新型海上浮式风力机概念设计 被引量：15

1

作者 任年鑫 马哲 欧进萍 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第10期1710-1714,共5页

以美国可再生能源实验室(NREL)研究所选用的5MW海上风力机为主要参考模型,概念性地提出一种新型张力腿-锚缆结合式系泊系统的浮式平台形式。综合考虑顶部风机响应、支撑结构和下部系泊系统的动力耦合作用,参照IEC 61400-3海上风力机设... 以美国可再生能源实验室(NREL)研究所选用的5MW海上风力机为主要参考模型,概念性地提出一种新型张力腿-锚缆结合式系泊系统的浮式平台形式。综合考虑顶部风机响应、支撑结构和下部系泊系统的动力耦合作用,参照IEC 61400-3海上风力机设计规范中的典型设计工况,采用数值模拟的手段对新型海上风力机浮式平台进行风浪流联合作用下的时域分析。结果表明,新型张力腿-锚缆结合式系泊系统可很好地保障海上5MW浮式风力机的正常工作性能,其对未来海上浮式风力机的发展具有积极的指导意义。 展开更多

关键词 海上浮式风力机 张力腿.锚缆结合式系泊系统 IEC 61400—3规范 风浪流联合作用

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海上浮式风力机环境载荷及运动性能分析 被引量：6

2

作者 张亮 叶小嵘 +1 位作者 吴海涛 马庆位 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第5期876-881,共6页

采用修正莫里森公式计算了SPAR波浪载荷,并与文献中试验结果对比较好,从而验证了该文波浪载荷算法的正确性。然后利用此算法模拟支撑5MW水平轴风机的SPAR浮式基础波浪载荷,同时考虑风载荷及锚泊载荷对海上浮式风力机的联合作用,建立海... 采用修正莫里森公式计算了SPAR波浪载荷,并与文献中试验结果对比较好,从而验证了该文波浪载荷算法的正确性。然后利用此算法模拟支撑5MW水平轴风机的SPAR浮式基础波浪载荷,同时考虑风载荷及锚泊载荷对海上浮式风力机的联合作用,建立海上浮式风力机的载荷模型,分析系统的载荷及运动响应时域特性。 展开更多

关键词 海上浮式风力机 修正莫里森公式 载荷模型 时域分析

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海上浮式风力机变桨距控制研究 被引量：1

3

作者 余万 丁勤卫 +2 位作者 李春 郝文星 韩志伟 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第1期143-148,共6页

借鉴陆上风力机基于状态空间法的干扰自适应控制,在状态空间中考虑海上浮式风力机支撑平台运动自由度,采用状态观测器评估系统各状态量,研究不同干扰自适应变桨距控制对海上浮式风力机控制性能的影响,并与FAST基础控制对比分析。结果表... 借鉴陆上风力机基于状态空间法的干扰自适应控制,在状态空间中考虑海上浮式风力机支撑平台运动自由度,采用状态观测器评估系统各状态量,研究不同干扰自适应变桨距控制对海上浮式风力机控制性能的影响,并与FAST基础控制对比分析。结果表明:海上浮式风力机变桨距控制设计应基于状态空间法的干扰自适应控制,同时在状态空间中应考虑平台纵荡、纵摇及艏摇自由度。 展开更多

关键词 海上浮式风力机 自由度 状态空间法 干扰自适应控制 变桨距控制

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抑制海上浮式风力机振动的TMD限位策略研究 被引量：9

4

作者 杨佳佳 贺尔铭 +1 位作者 姚文旭 熊波 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2020年第15期18-24,57,共8页

