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。     

Spar基础浮式风机系泊系统全耦合分析

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,对其在中国南海某海域风浪流共同作用下的系泊系统、浮式基础运动以及风机和塔架载荷响应进行分析,对比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,并且,浮式风机运动响应与风机载荷结果偏小。因此,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,以保证浮式风机的长期服役安全。     

南海风浪条件下Spar式浮式风机平台的构型及参数

使用WAMIT软件建立OC3-Hywind Spar式浮式风机模型,联合FAST软件计算浮式风机在不同工况下的幅值响应算子;结合为南海海域波浪条件优化后的JONSWAP谱,对浮式风机进行不同工况下的响应谱分析及最大响应值计算,进一步阐述浮式平台结构构型参数的变化对整体结构在南海相应工况下的运动影响。     

半潜式钻井平台风载荷CFD预报

在平台设计过程中,海洋平台受到的风载荷是稳性分析与结构设计需要考虑的重要因素。本文采用CFD技术,对某型半潜式钻井平台在作业工况下受到的风载荷进行了预报,分析了湍流模型、风速剖面形式、湍流强度分布等因素对半潜式钻井平台风载荷的影响。结果表明：不同湍流模型对海洋平台风载荷的预报偏差在2%以内,可以忽略湍流模型的影响;风速剖面对风载荷有较大影响,随着风速梯度的增加而增大;湍流强度分布对海洋平台风载荷的影响在6%以内。研究结论可为建立高精度的海洋平台风载荷数值预报方法提供技术支持。     

南海风浪条件下Spar式浮式风机平台的构型及参数

使用WAMIT软件建立了OC3-Hywind Spar式浮式风机模型,联合FAST软件计算了浮式风机在不同工况下的幅值响应算子;结合为南海海域波浪条件优化后的JONSWAP谱,对浮式风机进行了不同工况下的响应谱分析及最大响应值计算;进一步阐述了浮式平台结构构型参数的变化对整体结构在南海相应工况下的运动影响。     

风浪联合作用下海上TLP浮式风机动态响应分析

为分析风浪联合作用下海上TLP浮式风机动态特性,采用叶素动量理论,建立了考虑平台运动的风荷载计算程序,并用FAST进行验证。通过AQWA二次开发实时调用耦合平台运动的风荷载计算程序进行海上TLP浮式风机全耦合动态响应分析,研究了风、浪作用下TLP浮式风机平台及张力筋腱响应特性。结果表明,平台运动致使风荷载波动幅度增大,风荷载幅值在波频处出现峰值,分析中需考虑平台运动与风速之间的耦合效应;正常工况下风荷载使得TLP浮式风机运动响应幅值在低频处的数量级明显增大,整体分析中需详细计算风荷载的影响。     

新型浮式平台波浪载荷分析与结构强度评估

为优化浮式平台结构型式，确定波浪载荷分析方法及特征载荷选取，并应用于新型浮式平台的波浪载荷分析与结构强度评估。结果表明，型式优化的平台运动特征载荷响应幅值算子（Response Amplitude Operator，RAO）可有效避开作业海域的极端海况，为海洋结构物的型式设计、波浪载荷计算与结构强度评估提供参考。     

Spar型海上浮式风机极端载荷预报

在风机极限强度校核问题中,通常采用传统的直接积分法外推求解构件所受的极端载荷。由于传统算法本身的缺陷,在求解海上风机时所需仿真数量急剧增加,给外推造成了困难。为了减少所需的仿真数据,引入反向一阶可靠度方法求解风机极限载荷。将其二维形式环境等值线法与1维最优化方法二分法结合起来,形成一种新的搜索算法。以某Spar型海上浮式风机为例,对其长期载荷进行求解,获得了叶片根部面外弯矩和塔筒基底首尾弯矩分别在1年和20年重现周期下的极端载荷。为了验证计算的准确性,采用计算量更大的直接积分法获取了这2项载荷的长期分布。发现计算结果与超越概率曲线具有较好的吻合度,由此体现出该方法在求解风机特定极限载荷时,不仅具有计算成本的优势同时也有较高的可靠性,为快速求解风机极限载荷提供了一种参考。     

