荷,并结合上述时域方法计算了额定转速时冰载荷下轴系的扭振响应,得到了轴系的最大响应幅值,并与无冰载荷冲击下的结果进行对比分析。     

冰载荷冲击下的船舶推进轴系瞬态扭转振动响应分析

传统的推进轴系扭转振动响应计算聚焦于稳态响应,而传递矩阵法、系统矩阵法,可以取得满意的稳态计算结果,但无法处理冰区船舶、海洋工程船舶所遇到的变载荷、变惯量等瞬态工况。为了克服频域扭振计算方法在处理瞬态条件扭振问题的局限性,使用 Newmark 法从时域求解轴系扭转振动微分方程组,基于该算法对某船推进轴系在冰载荷作用下的瞬态响应做了数值计算。其结果表明,在冰载荷冲击下,轴系瞬态扭矩比稳态扭矩大;通过时频分析,在冰载荷作用期间,出现了明显的螺旋桨叶频激励,因此须避免冰载荷激励产生轴系扭转振动的叶次共振。 Newmark 法扭振计算结果与实船测试结果对比表明,该方法在稳态响应计算和时域曲线上都与实际测量结果基本一致,具有工程实用性。     

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。     

Spar基础浮式风机系泊系统全耦合分析

本文以OC3 Hywind Spar基础浮式风机为研究对象,采用先进的空气动力-水动力耦合时域分析方法,针对其在中国南海某海域风浪流共同作用下,系泊系统、浮式基础运动以及风机与塔桶载荷响应进行分析。对比了定常风与湍流风模型对浮式风机系泊系统、整体运动响应以及风机载荷的影响。计算结果表明：相比于湍流风,采用定常风进行浮式风机系泊系统分析将得到偏于危险的结果,同时浮式风机运动响应与风机载荷结果偏小。本文建议在系泊系统初始设计阶段采用定常风方法进行设计,在系泊分析阶段采用湍流风进行分析,以保证浮式风机长期服役安全。     

冰区加强船冰载荷仿真计算与轴系设计

根据船舶的冰级符号与母型船的原始设计,进行极限冰载荷计算并确定轴系直径,然后在频域内进行扭振计算,满足稳态扭振要求;在此基础上,进行瞬态扭振计算,得到时域内的轴系响应扭矩,对相关参数进行校核。     

冰区加强船冰载荷计算与轴系设计

根据船舶入级的冰级符号以及母型船的原始设计,进行了极限冰载荷计算并确定了轴系直径,通过频域内的扭振计算,校核了轴系的稳态扭振要求。在此基础上,进行了时域内的瞬态扭振计算,基于时域响应扭矩,对相关参数进行了校核。     

漂浮式海上风电塔新型基础设计

结合不倒翁不易倾覆的原理,提出半球壳形式的漂浮式基础,采用数值模拟验证新型基础形式的可行性与结构的整体稳定性,借助Morison理论和线性波理论构建波浪载荷模型,考虑风电塔结构在不同波浪载荷模型下的运行工况,得到风电塔结构在不同工况下的响应规律。结果表明,使用该种新型基础的海上风电塔结构在微浪、轻浪,以及中浪载荷下具有很好的稳定性;在巨浪载荷作用下,漂浮式风电塔结构发生较大幅度晃动,但不会发生倾覆,满足漂浮式海上风电塔安全稳定性要求。     

海上风电机组载荷测试及仿真一致性验证

随着海上风电机组向大型化趋势发展,风电机组降本及优化设计成为整机厂家尤为关注的话题。从测试和仿真的角度出发,对某海上风电机组不同风速下的叶根、塔顶、塔底载荷进行了测试和仿真,对统计值和疲劳载荷进行了对比分析,结果表明其测试与仿真结果具备良好的一致性,误差在10%以内,满足工程需要。载荷对比的一致性充分验证了该风电机组设计模型的正确性,不仅可为机组降本提供思路,也可为今后海上机组设计提供技术指导。