大尺度叶轮/浮式风电平台/系泊系统耦合动力响应研究

The hydrodynamic performance of foundation platform structure directly influences the stability and reliability of the whole wind turbine. And Offshore floating wind platform is different from conventional semi-submersible platform, it’s upper deck is fitted with a large scale impeller, which will increase the motion response of the floating wind turbine platform and multi-point mooring system.So study on coupling dynamic response of floating wind platform system is of important theoretical significance to improve it’s operation reliability..In bad sea conditions, according to the mechanical characteristics of large scale impeller, floating wind platform and multi-point mooring system, the motion law of the offshore floating wind platform system will be studied, and the motion equation will be established based on influence factors.In bad sea conditions,under the numerical simulation,model experiment and field detection technology,the impact parameters of the coupling dynamic response of the floating wind platform system is explored,the dynamic response law is studied,and the response mechanism will be revealed.At last, the design method of floating wind turbine platform system against bad sea conditions is proved up.

海上浮式风电平台的水动力性能直接影响风机的可靠运行；且海上浮式风电平台不同于常规半潜式平台，其甲板上方安装有大尺度叶轮，大尺度叶轮将会加剧浮式风电平台和多点系泊系统的运动响应。因此，在恶劣海况下浮式风电平台系统耦合动力响应研究对于保证风机的可靠性运行具有非常重要的理论意义。.在恶劣海况下，针对大尺度叶轮、浮式风电平台、多点系泊系统的受力特性，从影响浮式风电平台系统运动的因素出发，探讨浮式风电平台系统的运动规律，建立海上浮式风电平台系统的运动方程。结合数值模拟技术、模型实验技术与现场检测技术，探索在大尺度叶轮、多点系泊系统耦合作用下浮式风电平台的动力响应影响参数，深入研究浮式风电平台系统的动力响应规律，揭示浮式风电平台系统动力响应规律的产生机理，最终探明浮式风电平台系统抵抗恶劣海况的设计方法。

本课题以三浮体风电平台为研究对象，通过造波机和造风机来模拟恶劣的海洋环境载荷。在超强台风（风速60m/s）作用下，通过理论分析、数值模拟、水池试验和现场测试（基于动边界的模拟试验），对大尺度叶轮、浮式风电平台、多点系泊系统的动力响应特性进行了系统研究与评估。从影响浮式风电平台系统运动的因素出发，建立了浮式风电平台系统运动方程，研究了以三浮体作为动态边界的弹性支座和弹性固定端柔性系数，并以此为依据设计了基于纵荡和垂荡的弹性支座和基于横摇的弹性固定端。开展了不同海况以及不同风速对风电发电平台浮体基础、塔架和风机叶轮的位移、应变及剪力的影响；同时研究了不同海况和不同风速对浮式风电平台系泊系统系泊力影响，以此作为系泊系统的评估与设计依据。在发电状态和停车状态下研究了不同海况、不同风况对塔架和风机叶轮位移、应变和剪力等响应特性的影响，重点在超强台风情况下对塔架和风机叶轮的变形、应变和剪切力进行了系统研究。研究结果表明：（1）叶尖处的合成位移在外部风载小于额定风速时，随风速增大而增大；风速增大到切出风速时，合成位移的大小相对稳定；超出切出风速后至50m/s，合成位移急剧下降至很小值；风速大于50m/s后，合成位移急剧增大。叶根合成剪力也有类似的规律。（2）塔架顶端的合成位移幅值在额定风速前，随风速增大而增大，在额定风速时达到了一个极大值，而后随着风速增大到切出风速，位移略微减小后趋于稳定；超出切出风速后随着风速的增大，塔架的位移幅值也逐渐增大，在风速大于50m/s后趋于稳定。塔架的剪力也有类似的规律。（3）1号锚泊力在额定风速前，随风速增大而增大，在额定风速时达到了一个极大值，而后随着风速增大到切出风速，锚泊力逐渐减小后趋于稳定；超出切出风速后，随着风速的增大，1号锚泊力也逐渐增大，在风速大于50m/s后趋于稳定。2号、3号锚泊力则与1号锚泊力正好相反。以上研究结果最终为降低运维成本提供了理论依据和实证支持。