调谐质量阻尼器(TMD)能有效抑制海上浮式风力机的振动响应。风浪作用下,TMD将产生较大的振幅,和风机结构发生碰撞,严重影响风机结构安全,故必须对TMD进行限位设计。针对此问题,在Barge式风力机机舱中配置TMD,提出了3种TMD限位策略:阻尼... 调谐质量阻尼器(TMD)能有效抑制海上浮式风力机的振动响应。风浪作用下,TMD将产生较大的振幅,和风机结构发生碰撞,严重影响风机结构安全,故必须对TMD进行限位设计。针对此问题,在Barge式风力机机舱中配置TMD,提出了3种TMD限位策略:阻尼限位策略、刚度限位策略及联合限位策略。采用拉格朗日方程,建立TMD行程受限的海上浮式风力机3自由度动力学模型,研究了不同限位策略下TMD的抑振效果。结果表明:采用联合限位策略,可以避免单一限位策略的缺陷,此时,TMD最大行程为7.85 m,对塔顶纵向位移和平台纵摇角标准差的抑制率分别为40.01%和61.78%。 展开更多

关键词 海上浮式风力机 TMD 拉格朗日方程 振动模型 振动控制 限位策略

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海上浮式水平轴风力机气动特性研究 被引量：12

5

作者 刘利琴 肖昌水 郭颖 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第1期294-301,共8页

以NREL-5 MW风力机为研究对象,基于叶素动量理论,考虑动态失速、风剪切及塔影效应等气动修正模型,开发Matlab非定常气动载荷计算程序,研究浮式水平轴风力机气动特性。结果表明:为保证风力机气动载荷模拟的正确性,气动修正模型必不可少;... 以NREL-5 MW风力机为研究对象,基于叶素动量理论,考虑动态失速、风剪切及塔影效应等气动修正模型,开发Matlab非定常气动载荷计算程序,研究浮式水平轴风力机气动特性。结果表明:为保证风力机气动载荷模拟的正确性,气动修正模型必不可少;基础运动对风力机气动性能有显著影响,基础运动使风力机输出功率增大,但同时存在较大的振荡幅度,导致功率输出不稳定;叶片变桨失效导致功率输出更加不稳定。 展开更多

关键词 海上浮式风力机 气动载荷 变桨控制 叶素动量理论 动态失速

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基于动力特性的南海浮式风力机多准则评价 被引量：2

6

作者 孟珣 田会元 李鑫 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第8期2062-2067,共6页

基于海上大功率风力机动力特性约束和海洋环境激励要素特征,采用理想最优多准则评估方法,综合考虑海上施工、安装、运营的环境影响、经济性能和结构水动力特性,比较评价南海环境条件下,3种不同大功率浮式风力机——Barge、Spar和TLP的... 基于海上大功率风力机动力特性约束和海洋环境激励要素特征,采用理想最优多准则评估方法,综合考虑海上施工、安装、运营的环境影响、经济性能和结构水动力特性,比较评价南海环境条件下,3种不同大功率浮式风力机——Barge、Spar和TLP的整体工作性能。研究结果表明:浮式Spar风力机为给定条件下的理想最优。该方法可用于南海风力发电深水开发结构选型和新型结构开发的综合评价及方案决策。 展开更多

关键词 海上浮式风力机 动力特性 BARGE Spar TLP 多准则评价 优劣解距离法

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分离盘对Spar型浮式风力机涡激运动抑制特性的试验与数值研究 被引量：1

7

作者 李磊 肖阳宏 +2 位作者 徐鹏 潘昀 夏海山 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期181-188,共8页

涡激运动是导致浮式结构系泊系统疲劳破坏的重要原因,该文利用模型试验和数值仿真方法,开展尾侧分离盘对Spar型浮式风力机主浮体结构涡激运动抑制机理的研究。主要探讨分离盘长度L/D对风力机涡激运动特性的影响规律。研究发现,分离盘长... 涡激运动是导致浮式结构系泊系统疲劳破坏的重要原因,该文利用模型试验和数值仿真方法,开展尾侧分离盘对Spar型浮式风力机主浮体结构涡激运动抑制机理的研究。主要探讨分离盘长度L/D对风力机涡激运动特性的影响规律。研究发现,分离盘长度L/D=0时,涡激响应随折合速度的增加呈现明显的上部分支、锁定区及去同步化分支3阶段,结构发生涡激共振问题;当分离盘长度L/D≥0.2时,风力机不再发生涡激共振现象,且当分离盘长度L/D≥0.4时其抑制效果达70%以上。同时发现分离盘结构能诱发Spar型浮式风力机的艏摇运动。结果表明,分离盘对Spar型浮式风力机的涡激运动响应有明显的抑制效果。 展开更多

