近海风电机组安装及维护多功能作业船的研究

【摘要】： 风力发电是清洁可再生能源,储量巨大,具有实际开发利用价值。中国水电资源370 GW,风能资源有250 GW。大量风能开发不仅是市场的需要,也是风力发电发展的需要。本论文在此背景下,依托上海交通大学船舶设计国家重点实验室的国家基金项目—“近海风电机组安装及维护多功能作业船的研制”,结合国外风车安装船的最新研究进展,对一风车安装船概念设计、稳性性能、阻力预报与航速设计和工作时桩腿受力及稳性进行分析和研究: (一)风车安装船船型的方案论证。 根据总布置、结构、操作管理、建造等各方面的要求,结合国内外研究开发成功的风车安装船船型特点,提出了风车安装船船型方案,依次开展了主体尺度要素优选、型线设计及光顺、桩腿尺度和布局要素确定、总布置设计、重量重心估算等工作。 (二)风车安装船的完整稳性研究。 本文采用静力学方法研究风车安装船的完整稳性。从满足稳性要求和避免谐摇两方面探讨了初稳心高的选取;建立了该船型大倾角时复原力臂的计算模型,稳性计算采用软件Hydromax模块进行。 (三)风车安装船的阻力预报与航速设计。 采用Maxsurf软件中的Hullspeed模块,分别采用排水量船型方法和切片法(Slender body method)对全船阻力进行预报,并总结出Holtrop法更加有效地预报了全船阻力变化规律,符合工程实际情况。 (四)风车安装船工作时桩腿受力及稳性。 风车安装船在海上实施作业时,会遭遇海上风、浪、流联合作用,本论文选取工作时的最危险海况进行桩腿受力情况分析计算。着重讨论了主吊机在不同角度起吊重物时对全船稳性的影响。并提出了最有益于风车安装船稳性的主吊机工作状态。 【关键词】：风车安装船 概念设计 性能 桩腿受力 工作时稳性
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TM315
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-15
• 第一章 绪论15-26
• 1.1 研究背景及意义15-16
• 1.2 海上风电场16-20
• 1.2.1 风车基础形式16-18
• 1.2.2 典型的风车安装船18-20
• 1.3 风车安装船型的发展史及其在国际和国内的开发研究综述20-25
• 1.3.1 风车安装船在国际的开发研究20-23
• 1.3.2 海上风车安装船的主要装置23-24
• 1.3.3 风车安装船设计关键技术24-25
• 1.4 本文的意义和主要工作内容25-26
• 第二章 基于规范的风车安装船设计26-36
• 2.1 引言26-27
• 2.2 风车安装船的漂浮稳性27-29
• 2.2.1 风车船海上漂浮运动27-28
• 2.2.2 漂浮稳性衡准28-29
• 2.3 完整稳性29-30
• 2.4 风车船着底稳性设计标准30-35
• 2.4.1 抗倾标准30-31
• 2.4.2 抗滑稳性标准31-32
• 2.4.3 桩腿承载力与桩腿入土深度32-35
• 2.5 本章小结35-36
• 第三章 风车安装船方案设计36-55
• 3.1 引言36
• 3.2 风车安装船的基本要求36-37
• 3.3 风车安装船的设计要求37-38
• 3.3.1 设计环境条件37
• 3.3.2 油料要求37-38
• 3.3.3 标准化38
• 3.4 风车安装船的主要要素确定38-43
• 3.4.1 风车安装船长度L38-39
• 3.4.2 风车安装船宽度B39-40
• 3.4.3 型深D40
• 3.4.4 桩腿和升降装置40-42
• 3.4.5 主要技术指标42-43
• 3.5 主体型线设计43-46
• 3.5.1 Maxsurf 软件简介43
• 3.5.2 MAXSURF 及HYDROMAX 模块的主要功能43-45
• 3.5.3 风车安装船主体型线设计结果45-46
• 3.6 风车安装船载重量估算46-47
• 3.7 风车安装船的总布置设计方案47-50
• 3.8 舱容50-52
• 3.8.1 货舱容积50-51
• 3.8.2 压载水舱容积51
• 3.8.3 燃油舱容积51
• 3.8.4 淡水舱容积51-52
• 3.8.5 舱容的校核与计算52
• 3.9 船体52-53
• 3.9.1 总则52
• 3.9.2 甲板52-53
• 3.9.3 双层底53
• 3.9.4 甲板室53
• 3.9.5 燃油舱53
• 3.9.6 压载水舱53
• 3.10 本章小结53-55
• 第四章 风车安装船的主要性能计算55-80
• 4.1 引言55-56
• 4.2 风车安装船初稳性研究56-61
• 4.2.1 初稳性高((GM)|-) 的确定58-60
• 4.2.2 初稳性高及静水力特性计算结果60-61
• 4.3 大倾角稳性计算61-67
• 4.3.1 回复力臂计算原理61-62
• 4.3.2 计算结果62-67
• 4.4 完整状态下的一般稳性衡准67-69
• 4.4.1 总则67-68
• 4.4.2 完整稳性衡准68-69
• 4.5 阻力预报与航速估算69-79
• 4.5.1 Hullspeed 模块简介69-73
• 4.5.2 风车安装船阻力预报方法73
• 4.5.3 计算结果输出73-77
• 4.5.4 航速估算77-79
• 4.6 本章小结79-80
• 第五章 作业时桩腿受力及稳性计算80-96
• 5.1 风车安装船在波浪中的运动响应80-85
• 5.1.1 三维势流理论80-81
• 5.1.2 计算模型81-82
• 5.1.3 波浪特征82-84
• 5.1.4 波浪力计算结果84-85
• 5.2 风载荷计算85-87
• 5.2.1 风载荷85-87
• 5.2.2 风载荷结果87
• 5.3 海流载荷87-89
• 5.3.1 桩腿流载荷87-88
• 5.3.2 船体流载荷88
• 5.3.3 流载荷结果88-89
• 5.4 风车安装船工作时稳性计算89-95
• 5.4.1 空船重量及重量重心89
• 5.4.2 吊机收起在舷侧的情况89-91
• 5.4.3 吊机旋转30°起吊重物时稳性校核91-92
• 5.4.4 吊机旋转60°起吊重物时稳性校核92-93
• 5.4.5 吊机旋转90°起吊重物时稳性校核93-95
• 5.5 本章小结95-96
• 第六章 结论与展望96-102
• 6.1 风车安装船在我国应用的前景展望96-98
• 6.2 工作总结及亟需深入研究的方向98-100
• 6.2.1 方案设计98-99
• 6.2.2 稳性性能研究99-100
• 6.2.3 工作时桩腿受力与稳性计算100
• 6.3 工作心得100-102
• 参考文献102-105
• 致谢105-106
• 攻读学位期间发表的学术论文106

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