大型海上工程中的关键力学问题

大型海上工程中的关键力学问题ＭａｉｎＰｒｏｂｌｅｍｓｏｎＭｅｃｈａｎｉｃｓｉｎＬａｒｇｅ－ｓｃａｌｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｏｎｔｈｅＳｅａ￥／／邱大洪（大连理工大学，教授大连１１６２０３）能源是我国国民经济发展的战略重点，石油、天然气是我国重要的能源...     

海上风电基础结构选型与施工工艺

目前,国内对海上风电机组及其海上风电场建设的一系列相关技术的研究和装备的研制尚处于起步阶段,支撑风力机的基础结构设计就是其中的关键技术之一.该文针对海上风电的基础结构设计,给出了国际上常用的结构形式及其适用条件,探讨了各种基础类型的选型原则,对比分析了每种基础形式的施工工艺,为我国的海上风电场基础设计和施工提供了理论指导.     

海上风电基础结构灌浆连接段研究综述

海上风电场是发展清洁低碳能源和优化能源结构的重要组成部分,系统研究海上风电结构基础理论对于促进海上风电的发展至关重要。灌浆连接段作为海上风电基础的重要连接结构,在传递结构内力方面起到了不可替代的作用。灌浆连接段是海上风电结构中受力最复杂的传力结构,该文详细阐述灌浆连接段的应用情况,并通过分析国内外关于灌浆连接段的受力机理、承载力计算方法等方面的研究成果,系统说明了灌浆连接段的研究现状。分析已有试验参数的统计结果发现,依照现有灌浆连接段设计理论进行灌浆连接段的设计和施工具有一定局限性。最后结合现有灌浆连接段的应用条件和场景,展望了灌浆连接段未来的研究领域。     

海上风电机组基础的适用性与选择

海上风电基础在风电的正常建造和运营维护中占有重要的位置。它的选择与受力特点、海床的地质结构情况、海上风浪载荷以及海流、冰荷载等诸多因素有关。因此,海上风电机组的基础被认为是造成海上风电成本较高的主要因素之一,选择经济合理适用的基础结构及施工方法是海上风电场研究开发的主要课题。     

海上风电大尺度预应力筒型基础结构预应力优化设计

应用于海上风电工程中的大尺度筒型基础为钢筋混凝土结构,中间的弧形过渡段为塔筒和筒基之间的传力过渡段,因而对其传力性能和防腐性能有着较高的要求.为优化大尺度筒型基础过渡段的传力性能和防腐性能,对基础上部弧形过渡结构施加预应力.借助有限元软件ABAQUS,对施加有预应力的大尺度筒型基础结构进行数值模拟分析.在极限荷载、交变荷载及相同的边界条件下,在弧形过渡结构上作用不同大小的有效预应力,计算各种情况下的弧形过渡结构和基础环梁受力特征,通过其主拉应力、主压应力的峰值以及主拉应力大于2,MPa的分布区域来分析结构受力性能.经过计算分析可知:弧形过渡结构在有效预应力增加到800,MPa时,继续增大预应力值,过渡结构抗裂性能趋于稳定;基础环梁在作用600,MPa有效预应力情况下,其抗裂性能最佳.在基础预应力设计中,应综合考虑两部位的受力变化趋势.有限元模拟的是有效预应力,在实际工程中,除考虑各种预应力损失外,应适当增加张拉控制应力.     

论我国海上风电场建设重大工程问题

发展海上风电具有重大战略意义,应予高度重视,加大支持力度;发展海上风电面临严峻挑战,应予科学应对,切忌浮躁冒进。我国海上风电发展,必须坚持科学发展理念,坚持高起点上的理性、有序发展,坚持创新和特色结合的跨越式、可持续发展。成本、效益、风险制约海上风电的发展,通过科技进步,风电核心技术掌握和规划建设能力的提高,可以有效解决重大制约发展的因素,确保海上风电健康发展。针对我国海上风电又好又快发展,建设高质量、高效益的海上风电场,提出了若干建议。     

海上风电的发展现状及关键技术研究

风能是一种可再生的洁净能源,在新能源越发得到关注的情况下,风能利用也被各国先后提上日程。以海上风电的发展现状为切入点,分析中外有关技术现状,在此基础上研究其关键技术,包括基础结构设计、建设区域选择、资源评估、重点参数计算以及辅助性技术等。最后简析海上风电的技术难点,提出发展建议,为未来的风电建设提供参考。     