关键词 海上浮式风力机 动力特性 干扰抑制 圆柱 分离盘

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极限海况下6 MW单柱型浮式风力机耦合动力响应 被引量：3

8

作者 阳杰 何炎平 +2 位作者 孟龙 赵永生 吴浩宇 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第1期21-31,共11页

为了实现单柱型浮式风力机在中等深度海域的实际规模应用,以新型6 MW单柱型浮式风力机为研究对象,在极限海况下对风力机的生存能力进行模型试验和数值模拟.模型试验采用缩尺比为1∶65.3的模型在上海交通大学海洋工程国家重点实验室进行... 为了实现单柱型浮式风力机在中等深度海域的实际规模应用,以新型6 MW单柱型浮式风力机为研究对象,在极限海况下对风力机的生存能力进行模型试验和数值模拟.模型试验采用缩尺比为1∶65.3的模型在上海交通大学海洋工程国家重点实验室进行,得到风力机的六自由度运动响应、锚泊系统的受力情况以及危险受力点的受力情况.通过数值模拟软件对风力机的时域耦合运动响应进行了仿真计算.对数值模拟和模型试验的数据进行时域和频域分析,结果表明:数值模拟与模型试验结果最大偏差小于12%,吻合良好;风力机运功响应的能量主要集中在低频和波浪频率处;整个浮式风力机系统在极限海况下可可靠生存.通过数据分析对风力机的载荷极限状态进行了预报,为结构强度计算提供必要的理论依据和计算参数. 展开更多

关键词 海上浮式风力机 模型试验 数值模拟 耦合动力响应 极限载荷预报

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合成射流对Spar型浮式风力机涡激运动特性的研究

9

作者 李磊 夏海山 +2 位作者 杜炳鑫 白兴兰 潘昀 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期459-466,共8页

涡激运动问题是影响漂浮式结构系泊系统、立管和电缆疲劳寿命的重要因素,该文利用主动控制技术研究合成射流对Spar型浮式风力机基础结构涡激响应特性的抑制规律。首先开展无射流工况下Spar型浮式风力机涡激运动试验和数值仿真研究,验证... 涡激运动问题是影响漂浮式结构系泊系统、立管和电缆疲劳寿命的重要因素,该文利用主动控制技术研究合成射流对Spar型浮式风力机基础结构涡激响应特性的抑制规律。首先开展无射流工况下Spar型浮式风力机涡激运动试验和数值仿真研究,验证数值方法的准确性,而后重点探讨射速比和喷射角对结构的涡激响应、涡激力、泄涡频率和尾涡结构的影响规律。研究发现,涡激响应特征与射速比和喷射角度密切相关,合成射流能有效抑制结构的涡激运动,且射速比越大、喷射角越趋向尾涡分离点其抑制效果越好。同时发现,合成射流降低了涡泄频率、从而使振荡频率远离固有频率,但柱体涡激力基本不变。结果表明,合成射流能够有效抑制Spar型浮式风力机的涡激共振,其抑制机理为降低结构振荡频率,从而解锁涡激共振实现抑制作用,而非降低涡激力实现抑制效果。 展开更多

关键词 海上浮式风力机 动力特性 圆柱 合成射流 主动控制

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基于性能相似的浮式风力机水池模型试验叶片设计方法研究 被引量：1

10

作者 郭子伟 何炎平 +2 位作者 赵永生 孟龙 陈哲 《大连理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第1期50-56,共7页

大型海上浮式风力机在Froude相似环境下进行模型试验时,模型叶片因尺度效应影响难以满足推力要求.以一款6MW海上浮式风力机为例,介绍了一种设计模型叶片方法以满足水池模型试验要求.在Matlab中,利用模式搜索法优化工具包,结合美国可再... 大型海上浮式风力机在Froude相似环境下进行模型试验时,模型叶片因尺度效应影响难以满足推力要求.以一款6MW海上浮式风力机为例,介绍了一种设计模型叶片方法以满足水池模型试验要求.在Matlab中,利用模式搜索法优化工具包,结合美国可再生能源实验室(NREL)的全耦合软件FAST,借助广义动态尾流(GDW)理论重新设计了一款模型叶片,并对所设计的叶片进行了数值计算和CFD计算.计算结果能满足模型试验多种工况的推力要求,表明了该方法的可行性. 展开更多

