新型全潜式浮式风机系统动力特性研究

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本文针对适用水深为50m-200m的新型全潜式浮式风机,利用SESAM软件的HydroD模块进行水动力分析,并与FAST软件进行耦合建立了风电机组-塔筒-平台-系泊系统的耦合分析模型,研究新型全潜式浮式风机的动力特性。基于新型全潜式浮式风机耦合动力模型,通过与MIT/NREL TLP浮式风机、OC4-DeepCwind半潜式浮式风机对比发现,新型全潜式浮式风机有着较好的运动特性。研究不同风浪联合作用下新型全潜式浮式风机的动力特性发现,风速对平台垂荡影响较小,对其它自由度的运动、系泊线张力、风机发电功率和叶片根部弯矩影响较为明显;波高和周期对平台艏摇影响较小,对其它自由度的运动、系泊线张力和塔筒底部弯矩影响均较为明显;风浪夹角的增大使得平台横荡和横摇运动幅度增大,纵荡、纵摇和塔筒底部弯矩减小,风浪夹角的改变对垂荡、艏摇和系泊线张力影响较小。根据模型试验相关理论,设计并制作了模型,进行了自由衰减试验和不同波况下新型全潜式浮式风机的动力特性试验,通过对比发现,新型全潜式浮式风机纵摇自振频率与数值模拟结果吻合较好;定性地看,模型试验得到的新型全潜式浮式风机的纵摇和系泊线张力与数值模拟结果的规律基本一致。为了使新型全潜式浮式风机能更好地适应海洋环境,对其进行了优化设计。通过对吃水深度、系泊形式以及系泊角度进行研究,选择吃水深度为27m,系泊形式3和系泊角30°作为优化后的新型全潜式浮式风机形式。研究优化后的新型全潜式浮式风机极端海况下的动力特性发现,极端海况下新型全潜式浮式风机的六自由度运动响应、系泊线张力和塔筒底部弯矩均大于正常海况。
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