岛礁波浪环境下浮式结构物的动响应预报

中国南海海洋岛礁往往都环绕着宽度数百到数千米、水深很浅的珊瑚礁盘,这些礁盘不仅具有丰富的渔业和旅游资源,而且发挥着消波、护岛的重要作用。为开发海洋资源,可以在岛礁附近布设各种浮体结构物,作为海洋开发、渔业生产、环境旅游等综合保障基地。对于岛礁附近的浮式结构物,其动响应特征必将受到周围复杂的近岛礁海洋环境的影响。文章采用缓坡方程考虑近岛礁波浪环境影响,以半潜式平台为研究对象,开创性地提出了一种工程简化计算方法,用于预报岛礁附近浮式结构物在波浪中的运动与载荷响应,为后续岛礁中型浮体的设计和安全性评估提供了分析手段。     

浅吃水单柱式浮式风机动力学特性仿真研究

本文采用FAST软件对一种浅吃水单柱式浮式风机系统的动力学特性进行了研究.这一浮式风机适用于能源成本相对合理、水深为150 m的海域.本文首先讨论了这一浮式风机系统和OC3-Hywind系统在动力学特性方面的差异,然后研究了风尤其是湍流风对系统动力学特性的影响,最后对这一系统在多种载荷状况下的动力学行为进行了详尽的分析.研究结果表明:湍流风会在系统固有频率附近引起显著的激励;纵荡和纵摇运动取决于风轮推力,它们通过风轮推力和相对风速之间的联系建立起耦合关系;Spar平台的艏摇运动主要取决于平台横摇时由风轮推力引起的艏摇力矩.     

海上半潜式浮式风机平台系泊系统对比研究

选取5MW-OC4深水半潜式浮式风机平台为参考模型,利用AQWA软件建立半潜式浮式风机平台模型,在频域范围内计算浮式风机平台运动响应,得到平台幅频响应曲线,以验证数值分析的可靠性。选取3种浮式风机平台系泊系统,对比研究系泊系统改变对浮式风机平台运动响应的影响规律,同时分析极端环境条件下单缆失效对浮式平台运动响应及系泊缆张力的影响。计算结果对浮式风机平台系泊系统的优化设计有一定的参考意义。     

Spar风机非稳态动力响应分析

文章采用多体动力学仿真器FAST,研究5MW OC3 Hywind Spar浮式风机平台非稳态动力响应,计算工况为JONSWAP海浪谱,有义波高6.8 m,谱峰周期10.2 s,流速0.642 m/s,波浪、流和风方向均为0°。研究结果表明在气动载荷影响下,风机运行相比于风机停机时,浮式平台垂荡运动幅值减小,而平台纵荡和纵摇的运动幅度增加到2.1和1.5倍,其他自由度的运动幅度增加到1.2～1.8倍,平台系泊张力响应幅度最大增加到4倍。此外发现相对于风机正常运行情况,风机启动过程中平台的纵荡运动幅值增加19.3%,引起平台大幅度漂移运动,导缆孔张力增加10%。气动载荷主要影响平台6个自由度运动的最值和均值,而对平台系泊张力主要影响其标准差,建议研究浮式风机基础的运动响应及系泊张力应考虑风机运行的气动载荷。     

新型半潜式浮式风机在不同流速下的动力响应特性研究

本文提出一种适用于50～120 m水深的新型半潜式浮式风机，用频域法研究浮式平台的水动力特性，通过建立风机-塔筒-浮式平台-系泊系统全耦合分析模型，考虑二阶差频波浪力作用，对其开展风、浪、流联合作用下的时域分析，重点分析不同流速条件下新型半潜式浮式风机耦合动力响应特性。分析结果表明：新型半潜式浮式风机结构设计合理，其固有周期能较好地避开波浪能量密集的周期范围，有效避免了共振发生；风浪条件一定的情况下，流速增大将使新型半潜式浮式风机的最大纵荡响应和锚链拉力显著增大，但对纵摇和艏摇响应有一定程度的抑制作用。流速变化对基础垂荡运动和发电功率影响较小。     

Spar型海上浮式风机系泊系统的动力学分析

以美国某可再生能源所的海上5MW风机为模型,综合风机塔柱的特点,利用Orca Flex建立了一种Spar型海上风机简化模型。通过对风机平台的不同风速工况环境载荷的计算,实现了对该风机系泊系统的水动力学分析,对比并分析了不同工况下风机锚泊系统系泊张力的变化。结合改变锚链上不同导缆孔的位置和布置形式,为海上风机浮式基础系泊系统的设计及优化提供依据。     

新型浮式平台波浪载荷计算方法研究与应用

为合理评估浮式平台的波浪载荷,着重总结归纳几种常用的波浪载荷计算方法的特点和适用情况,并将其应用于某新型浮式平台的结构型式设计研究中.结果表明:基于最大波法、长期预报和短期预报得到的设计波参数相差较大.若要合理评估浮式平台的波浪载荷,需综合运用多种计算方法,避免采用单一方法造成安全裕度不足.该研究可供海洋结构物型式设计...     