关键词 海上浮式风力机 水池模型试验 GDW MATLAB 叶片设计

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二阶波浪力下6MW单柱浮式风力机动态响应分析 被引量：4

11

作者 周涛 何炎平 +2 位作者 孟龙 赵永生 刘亚东 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第4期145-152,共8页

为了实现在中等深度海域浮式风力发电机的规模应用,解决能源短缺问题,针对设计出的新型6MW海上单柱浮式风力机的生存能力进行探讨,利用Sesam软件获取二阶波浪力计算时所需的wamit文件,利用气-液-固-弹性数值软件FAST对该浮式风力发电机... 为了实现在中等深度海域浮式风力发电机的规模应用,解决能源短缺问题,针对设计出的新型6MW海上单柱浮式风力机的生存能力进行探讨,利用Sesam软件获取二阶波浪力计算时所需的wamit文件,利用气-液-固-弹性数值软件FAST对该浮式风力发电机进行时域耦合运动响应仿真模拟.分别就不同浪向下平台各自由度的运动响应、二阶平均波浪力和二阶慢漂波浪力对平台各自由度运动响应的影!响、二阶平均波浪力和二阶慢漂波浪力对锚链张力和机舱的影响进行了研究.结果表明:首摇运动随浪向角增大而增大,而波浪入射角对其他各自由度运动影响较小;二阶慢漂力对垂荡运动影响显著,且易激发较大的纵摇运动响应,并诱发较大的锚链张力;采用delta-line的系泊系统能够避免产生过大的首摇响应,且系泊系统的最大张力远在破断张力以下,整个风力机系统在恶劣海况下具有良好的生存能力. 展开更多

关键词 海上浮式风力机 波浪慢漂力 平台运动响应 锚链力 机舱加速度

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新型6MW单柱浮式风力机耦合运动分析 被引量：4

12

作者 周涛 何炎平 +1 位作者 孟龙 赵永生 《浙江大学学报（工学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第10期1864-1873,共10页

针对100 m水深条件,设计新型6 MW海上单柱浮式风力机;利用气-液-固-弹性数值模拟软件FAST,对该浮式风力机进行全耦合时域动力响应分析.整个风力机系统的气动力分析采用叶素动量理论,浮式基础的水动力分析基于势流理论同时考虑采用Moriso... 针对100 m水深条件,设计新型6 MW海上单柱浮式风力机;利用气-液-固-弹性数值模拟软件FAST,对该浮式风力机进行全耦合时域动力响应分析.整个风力机系统的气动力分析采用叶素动量理论,浮式基础的水动力分析基于势流理论同时考虑采用Morison公式计算得到的黏性阻尼,系泊系统采用等效的弹性杆单元.数值仿真结果表明:浮式基础纵荡和纵摇耦合作用较明显;平台运动响应主要取决于风载荷,波浪载荷会改变平台在平衡位置附近的振荡运动;风浪同向会激发较大的运动响应;风浪的夹角越大,平台首摇运动越明显;在额定海况下,环境载荷方向的变化对垂荡运动的影响较小;delta-line能够很好地控制首摇运动,可以避免锚链缠绕现象发生;设计出的6 MW浮式风力机具有良好的总体运动响应,系泊系统设计方案能够保证风力机系统的安全运行. 展开更多

关键词 海上浮式风力机 运动响应 耦合分析 锚链力

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考虑流固耦合的Spar型浮式风力机涡激运动特性研究 被引量：7

13

作者 李磊 张兆德 +1 位作者 张吉萍 曾勇军 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第1期236-241,共6页