复合材料螺旋桨水动力性能与结构响应数值研究

通过CFD计算复合材料螺旋桨水动力载荷,应用有限元法计算复合材料桨结构响应,并基于双向耦合算法实现复合材料螺旋桨在均匀来流下的流固耦合数值模拟.研究了不同进速系数和不同铺层角度工况复合材料螺旋桨的水动力性能及结构响应.结果表明,在进速系数J ≤ 0.8时,复合材料螺旋桨的推进效率明显高于同工况下的金属螺旋桨.随进速系数增加,复合材料螺旋桨推进效率先增加后减小,在进速系数J = 0.8时取得最大值.桨叶总变形和等效应力分布与铺层角度有较大关系.复合材料螺旋桨的螺距角较金属螺旋桨减小,减小的螺距角与桨叶攻角的变化相匹配,自适应地提高了该螺旋桨的推进效率.      

海上风电的若干关键技术综述

海上风力发电是风电产业未来的主要发展方向.着重对海上风电所涉及的若干关键技术及发展情况进行了论述与分析,包括发电机设计及新结构研究、叶片材料选择与翼型设计、桨距控制技术、冷却系统设计技术及新进展、变流器及其控制器技术、风机塔架设计关键技术与基础结构选择、输电并网系统架构和风机状态监测技术等.采用大型直驱/半直驱风机、封...     

海上风电经混合直流并网的控制策略

海上风电经混合高压直流输电系统并网,能有效融合传统高压直流及柔性直流输电系统的优点,具有广泛应用前景.分析整个系统的拓扑结构、推导相关数学模型,提出改进的协调控制策略.在PSCAD/EMTDC软件中构建相应模型,分析风速波动条件下风电场的风速跟踪性能、逆变侧故障状态下采用不同控制策略时系统的暂态特性.仿真结果表明:风电场输出的有功功率、无功功率能随风速的波动而变化,系统具有良好的风速跟踪能力;改进的控制策略能有效提升系统直流电压的稳定性、抑制有功功率的波动、降低故障带来的冲击、加快恢复系统的稳定状态,适用于海上风电并网.     

海上风电项目施工差异性分析

我国海上风能资源非常丰富,海上风电作为风电行业的一个新兴产业,起步较晚,实施难度较大.该文来源于中海油渤海海上风电示范项目,从陆地制造、公差控制、防腐、海上运输、安装等方面对项目的实施进行分析研究,通过与陆地风电进行对比,找出其中的差异及解决措施,可以较好地规避项目实施风险,降低项目投资成本,为今后的海上风电施工提供了参考.     

海上风电柔直输电系统黑启动研究进展

随着绿色能源的快速发展,海上风电场的规模也越来越大,同时柔性直流也是海上风电场对外传输电能的主要方式。海上风电柔直输电系统在遇日常或故障检修后,需要由换流站等独立完成系统的黑启动。本研究从系统黑启动电源的选择、风电场和换流站的启动方式展开,总结出一种适用于海上风电柔性直流输电系统的黑启动策略,并归纳分析了系统启动过程中注意事项及难点,最后提出系统黑启动的未来发展方向,为今后海上风电柔直输电系统黑启动的研究和应用提供参考。     

海上浮式风机载荷计算与动力学分析研究综述

海上浮式风机是目前最具开发潜力的新型风电技术,能为蕴藏丰富的深海风能开发提供有效的解决方案.由于浮式基础的大幅度运动、缆索的非线性大变形、叶片和塔架的大柔性及叶片承受的巨大运行风载荷,使得风浪流载荷作用下海上浮式风机系统耦合动力学分析面临着巨大的挑战.考虑到海上浮式风机特有的运动和体型特征,论述了海上浮式风机水动力学、气动力学、锚泊系统动力学和刚柔耦合动力学分析等方面的研究进展,阐明了现有载荷计算和动力学分析方法存在的局限性和可能的解决方法,指出未来应从全局系统出发研究水动力学、气动力学和结构动力学耦合问题,从而发展并形成海上浮式风机的专业分析方法与工具.     