塔柱和风机位置对半潜式浮式风机系统动力性能的影响研究

研究塔柱和风机布置位置对半潜式浮式风机系统动力性能的影响。以OC4-deepCwind浮式风机参数为例,将塔柱和风机分别布置在半潜式浮式基础的中心和其三角形浮筒上,建立浮式风机系统动力学模型,计算不同工况下系统的动力响应。结果表明,塔柱和风机由基础中心调到其浮筒上后,浮式基础运动、机舱加速度、叶片气动力及系缆力的平均值变化不大,标准差有显著的增加;特别在极限工况,机舱X向加速度、叶片气动力的标准差增加近1倍,首摇超过5°,1号缆受力的标准差增加约30%。实际设计中,综合考虑浮式风机系统动力性能、安装和运输过程的便利性及结构强度等设计塔柱和风机位置。     

变桨器故障引发停机对海上桁架式Spar风机运动的影响

应用空气动力-水动力时域耦合模型,模拟风机叶片因变桨器故障而卡住并由此引发的停机过程,研究此故障情况对海上桁架式Spar风机系统6个自由度运动响应的影响。研究结果表明:开发的数值模型成功地模拟了风机进入停机过程中的电网断开以及空气动力制动,预报的纵摇运动与其他数值模型的结果接近。通过桁架式Spar风机系统在正常工作情况和故障情况下的对比发现:纵荡、纵摇、横荡以及横摇的振幅因故障而增大,艏摇运动在停机过程中被快速激发,振幅大幅增加,揭示了此类故障对海上Spar风机系统的安全性构成威胁。     

预报超大型浮体水弹性响应的模态函数展开方法和特征函数展开方法比较

超大型海洋浮式结构物对于开发海洋资源和利用海洋空间有着很大的实用价值，目前国际海洋工程界已掀起了研究超大型浮式结构物的热潮。如何计算浮体结构在波浪中的水弹性响应是设计过程中的一个非常重要的技术问题。Wu，C．，Watanabe，E．and Utsunomiya，T．(1995)提出了利用平板模态函数展开方法预报超大型浮体的水弹性响应；Kim，J．w．and Ertekin，R．C．(1998)提出利用特征函数展开方法预报超大型浮体的水弹性响应。本文对这两种方法进行了系统的比较，分别根据这两种方法计算了浮体结构的挠曲变形及弯矩、剪力的分布，并辐讨了不同参数对于水弹性响应的影响。     

基于LSTM网络的浮式海洋平台运动在线预报研究

海上浮式结构物运动响应的准确在线预报,对保障海上作业安全具有重要意义.本文基于长短期记忆(LSTM)神经网络模型,建立了浮式海洋平台运动响应极短期在线预报方法,可根据波浪时间序列信息对运动响应进行预报.通过半潜式平台模型试验得到大量波浪序列和运动响应数据,利用这些试验数据建立并训练LSTM模型,并对不同的测试工况进行运动预报和分析.结果表明,所建立的LSTM模型针对浮式海洋平台运动极短期在线预报具有较高的预报精度,预报提前量为12 s时,纵荡、垂荡和纵摇预报精度分别高于90％、93％和85％,且模型的计算效率高,每步计算时间为毫秒级,远小于预报提前时间,可以实现运动在线预报.     

Truss Spar结构浮式风机基础总体强度分析

海上浮式风机基础目前有半潜式,重力式,导管架式,Spar式很多种。目前国内对于桁架式浮式风机基础的结构分析比较少。本文采用Truss spar型海上浮式风机基础,基于三维势流理论和直接计算法,对其在深海环境中进行结构强度分析。分析表明,结构在垂荡板和桁架结构连接处容易发生较大应力集中,易产生破坏,在后续的设计修改中可对这一部位进行重点研究。