基于质量阻尼器的浮式风力机结构振动控制研究开题报告

 2020-02-20 10:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

能源是极其重要的物质基础,对于人类未来的发展不可或缺。目前,世界各国对以化石燃料为主的传统能源的过度使用和开发,引起了传统能源日益枯竭,生态环境不断恶化等问题。这些问题引起了国际社会的高度重视,增加对可再生能源的使用已经势在必行。

风能是清洁的可再生能源,经过几十年的研究,不论是陆上风电还是海上风电的开发都取得了瞩目的成就。但陆上可开发资源是有限的,世界各国愈加重视不占用土地资源、噪声污染小的海上风电,同时海上风能密度高、湍流度低。目前,海上风电场基本只集中在浅海,所用风力机多为固定式。我国丰富的海上风资源主要集中在水深30米以上的海域,在这样的水深下固定式海上风力机结构的经济性显著下降。今日世界各国对风电场的建造已向着水深过百米的深水区域发展,针对浮式风力机的研发有着很大的进展,有代表性的是美国可再生能源实验室(national renewableenergy laboratory,NREL)研发的5MW半潜式浮式海上浮式风力机平台以及2009年挪威建造的世界第一座2.3MW浮式海上风力机平台。和固定风力机不同,浮式风力机平台的中心位置更高;其底部基础不固定导致浮式风电机平台始终处于受力不平衡的运动状态;随机风荷载、随机浪荷载、洋流荷载等海上极端荷载则使风机平台的运动更加剧烈。这些因素使浮式风力机的内部传动系统无法正常工作,并导致风力机发电效率大大下降,甚至可能发生塔架屈曲、倾覆等事故。因此,研究如何使浮式风力机在海上风浪联合荷载工况下安全稳定地工作具有重大的理论和应用价值。近些年国内外学者对这一问题展开了研究,Namik等通过改变风机叶片桨距角来控制浮式风力机平台的运动,Fischer等提出一种基于加速度反馈的非线性控制方法,分析浮式风力机在理论上的稳定性。以上研究虽然对浮式风力机平台的运动实现了一定的控制,但仍存在叶根疲劳等重大问题。随着对浮式风力机稳定性的深入研究,调频质量阻尼器(tuned mass damper,TMD)等结构被动调谐减振控制装置首次被尝试安装在海上浮式风力机上。Lackner等初步研究了TMD对海上浮式风力机稳定性的作用,但并没有考虑外部荷载的影响。Si等证明了TMD对浮式风力机有明显的减震作用。笔者将建立耦合系统动力学模型,对典型风浪联合荷载工况,对比分析有/无配置TMD 的风力机的动力响应,分析TMD的振动控制效果。

2. 研究的基本内容与方案

论文主要研究基于调谐质量阻尼器(tmd)的浮式风力机的结构振动控制,建立耦合系统动力学模型,对典型风浪联合荷载工况,对比分析有/无配置tmd的风力机的动力响应,分析tmd的振动控制效果。

研究对象拟采用基于iti barge平台nrel 5mw风力机。

拟采用基于nrel开发的气动弹性结构动力学仿真软件fast对比分析有/无配置tmd的风力机的动力响应,并建立空气动力-水动力-控制系统-结构耦合系统动力学模型。

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3. 研究计划与安排

第5周:学习并掌握基于tmd的结构振动控制的基本理论以及浮式风力机的耦合整机动力学模型。

第6、7周:学习fast软件的使用以及风浪联合工况的建模。

第8周:在风浪联合工况下,利用fast对比分析有/无配置tmd的风力机的动力响应,最终得出关于tmd振动

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4. 参考文献(12篇以上)

[1]朱仁传,缪国平,范菊,刘桦.海上浮式风力机及其动力学问题[j].应用数学和力学,2013,34(10):1110-1118.

[2]缪国平. 海上风电场建设与海洋工程装备研发中若干水动力学关键技术问题[a]. .《风电技术》2013年06月第3期(总第39期)[c].:中国电力企业联合会科技开发服务中心,2013:6.

[3]丁勤卫,李春,叶舟,周国龙,王东华.浮式风力机平台动态响应优化研究[j].太阳能学报,2017,38(05):1405-1414.

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