基于ANSYS的海上风机塔筒的自振特性分析

海上风电项目是可再生能源开发和利用的焦点,在开发海上风能的过程中,风机塔筒的自振特性是影响结构安全的重要一环.本文以某一风机塔筒为例,采用ANSYS有限元分析软件进行模态分析,讨论了3种处理质量、刚度非连续变截面塔筒结构的数值模拟简化建模方法,并比较3种方法在自振频率计算方面的准确性.研究表明,采用最大外径进行简化建模可以大大减小前两阶自振频率计算的误差率,所得结论可为类似结构自振频率简化计算提供依据,对于保证海上风电项目的安全性和可靠性有重要意义,具有一定的工程参考价值.     

模糊网络分析在海上风电项目风险评价中的应用

针对海上风电项目施工期和运行期可能存在的风险,提出了基于三角模糊数的模糊网络分析方法。文章首先分析了海上风电项目风险的特点并指出了现有评价方法的不适用性,进而构建了海上风电项目的风险评价指标体系,结合海上风电项目风险的特点,整合多种风险评价方法,提出基于三角模糊数的模糊网络分析法,并将其应用到具体项目的风险评价中。实证分析表明,文章所提出的方法可以定量评价海上风电项目的风险,能够为我国海上风电项目的开发提供一定的决策理论依据。     

磁流变调谐质量阻尼器在海上风机振动控制中的应用

针对近海风机在风、波浪和地震3种载荷作用下的振动控制问题,提出了基于磁流变弹性体(magnetorheological elastomer, MRE)调谐质量阻尼器(tuned mass damper, TMD)的海上风机半主动控制方法。首先,介绍了MRE的变刚度磁致力学特性及面向海上减振需求的MRE-TMD结构设计原理;其次,建立了海上风机-TMD动力学模型,计算了风、波浪及地震激励载荷;再次,应用半主动控制算法跟踪识别风机塔筒顶端响应的频率,实时调节MRE-TMD的刚度,进而对海上风机进行振动控制。通过分析导管架式近海风机在多种载荷作用下的动力响应可知,采用基于MRE-TMD的控制方法能够有效衰减导管架式海上风机在多种载荷作用下的振动响应。与被动TMD相比,MRE-TMD具有较好的减振效果,为海上风机振动控制提供了一种新的解决思路。     

基于环境等值线法的海上浮式风机长期极限响应预测

为保证海上浮式风机在复杂的风浪环境载荷作用下正常服役,需要评估海上浮式风机的长期极限响应。通过实测风浪的联合概率分布,利用基于逆一次可靠度法(IFORM)和逆二次可靠度法(ISORM)的环境等值线法获取环境工况组合,模拟风机短期响应并结合Gumbel极值分布计算风机长期极限响应,实现了对海上浮式风机50 a重现周期的极限响应预测。研究结果表明:风浪联合作用下,随着平均风速增大,平台纵荡运动、叶根面外弯矩和塔基前后弯矩出现了先增大后减少的趋势;随着有义波高增大,平台纵荡运动最大值和平均值、塔基前后弯矩最大值也随之增大;与基于IFORM的环境等值线法相比,基于ISORM的环境等值线法可以涵盖更多的环境工况组合,得到更大的浮式风机长期极限响应,进一步提高了风机结构设计安全性。     

MICP加固对海上风机单桩基础静力特性的影响

为研究微生物诱发方解石沉淀(MICP)加固技术对大直径单桩静力特性的影响,采用数值模拟方法分析MICP加固浅层土体后单桩基础的承载力、变形模式、内力分布等静力特性,并对不同加固范围、加固形状、加固强度进行敏感性分析。结果表明：使用MICP加固土体可以有效提升单桩承载力(最高达70%);加固不改变单桩变形模式,但桩周土体变形区域范围有所变化;加固可改善单桩内力分布;对于不同加固范围,加固深度超过1倍桩直径后对于提升承载力影响很小;加固半径超过3倍桩直径后对于提高单桩承载力作用较小;对于不同加固形状,承载力由大到小依次是圆柱状、倒锥状、正锥状。加固土体强度增加时,单桩承载力亦随之增加。     

海上风电机的抗台风设计

风电机组的制造成本和使用寿命取决于运行中的疲劳载荷、极端载荷和设计所依据的标准。目前,设计风电机组依据的大都是以欧洲环境特征为背景的标准,不加考虑地在台风地区使用会增加风险或制造成本。只有充分认识台风的气候特征和对风电机组的破坏机理,综合考虑,才能设计制造既能抗台风又能确保项目经济可行的风电设备。