Design optimization of a TetraSpar-type floater and tower for the IEA Wind 15 MW reference wind turbine

We present an optimization study for the conceptual design of wind turbine floaters of the TetraSpar type. The optimization variables include all geometric dimensions of the floater, keel, mooring lines and tower design. A gradient based optimization method is applied to a mass proportional objective cost function. The objective function accounts for the different weight components of the floater, including secondary steel, the wind turbine tower, and the mooring system. A frequency domain response method is utilized, so that each design evaluation also takes into account the dynamic response for 12 wind speeds with associated wave conditions. Nineteen constraints are applied for static and dynamic response, natural frequencies, and fatigue at the bottom of the tower. Two reference designs are presented, namely one with a soft–stiff tower and one with a stiff–stiff tower. Due to the anti-phase coupling of the floater pitch and tower vibration, the soft–stiff tower needs a stronger floater stiffness in pitch. This design thus has a larger water plane area moment than the more compact stiff–stiff floater, which is found to be the least economical. A constraint analysis is next presented based on Lagrange multipliers and a relative cost index. We find that the strongest cost influence is exerted by the 3P tower frequency constraint for the stiff-stiff and soft-stiff designs. Finally, a third design variant with a free optimizable tower frequency is introduced. This design is found to be 11% cheaper than the soft–stiff design and highlights the potential cost savings of tower designs within the 3P region.     

整流罩组合措施外形对Π形叠合梁斜拉桥涡振性能的影响

某大跨度Π形钢-混叠合梁斜拉桥存在常遇风速下的涡激振动。为了抑制涡激振动,通过1∶50节段模型风洞试验,针对-5°最不利风攻角工况,开展了涡振性能优化研究。试验对导流板、裙板、下稳定板、风障与整流罩等单一气动措施的制振效果进行了研究,试验结果表明,只有下中央稳定板能在0.65%的阻尼比条件下,将主梁的竖弯与扭转涡振振幅同时降低50%以上。据此开展了以下中央稳定板为中心的组合气动措施研究,发现整流罩与下中央稳定板的组合气动措施能将主梁的竖弯与扭转涡振振幅同时降低75%以上。在此基础上,研究了整流罩竖直板高度与下中央稳定板高度对该组合气动措施制振能力的影响,发现在一定高度范围内,增加整流罩竖直板与下中央稳定板高度均能有效提高组合措施的制振能力,通过优化了该组合气动措施的气动外形,组合措施能够完全消除Π形叠合梁在不同风攻角(0.65%阻尼比)下的涡激振动。最后,采用计算流体动力学的方法,对该气动措施的制振机理进行了研究,计算结果表明：优化后的整流罩组合措施能够同时降低主梁上下表面旋涡脱落尺寸,显著减小主梁受到的周期性非定常气动力,从而达到抑制主梁涡振的效果;若同时降低整流罩竖直板高度与下中央...     

兆瓦级直驱型风力发电系统的效率优化分析

针对兆瓦级永磁直驱风力发电系统,对变流器和发电机效率进行了优化分析.分别建立了中点嵌位式三电平变流器的损耗模型和包括铁损在内的电机损耗模型,通过分析给定转矩下直轴电流与损耗的关系,得到变流器效率最优和发电机效率最优的直轴电流解析式,进而求出永磁同步发电系统整机效率最优解.通过仿真和2MW三电平背靠背永磁直驱风电变流器的实验样机表明,在不同转矩工作区域内,即可以分别实现变流器效率或发电机效率的最优控制,并能提高发电系统整体效率.     

GT28燃气轮机工业/船用衍生的技术策略研究

GT28燃气轮机是1台带动力涡轮的三轴燃气轮机,性能良好。通过对其工业/船用衍生应用与发展研究策略的分析,全面勾画出其技术发展网络及主要关键技术,明晰其应用和发展技术途径,提出当前应重点开展燃气轮机发电模块(船用/陆用)、天然气增压机组、间冷循环燃气轮机的应用与发展研究工作。在此基础上将会全面推进GT28燃气轮机的工业/船用衍生应用与发展。     

自升式风电安装船桩腿及升降系统现状与发展

综述了自升式海洋风电安装船的桩腿结构、升降系统组成及主要技术参数特征;通过对桩腿结构、升降系统及动力源进行对比,指出了未来海洋风电安装船桩腿及其升降系统的发展方向:即适应30m以上深水作业环境、升降速度更快、效率更高、具有更好的稳定性、可靠性,为进一步的设计研究指明方向和解决思路.     

我国移动式修井平台发展综述

介绍了我国移动式修井平台的应用概况,分析了多功能支持平台在我国海上油田的修井作业模式,对我国多功能支持平台未来的发展提出了建议。     

外海深水波要素确定方法比较

在海(近)岸工程中,确定外海深水波要素是一项重要的基础工作.通过3个实例,采用近岸测波站测波资料方法、<海港水文规范>的天气图方法、风场浪场模拟方法对外海深水设计波要素进行了推算,比较了推算结果的差异.研究结果表明,采用近岸测波站测波资料方法与其它两种方法的结果无论是强浪向还是渡高都有明显差异.近岸测渡站测波资料方法有一定的局限性,天气图方法受人为因素影响比较大,风场浪场模拟方法比较复杂,但相对可信.鉴于深水波要素很重要,有必要使用不同方法进行推算,建议使用风场浪场模拟方法.     

海上风机基础防撞设计初探

从分析风机基础可能遭遇的船舶撞击的风险出发,提出了船舶撞击风机基础的概率计算方法。在此基础上提出通过防护成本和撞击损失的比较分析确定撞击标准的方法。进而提出了海上风机基础防撞设计的基本思路,并就风机基础防撞设计所涉及的船舶撞击力的计算方法和风机基础防撞设施的设计和使用进行了阐述。初步阐明了海上风机基础防撞标准的确定方法和海上风机基础防撞设计的思路,可供海上风机基础设计参考。     

大功率永磁电机温度场数值计算及实测对比

温升是考核发电机的一个重要指标。本文首先对常用的几种电机温升计算方法进行了介绍;再以金风科技股份有限公司自主研发的3MW永磁同步发电机为实例,分别采用热路法和有限元方法对其在额定负载条件下的温度场进行了计算,对比误差在5％以内;同时,在3MW电机试验平台上进行了温升试验,将热路法计算结果与实测数据进行了对比,误差也在允许范围内。相比有限元方法,热路法计算温度场的准确性可以接受,同时大大减少计算量与计算难度,可作为永磁电机前期温升设计的校核方法。     

甘肃西洞倒虹吸工程斜拉钢管桥设计

斜拉钢管桥是很好的跨沟建筑物。笔者介绍了西洞倒虹吸工程设计。提出了解决了单面索斜拉钢管桥设计中风振、温度补偿和充水时塔柱摆动等三个问题的具体处理措施。