近海風(fēng)電機(jī)組支撐體系的結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)研究.pdf

1、能源危機(jī)與低碳經(jīng)濟(jì)是全世界面臨的共同問(wèn)題,風(fēng)力發(fā)電是清潔的可再生新能源,近海是建設(shè)風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的理想場(chǎng)所。但隨著風(fēng)機(jī)單機(jī)功率的增大,塔架一承臺(tái)-基礎(chǔ)樁組成的機(jī)組支撐體系,在波浪、潮汐、風(fēng)、機(jī)電的動(dòng)力荷載作用下的動(dòng)力安全逐漸成為一關(guān)鍵技術(shù)難題。
　　 本文依托東海大橋近海風(fēng)電場(chǎng)示范工程,研究了近海風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基礎(chǔ)樁群潮汐水動(dòng)力脈動(dòng)特性、承臺(tái)-樁群的結(jié)構(gòu)動(dòng)特性、支撐體系自振特性及多類(lèi)荷載作用下結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng),分析評(píng)價(jià)其動(dòng)力安全,取得

2、以下成果:
　　 (1)通過(guò)水工模型試驗(yàn)研究對(duì)稱(chēng)排列的8圓柱基礎(chǔ)樁群潮汐流水動(dòng)力脈動(dòng)特性,使用PIV測(cè)量承臺(tái)繞流流場(chǎng)。研究表明,雷諾數(shù)在亞臨界區(qū)圓柱繞流的邊界層和尾流均為湍流,且湍流中存在“疑似”脫落的旋渦。受鄰樁影響8圓柱斜樁群脈動(dòng)壓力分布復(fù)雜:并列柱影響大于串列;受間隙流和尾流影響,柱內(nèi)側(cè)出現(xiàn)谷值,內(nèi)外側(cè)不對(duì)稱(chēng)；斜柱使分離層和尾流發(fā)生偏離,形成疊加產(chǎn)生較大的脈動(dòng)壓力峰值；柱群中流向兩側(cè)柱的脈動(dòng)壓力較大,分布規(guī)律較復(fù)雜。圓柱越

3、多,小間距下St數(shù)越小,旋渦脫落頻率越低,且此小間距比的上限范圍越大。
　　 (2)采用實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析方法研究承臺(tái)-樁群的結(jié)構(gòu)動(dòng)特性,對(duì)比潮汐水動(dòng)力特性分析其流激振動(dòng)。結(jié)果揭示,塔架-承臺(tái)-樁群的整體彎曲模態(tài)頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)脫離潮汐流脈動(dòng)高能區(qū),潮汐流脈動(dòng)單獨(dú)作用對(duì)基礎(chǔ)樁振動(dòng)影響不大,但波浪力的作用不容忽視。
　　 (3)通過(guò)建立支撐體系有限元模型研究其自振特性,分析大功率風(fēng)機(jī)質(zhì)量、基礎(chǔ)樁數(shù)量對(duì)自振特性影響。分析認(rèn)為,風(fēng)機(jī)質(zhì)量對(duì)支

4、撐體系低階自振頻率影響較大；樁數(shù)減少自振頻率稍有降低,影響較小。在滿(mǎn)足安全條件下,可以適量減少樁的數(shù)量以省投資,同時(shí)改善繞流流態(tài)。
　　 (4)考慮水、風(fēng)、機(jī)電各類(lèi)動(dòng)力荷載作用的機(jī)組支撐體系動(dòng)力響應(yīng)有限元計(jì)算得出,承臺(tái)與樁群的位移較小,塔架頂部出現(xiàn)相對(duì)較大位移；位移響應(yīng)與結(jié)構(gòu)一階自振振型相近,主要系潮汐流、風(fēng)渦等低頻動(dòng)力作用；風(fēng)是主要荷載,水力荷載次之,機(jī)電荷載基本可以忽略。支撐體系的動(dòng)力安全應(yīng)從塔架高度、水力脈動(dòng)特性、基本風(fēng)壓