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海上风电机组支撑系统设计中的关键技术问题研究

汪亚洲  
【摘要】:近些年,随着能源需求的增长,陆上风电开发的日趋饱和,人们越来越多的把目光投向海上风 电。造价的昂贵,施工、维护的不便,使得海上风电机组的经济性、安全性与稳定性成为当今研究 的热点,海上风电机组的支撑结构设计问题则不可避免的成为国内外研究机构开发海上风电所须解 决的首要问题之一。本文在缺乏相关设计规范的情况下,根据国内外研究成果,对海上风电机组支 撑结构型式、经济性、适用性等方面进行分析,并根据我国今后一段时间内拟开发海域的海洋水文 条件,对适用于20-50m水深的海上风电机组导管架式支撑结构设计中的关键技术问题进行研究。在 此过程中参考了成熟的海上石油平台的设计方法,从海洋工程的角度,考虑海洋水文、地质等因素 的影响,对机组支撑结构进行全面分析。首先,对支撑结构型式进行了选型设计。与此同时,对机组各工况分析,计算出支撑结构顶部 法兰处的载荷,考虑了波、流、海生物附着等环境载荷的影响,合理的组合出适用于海上风电机组 支撑结构设计的载荷工况。其次,参考海上石油平台的设计方法,运用海洋工程软件SACS,对导管架式支撑结构进行建 模,并对泥面下部桩体进行定义,使用P-Y曲线法,对桩体与土壤的耦合问题进行等效处理,把非 线性问题转化为线性问题,以便对结构进行力学分析。最后,参照美国石油协会(API)对海上结构的规范,对导管架式支撑结构进行静强度、屈曲、 稳定性等方面的校核,以及支撑结构整体的模态、地震响应的求解分析,根据计算结果,对比API 规范,优化结构,最终得到满足设计要求的海上风电机组支撑结构。本文从海洋工程结构设计角度出发,对海上风电机组支撑结构设计中的载荷组合方式,力学分 析前的桩-土耦合问题处理,以及如何根据力学分析结果快速、准确的进行优化等关键技术问题进行 了研究。对后期海上风电机组支撑结构设计,有一定的参考价值。


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