对弹性支撑单圆柱在均匀流作用下的涡激运动特性进行数值模拟,捕捉到"锁定区"、"拍"、"频率变换"等现象。柱体周围流场采用Fluent求解,将4阶Runge-Kutta方法代码写入用户自定义函数(UDF)求解运动微分方程... 对弹性支撑单圆柱在均匀流作用下的涡激运动特性进行数值模拟,捕捉到"锁定区"、"拍"、"频率变换"等现象。柱体周围流场采用Fluent求解,将4阶Runge-Kutta方法代码写入用户自定义函数(UDF)求解运动微分方程,运用动网格技术更新流场,实现圆柱与流场的非线性耦合作用。发现随着折合速度的增大,涡激运动响应可分为锁定前支、锁定区、锁定后支3个阶段,在进入锁定区前(折合速度Ur=3)横向运动响应发生拍现象,当跨过锁定区后(折合速度Ur=10)发生频率变换现象。结果表明,横向涡激运动有较大范围的频率锁定现象,频率解锁前后圆柱涡激运动轨迹由"右8字"形变换为"左8字"形。 展开更多

关键词 海上浮式风力机 流固耦合(FSI) 圆柱 涡激运动

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Spar型浮式风力机涡激运动特性及其抑制研究 被引量：1

14

作者 肖阳宏 李磊 +1 位作者 张兆德 李文丽 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第10期152-158,共7页

为减轻涡激运动对系泊结构的疲劳破坏,提出一种波纹柱体结构,探讨其涡激运动特性及抑制机理。结构与流体的非线性耦合作用通过用户自定义函数(UDF)和动网格技术实现,运动微分方程采用四阶龙格-库塔法求解。研究发现,波纹柱体与裸圆柱结... 为减轻涡激运动对系泊结构的疲劳破坏,提出一种波纹柱体结构,探讨其涡激运动特性及抑制机理。结构与流体的非线性耦合作用通过用户自定义函数(UDF)和动网格技术实现,运动微分方程采用四阶龙格-库塔法求解。研究发现,波纹柱体与裸圆柱结构的涡激运动特性明显不同。裸圆柱随折合速度的增加呈明显的锁定特性,而波纹柱体结构的涡激响应特性与波纹高度H_(w)/D相关。当波纹高度H_(w)/D=0.01和0.05时亦会发生锁定现象,但锁定区间较裸圆柱小,当波纹高度H_(w)/D=0.02~0.04时结构不再发生锁定问题。结果表明,波纹结构对柱体的涡激运动有明显抑制作用。 展开更多

关键词 海上浮式风力机 流固耦合 干扰抑制 龙格-库塔法 波纹柱体

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张力腿浮式风机筋腱失效模式下瞬态响应分析 被引量：4

15

作者 吴浩宇 赵永生 +4 位作者 何炎平 毛文刚 阳杰 谷孝利 黄超 《浙江大学学报（工学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第11期2196-2203,共8页

针对风力机-张力腿型支撑平台-筋腱耦合系统,对全耦合动力学仿真软件FAST的系泊载荷计算模块进行二次开发,采用时域分析方法对张力腿浮式风机(FOWT)WindStar TLP system筋腱失效模式下的瞬态响应进行数值仿真分析.重点研究50 a一遇海况... 针对风力机-张力腿型支撑平台-筋腱耦合系统,对全耦合动力学仿真软件FAST的系泊载荷计算模块进行二次开发,采用时域分析方法对张力腿浮式风机(FOWT)WindStar TLP system筋腱失效模式下的瞬态响应进行数值仿真分析.重点研究50 a一遇海况中不同浪向下的浮式风力机支撑平台运动、机舱加速度和筋腱张力等关键参数的瞬态响应.结果表明:在该工况下支撑平台运动、机舱加速度、筋腱张力的瞬态响应较显著;失效筋腱位于背浪侧时的浮式风力机瞬态响应大于失效筋腱位于迎浪侧时的浮式风力机瞬态响应,当位于背浪侧的失效筋腱与波浪共线时,浮式风力机瞬态响应最大;在极端海况中筋腱失效模式下的筋腱系统安全系数符合美国船级社规范要求,表明该张力腿型浮式风力机具备较好的自存性. 展开更多

关键词 海上浮式风力机 张力腿平台 筋腱失效 瞬态响应 时域分析

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