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潮流电站平台选型及锚泊系统设计研究

作　者: 顾春江
导　师: 张亮
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 流体力学
关键词: 潮流电站模糊优选平台选型三维势流理论锚泊系统
分类号: P743
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 95次
引　用: 7次
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内容摘要

海洋潮流能是一种利用价值高、潜力巨大的新能源。利用潮流能发电不仅经济、不占土地,而且不污染环境。它具备清洁可再生的特性,在未来新能源开发利用中占据相当重要的地位。目前国内外已经建成的示范运行的潮流电站,其基本结构形式有漂浮式、桩柱支撑式和座海底式。国内试验运行的潮流电站基本上采用了漂浮式结构,基本形式都是选取特殊载体作为搭载水轮机和发电机组的工作平台。由于潮流电站需要在工作海况和恶劣海况下生存,则必须计算分析其在各种外载荷作用下的运动性能,合理设计锚泊系统,避免漂浮式电站发生倾覆的可能性。本文以正在研究的国家科技支撑项目中潮流能电站关键技术研究和示范的子项目150kW潮流电站的设计为参考对象,设计一种平台搭载直叶式水轮机,系泊于舟山海域,装机容量为300kW的潮流电站。文章所展开的工作是对近海漂浮式潮流电站设计的一种探索,以期得出的结论对该子项目的设计研究工作提供一定的参考和对比价值。论文提出了几种平台方案,并从造价、稳性、浮态以及拖曳力等因素进行比较,通过基于优先关系的模糊优化选型,选取综合评价指标最优的平台方案。然后基于三维频域势流理论,在风、浪、流的作用下,应用WAMIT对规则波作用下电站的耦合运动进行分析。根据电站平台特点提出采用四根锚链对称布置,并按锚泊线成分比例的不同,设计了四种锚泊线方案,利用HARP软件对整个系泊系统进行时域耦合分析,并对不同方案进行了对比。在此基础上,给出最优方案在不同海况和工况下的锚泊线的响应及平台六自由度运动响应值。最后基于工作海域海床的状况和系泊性能要求,选取合理的抓力锚。论文结果表明,平台优选具有实用性,锚泊设计有一定的可行性。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-22
  1.1 研究背景  11-12
  1.2 潮流能利用的技术现状  12-16
    1.2.1 国外技术发展的状况  12-15
    1.2.2 国内潮流能利用开发情况  15-16
  1.3 锚泊系统设计的研究现状  16-19
    1.3.1 国外研究现状  16-18
    1.3.2 国内研究现状  18-19
  1.4 问题的提出  19-21
  1.5 本文工作要点  21-22
第2章潮流电站平台的选型  22-51
  2.1 船体平台方案构型  22-23
  2.2 模型优化选型的模糊理论  23-28
    2.2.1 模糊集合论  23-24
    2.2.2 基于优先关系的模糊优选决策理论  24-28
  2.3 选型主要影响因素分析  28-42
    2.3.1 造价的影响  28-30
    2.3.2 稳性的影响  30-36
    2.3.3 水轮机作用力的影响  36-40
    2.3.4 拖曳力的影响  40-42
  2.4 平台模糊优选的结果  42-44
  2.5 选定平台与单体船的比较  44-46
  2.6 潮流电站的布置方案  46-50
    2.6.1 片体布置  46-47
    2.6.2 连接桥设计  47-48
    2.6.3 外设设置  48-49
    2.6.4 机舱布置及水轮机设计  49-50
  2.7 本章小结  50-51
第3章电站平台的受力及运动响应计算  51-69
  3.1 浮体在规则波中运动的三维频域势流理论  51-54
    3.1.1 流场假定及坐标定义  51-52
    3.1.2 速度势及其定解条件  52-54
  3.2 速度势的求解方法  54-57
    3.2.1 格林函数法  54-56
    3.2.2 面元法  56-57
  3.3 浮体运动方程的建立和求解  57-61
    3.3.1 浮体在规则波中的运动方程  57-59
    3.3.2 流体载荷与力  59-61
    3.3.3 浮体运动响应的稳态解  61
  3.4 电站水动力分析和计算结果  61-68
    3.4.1 模型的建立  61-62
    3.4.2 附加质量和阻尼  62-64
    3.4.3 电站在波浪中的运动和受力  64-68
  3.5 本章小结  68-69
第4章锚泊系统的基本原理分析  69-86
  4.1 锚泊系统的静力分析  69-75
    4.1.1 规范公式  69-71
    4.1.2 拖地锚计算方法  71-72
    4.1.3 有重块的锚链受力分析  72-75
  4.2 锚泊系统的动力分析  75-82
    4.2.1 弹性细长杆理论  76-79
    4.2.2 有限元模型  79-82
  4.3 软件HARP在锚泊设计中的应用  82-85
  4.4 本章小结  85-86
第5章锚泊系统的设计方案和分析  86-99
  5.1 锚泊系统设计的主要数据  86-89
    5.1.1 环境载荷  86
    5.1.2 系泊布线型式和材料选取  86-89
  5.2 模型介绍  89-90
    5.2.1 软件分析原理  89
    5.2.2 锚泊线动力响应模型介绍  89-90
  5.3 锚泊线方案的计算结果  90-94
    5.3.1 锚泊线方案的选取  90-91
    5.3.2 锚泊系统动力响应分析  91-93
    5.3.3 潮流电站定位和运动响应  93-94
  5.4 抓力锚的选取  94-98
    5.4.1 锚的受力分析  94-96
    5.4.2 锚的选取  96-98
  5.5 本章小结  98-99
结论  99-101
参考文献  101-106
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  106-107
致谢  107-108
附录A 图谱  108-109

潮流电站平台选型及锚泊系统设计研究

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