15 MW级Spar漂浮式风电平台的设计方案及水动力性能研究

[目的]针对15 MW级浮式风机,提出一种新型的Spar漂浮式风电平台设计方案,并对平台性能进行分析。[方法]基于势流理论对平台进行频域水动力计算,对不同浪向下的平台波浪力和运动响应特性进行研究;应用叶素动量法计算叶轮气动载荷并将其等效为风力系数,从而计算不同工况风浪流联合作用下的平台时域响应,同时对系泊缆的受力情况进行分析。[结果]结果显示,平台垂荡和纵摇在平台运动固有频率处出现了峰值点,且发生的位置均远离波浪的主要能量区域;在风浪流作用下,相较于工作工况,极限工况下的平台最大纵摇角略小,而最大纵荡和垂荡响应幅值以及最大系泊张力更大。[结论]研究证明新型Spar漂浮式风电平台具有良好的稳性和水动力性能,在设计环境载荷下,平台响应和系泊力均能满足要求,能够保障风力发电机组的安全性和稳定性。

钢悬链立管的敏感性分析与疲劳寿命预估

通过建立缓波型钢悬链立管(Steel Catanary Riser,SCR)系统的时域耦合分析有限元模型,在时域内对设计好的系统进行动态分析。在分析中,考虑系统悬链线的质量、阻尼和流体加速度等随时间变化而产生的影响。通过分析管壁的厚度、浮力块布置长度、浮力块外径等重要参数对立管系统动力响应的影响,建立并完善钢悬链立管系统相关参数的敏感性分析。在原定参数的基础上重新选定优化后的参数,进行疲劳分析,并预估其疲劳寿命,验证模型的合理性。

深海半潜式平台的水动力及系泊系统时域耦合分析

该文利用有限元分析软件ANSYS和水动力计算软件AQWA进行了有限元建模和水动力特性研究。考虑复杂的海洋环境载荷,包括随机波浪载荷、风载荷和流载荷的多重作用,浮式平台与系泊缆索之间的相互影响,采用时域耦合的分析方法对深海领域复杂工况下的半潜式钻井平台的水动力性能和系泊性能进行了分析。研究结果表明,规则波频域下,在纵荡、横荡、垂荡、横摇、纵摇、艏摇各方向上,附加质量和附加阻尼随着波浪频率的增加,呈现先增大后减小的趋势,但局部均有起伏,平台在高频波浪区域内运动性能表现良好,响应幅值较小。同时,通过将浮式平台和系泊系统进行时域耦合分析,得出在环境力入射角为45°时,平台运动响应的幅值和系泊系统缆索的最大张力符合规范要求。

钢管脐带缆扭转平衡设计

钢管脐带缆包含多种螺旋缠绕的功能单元,其在外力载荷下会发生相对运动,而且钢管的刚度较大对扭转平衡有重要影响,因此,相对于普通电缆,钢管脐带缆在扭转平衡设计时更加困难。根据扭转平衡理论公式,采用控制变量法,以第二层铠装钢丝的绞合角度为变量进行扭转平衡设计。首先建立脐带缆缆芯有限元模型,对其施加拉伸载荷,结果显示缆芯出现了扭转,这证明不能将脐带缆缆芯视为一实心圆柱。其次建立不同绞合角度的脐带缆有限元模型,设置各功能单元的材料属性和摩擦系数,分析模型在拉伸载荷下的扭转角度,并将相同拉伸载荷下的扭转角度拟合为直线,从而得到钢管脐带缆在扭转平衡状态时的最优绞合角度。最后,采用试验方法对实物钢管脐带缆进行扭转平衡测试,测试结果显示在拉伸载荷下脐带缆单位长度扭转角度十分微小,这表明缆是扭转平衡的。因此验证了使用的有限元方法在钢管脐带缆扭转平衡设计中的有效性。