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碟形越浪式波能发电装置锚固系统设计研究
作 者: 刘栋
导 师: 史宏达;梁丙臣
学 校: 中国海洋大学
专 业: 港口、海岸及近海工程
关键词: 碟形装置 AQWA 锚固系统 运动响应
分类号: P743.2
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
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内容摘要
海洋波浪能是一种清洁的可再生能源。利用波浪能发电既不占用土地,不受气候影响,也不污染环境,是开发前景广阔、潜力巨大的新能源。我国波浪能储量丰富,深入研究波能转换装置,对解决我国日益严峻的能源和环境问题具有重要意义。碟形越浪式波能发电装置是一种新型的波能发电装置,它采用了漂浮结构形式,上部漂浮结构为水轮机和发电机组提供工作平台。本文以碟形越浪式波能装置的实用化为背景,对发电装置的锚固系统进行系统设计。为保证发电装置在风、海浪、海流工作海况下的正常发电和恶劣海况下的安全生存,合理设计其锚固系统至关重要。本文应用基于三维势流理论原理的AQWA-LINE软件,计算了装置浮体在规则波中水动力特性,根据计算结果和对现有锚固系统形式的分析,提出锚链张力腿这一新的锚固方式,并对锚链几何尺寸和海底锚固基础进行合理设计,最后对装置在规则波和不规则波中的运动性能进行了校核,证明该种锚固系统设计方案适合本装置开发。运用AQWA-NAUT软件对锚固系统设计方案下装置运动响应和锚链张力进行计算,考虑正常工作海况和恶劣海况两种情况。计算结果表明:锚固系统对装置定位效果较好,装置运动响应幅值(尤其是主要影响工作性能的横荡和垂荡)满足装置工作稳定性要求,锚泊力满足装置安全性要求,装置在低水位的工作状态较高水位时不利。
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全文目录
摘要 5-6 Abstract 6-10 1. 前言 10-24 1.1 研究背景 10-13 1.1.1 能源危机 10 1.1.2 海洋能概述 10-12 1.1.3 波浪能利用 12-13 1.1.4 我国波浪能状况 13 1.2 离岸漂浮式波能利用装置技术现状 13-19 1.2.1 国外研究现状 13-17 1.2.2 国内研究现状 17-19 1.3 近海漂浮式海洋结构物锚固系统设计现状 19-23 1.3.1 垂直导桩锚固形式 19-20 1.3.2 悬链线锚链锚固形式 20-21 1.3.3 张力腿锚泊形式 21-23 1.4 本文研究内容 23-24 1.4.1 课题来源 23 1.4.2 本文工作要点 23-24 2. 浮体运动基本理论 24-36 2.1 概述 24-25 2.1.1 装置受力概述 24-25 2.1.2 装置运动概述 25 2.2 三维势流理论 25-28 2.2.1 坐标系定义 25-26 2.2.2 速度势 26-28 2.3 频域线性运动方程 28-34 2.3.1 频域运动方程 28 2.3.2 流体作用力求解 28-34 2.4 二阶作用力 34-35 2.5 本章小结 35-36 3. 装置浮体的受力和运动计算 36-55 3.1 发电装置简介 36-39 3.1.1 装置介绍 36-39 3.1.2 前期研究 39 3.2.A QWA 软件应用 39-46 3.2.1.A QWA 概述 39-40 3.2.2.A QWA 模块介绍 40-42 3.2.3.A QWA 计算步骤 42 3.2.4 模型建立 42-46 3.3 装置浮体受力和运动计算 46-54 3.3.1 装置工作环境条件 46 3.3.2 风荷载计算 46-47 3.3.3 海流荷载计算 47 3.3.4 波浪荷载计算 47-53 3.3.5 装置浮体运动计算 53-54 3.4 本章小结 54-55 4. 发电装置锚固系统方案设计 55-95 4.1 锚固系统形式选取 55-57 4.1.1 锚固系统选型要求 55 4.1.2 锚固系统选型 55-56 4.1.3 锚链张力腿锚固系统原理 56-57 4.2 锚链张力腿锚固系统方案设计 57-88 4.2.1 工作海况设计环境条件 57 4.2.2 锚链选取和布置 57-60 4.2.3 装置受力和运动响应计算 60-85 4.2.4 海底锚固基础 85-86 4.2.5 设计方案小结 86-88 4.3 恶劣海况下锚固系统设计方案安全验算 88-94 4.3.1 恶劣海况设计环境条件 88-89 4.3.2 装置受力和运动响应计算 89-94 4.4 本章小结 94-95 5. 结论与展望 95-97 5.1 结论 95-96 5.2 不足与展望 96-97 参考文献 97-100 致谢 100-101 个人简历 101 攻读硕士学位期间发表的学术论文 101
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中图分类: > 天文学、地球科学 > 海洋学 > 海洋资源与开发 > 海洋动力资源开发 > 波浪能
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