浮式風機
關注創建者：HMS Dragon/D35 創建時間：2023-03-02
浮式風機的視頻教程
追風逐電| Simpack在風電行業的聯合仿真應用
追風逐電| Simpack在風電行業的聯合仿真應用（免費）【已結束】 直播時間：2023-05-30 14:00 課程背景： 隨著陸地風機發展日趨飽和，海上風機成為未來風力發電行業發展的重點領域。海上風機，尤其是深海浮式風機，持續受到海水潮汐波浪的影響，對結構設計和運行管理提出了更高的要求，將水力載荷引入風機整體仿真分析成為了必不可少的要求。
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浮式風機的實例教程
海上風力發電機建模分析_論文精讀
海上風機swt.zip
隨著大型海上風電場的建設逐步由淺水海域向深水海域發展， 傳統固定式基礎結構已不能滿足海上風機工作性能要求， 研究漂浮式風機已成為各國開發海上風能的熱點工作。本帖分享兩個海上風機論文，具體見附件。
第一個期刊論文采用風機正向設計軟件SWT對海上張力腿浮式風機整體結構進行了模態分析，得到浮式風機整體結構的動態特性。由分析結果可知，浮式基礎的振動對上部塔架有連帶作用；浮式基礎低階振型主要表現為橫蕩、縱蕩、首搖、縱搖、橫搖和垂蕩，高階振型表現為振蕩、搖動和部件振動的復合；浮式風機自振頻率和主要海浪譜頻率以及風機葉片旋轉頻率不產生共振。
第二個為碩士論文，利用專門用于風機設計的軟件 SWT(SAMCEF for Wind Turbine)，建立了三種浮式風機的模型，支撐平臺為張力腿、Spar 和駁船，對三種平臺在三種水深（200
米、300 米和 400 米）、南海海況下進行了動力響應分析和對比。同時研究了風浪載荷、波浪入射角以及波浪周期對平臺運動的影響。得到若干結論，如：1）張力腿和 Spar 平臺平衡位置隨水深的增加而上升，而駁船平臺平衡位置隨水深增加而下降；張力腿和 Spar 平臺系泊纜預張力隨水深的增加而減小，而駁船平臺預張力隨水深增加而增大，系泊纜預張力垂向分量的增量等于平臺排水重量的增量。2）三種浮式風機在一年一遇工況下平臺的運動比 100 年一遇（停機）工況下小，說明波浪載荷對三種平臺運動的影響較大；三種浮式風機的位移、偏轉角、平臺應力和系泊纜張力都在允許范圍之內，浮式風機能安全地進行工作。3）在風速一定的條件下，波高越大，平臺的運動一般也越大；波高一定時，在浮式風機正常工作的風速范圍內，風速增大對平臺運動的影響不是很大。
展開 Samcef wind turbine（SWT）在風力發電機組設計方面有著巨大優勢，分享幾篇基于SWT的風機設計碩士論文。
（1）
基于TLP原理的海上風機
對基于TLP原理的海上風機浮式基礎進行了概念設計。通過對不同平臺型式的特點分析，選定了TLP平臺基礎型式；初步確定了浮式基礎的主尺度。對海上張力腿浮式風機整體結構進行了動力響應研究。對基于TLP原理的海上風機浮式基礎進行了水動力性能研究及結構設計，進行了波浪載荷預報。此外，還進行了總體強度分析。設計了海上張力腿浮式風機縮尺比試驗模型，進行了試驗方案設計。
（2）
隨機風速下風電齒輪傳動系統的動態特性分析
基于samcef windturbine的虛擬樣機技術和有限元分析方法，對齒輪系統的動態特性進行分析，在驗證仿真模型正確的基礎上，得到系統的輪齒間動態嚙合力和動態軸承力。對結果分析表明，軸承力受外載荷影響的作用明顯，隨載荷的變化具有相同的變化趨勢，兩級行星輪系所受力矩大于平行軸傳動，在系統運行時更容易發生失效現象。
在滿足系統正常運轉及疲勞強度的條件下，根據系統可靠性定義，設計齒輪系統的可靠模型，以基本設計參數為變量，對風力發電機齒輪系統的兩級行星輪系做優化設計。
（3）
風機關鍵部件的多體動力學分析
文章首先依據3MW風力發電機組相關參數，對風力發電機組的不同部件采用不同的建模方式，在實體模型的基礎上進行風機關鍵部分的超單元建模，超單元法在風力發電機組中的應用大大縮減了模型的自由度，對機艙底盤和輪轂主軸的超單元模型與有限元的模型模態的進行對比。
搭建整機模型，根據IEC標準進行了風模型創建，工況設計，載荷計算及后處理。在瞬態分析中做了三方面研究：控制器性能檢測研究，風速對載荷的影響研究及自動譜分析。
百度鏈接：http://pan.baidu.com/s/1sjkiyux
展開 在結合現有浮式風機平臺方案優點的基礎上，建立面向深遠海浮式風力機平臺的流程化設計方法并研發新型浮式風機平臺方案，對于未來深遠海風能具有重要的理論意義和工程應用價值。
鑒于此，本文基于初穩性設計原理并借鑒半潛式與單柱式浮式平臺的結構特點，設計了一種大吃水、小水線面積、具有傾斜側柱的新型浮式平臺，根據穩性與設計要求改變結構主尺度與調整質量分布從而對平臺初始參數進行迭代優化。
圖1 新型浮式平臺結構圖
02
新型浮式平臺設計方案
提高浮式平臺穩性有2種辦法：降低重心與增大慣性矩。當前主流的浮式平臺亦是基于這 2 種辦法設計的，例如單柱式平臺通過增大吃水深度從而降低重心，半潛式平臺通過多立柱設計從而增大慣性矩。
然而，上述2類方案均存在其弊端。例如，一味降低重心勢必會增加適用水深與制造成本，導致浮式平臺適用性的降低；而一味增大側柱間距或直徑雖可增大慣性矩，但將導致支撐結構的應力增大，且平臺排水體積增加導致垂蕩共振易于發生。故本文提出，新平臺方案采取將側柱由中間向外傾斜，使得側柱向外傾斜一定角度，保證具有足夠的慣性半徑從而顯著增大慣性矩。在此設計思想的基礎上進行新平臺尺寸參數優化，該流程如圖2所示。
展開 螺旋樁(Helical Pile)的安裝過程
一、工程背景：
螺旋樁具有便于安裝和抗拉拔能力極強的特點，在陸地上廣泛使用，在海洋巖土工程中也具有極大的應用潛力，例如作為螺旋錨(Helical anchor)來錨固浮式風機(Offshore floating wind turbine)。
二、模型建立：
采用耦合歐拉拉格朗日法(CEL)來模擬螺旋樁貫入過程中遇到的網格畸變問題, 為土體大變形的模擬。螺旋樁處理成離散剛體，土體本構采用摩爾庫倫本構模型。該模型可用于模擬砂土或均質粘土（均質粘土簡化為Tresca本構模型）
三、最終貫入動態效果圖：
圖1：貫入的動態效果
圖2：貫入過程中等效塑性應變的變化
圖3：貫入過程中應力的變化
四、建模細節：
螺旋樁(處理成拉格朗日體)網格的劃分：
圖4：螺旋樁網格的劃分
圖5：螺旋樁螺片網格的劃分細節
土體處理成歐拉體，且預留出空氣層以容納螺旋樁貫入時表面土體的隆起效應：
圖6：土體為歐拉體，藍色部分為土顆粒，紅色部分為空氣層
圖7：半模型展示
五、靜態結果展示
圖8：安裝過程中土體的流動(藍色部分)
圖9：安裝過程中土體的等效塑性應變分布
圖10：安裝過程中土體的應力分布
展開 文章來源：風機技術
浮式風機的最新內容
[15] 鄭侃.風浪聯合作用下半潛式浮式風機結構響應及故障分析[D].大連：大連理工大學，2018.
[16] 郭俊凱,瞿沐淋,王偉,等.多載荷共同作用對大型風力機關鍵部件受力影響分析[J].風機技術,2021,63(3):56-66.
[17] Yang Y, Bashir M, Michailides C, et al.
在結合現有浮式風機平臺方案優點的基礎上，建立面向深遠海浮式風力機平臺的流程化設計方法并研發新型浮式風機平臺方案，對于未來深遠海風能具有重要的理論意義和工程應用價值。
海上風機，尤其是深海浮式風機，持續受到海水潮汐波浪的影響，對結構設計和運行管理提出了更高的要求，將水力載荷引入風機整體仿真分析成為了必不可少的要求。
▌ 2. 微笑憨憨_孫一凡老師Simpack系列視頻推薦
讀了以上文章相信大家已經對孫一凡老師有了一定的了解，目前在技術鄰平臺，老師也發布了Simpack原創學習視頻：
1.
近幾年，海上浮式平臺被用作風機基礎也越來越多，對浮式平臺的力學性能研究也愈發顯得重要。海洋浮式平臺的建筑材料主要為鋼材，本案例研究其在風浪水平荷載下的力學行為。
海洋浮式基礎(floating foundation)
2. 建模
該模型為3維模型，材料的為鋼材，楊氏模量為215Gpa,泊松比為0.28。
螺旋樁(Helical Pile)的安裝過程
一、工程背景：
螺旋樁具有便于安裝和抗拉拔能力極強的特點，在陸地上廣泛使用，在海洋巖土工程中也具有極大的應用潛力，例如作為螺旋錨(Helical anchor)來錨固浮式風機(Offshore floating wind turbine)。
筆者對斷裂力學方法在工程上的應用十分關注，目前的主要應用有：
• 在規范層面，目前船舶行業已經對LNG Type B貨艙要求做裂紋擴展分析；
• 在海工結構（導管架平臺）工程應用層面，工程臨界分析（ECA）也經常得以應用來分析“已知”裂紋，以支持維修決策和制定檢驗方案等等, DNV-ST-0119中，對于浮式風機基礎，視斷裂力學方法為疲勞壽命計算的方法之一
2）三種浮式風機在一年一遇工況下平臺的運動比 100 年一遇（停機）工況下小，說明波浪載荷對三種平臺運動的影響較大；三種浮式風機的位移、偏轉角、平臺應力和系泊纜張力都在允許范圍之內，浮式風機能安全地進行工作。3）在風速一定的條件下，波高越大，平臺的運動一般也越大；波高一定時，在浮式風機正常工作的風速范圍內，風速增大對平臺運動的影響不是很大。
（1）
基于TLP原理的海上風機
對基于TLP原理的海上風機浮式基礎進行了概念設計。通過對不同平臺型式的特點分析，選定了TLP平臺基礎型式；初步確定了浮式基礎的主尺度。對海上張力腿浮式風機整體結構進行了動力響應研究。對基于TLP原理的海上風機浮式基礎進行了水動力性能研究及結構設計，進行了波浪載荷預報。此外，還進行了總體強度分析。
