漂浮式海上风电张力腿平台筋腱选型与防腐蚀论述

文章通过对现有的漂浮式平台张力腿筋腱进行调研,简要分析了筋腱类型及优缺点,总结了常见漂浮式平台筋腱防腐蚀措施。在此基础上,探讨了受限于海洋腐蚀环境的两种筋腱提高耐久性的防腐措施,为漂浮式风电深水平台筋腱选型提供参考和依据。     

TLP风机基础二阶动力响应研究

针对概念设计的位于南海的三腿TLP浮式风机基础,应用基于水动力与空气动力耦合的FAST程序在时域内开展了风机基础的动力响应分析。结果表明,风载荷对TLP风机基础六个自由度的动力响应,尤其是纵摇影响显著。由于耦合作用,二阶波浪力进一步增大了基础的纵荡、横摇和艏摇响应。谱密度分析表明,风载荷及二阶波浪力显著地增大了浮式基础水平面内的低频运动。此外,基于风机基础运动时程,应用ORCAFLEX软件开展了时域内筋腱的顶部张力特性分析,结果表明,风载荷和二阶波浪力增大了筋腱顶张力幅值。     

张力腿式风电机组基础设计的挑战

文章通过总结我国首座在规划漂浮式风电场的张力腿式风电机组选型设计所遇到的技术挑战,详细探讨了海上风电张力腿式基础的总体设计、mathieu不稳定性分析、非线性耦合动力学分析以及开发张力筋腱及其连接装置遇到的困难,并提出相对应的解决方案,可为海上风电机组张力腿式基础设计提供参考。     

南港冰期海上漂浮式光伏技术试验研究

海上漂浮式光伏在北方冬季面临被海冰破坏的危险,冰期海洋环境对漂浮式光伏的影响尚处于研究初级阶段,因此非常有必要开展相关研究。为了有效防冰与抗冰,本文从水动力、波浪冲击性、支架稳定性、海水腐蚀、锚固方式等方面入手,首先对光伏方阵总环境载荷进行计算与仿真,然后对集装箱式漂浮防波堤、浮体方阵结构、支架、配件材料及锚固系统等进行优化设计,最后在潮汐变化显著的天津南港近海水域进行了冰期试验。试验数据与结果表明：浮式防波堤能有效阻挡围堰外海冰,消浪效果达到设计要求;塑料螺栓不仅可以有效避免因潮汐产生的浮体松动,而且能抵抗来自高盐高雾环境的腐蚀;设计的锚固系统能有效固定光伏方阵,使其漂移在可控范围内。该试验研究成果为优化北方冰期海上光伏技术方案提供了试验依据与理论支持。     

基于文献计量学的深远海地质研究分析与展望

深远海海洋地质的研究具有重要的科研和社会价值,是当今国际发展的一大趋势。运用CiteSpace软件对Web of Science核心数据库中相关文献进行分析,探究当前国际研究现状、研究热点和前沿。结果表明,该领域目前仍处于发展阶段并具有广阔的研究和应用前景,90年代前后为其迅速发展阶段;欧美等发达国家在该领域成果突出,而我国近年来呈现上升势头,但仍有较大的发展空间;深远海地质的文献联系不够紧密,各学科方向有待完善。其中,构造地质学和沉积学是该领域的热点研究方向,地球化学物理方法是常用的研究手段,海底峡谷是热点研究区域,全新世是研究的主要时期。     

基于能耗最优的TLP张力腿水下无线监测组网方法研究

张力腿作为张力腿平台(tension leg platform,简称TLP)的重要组成部分,服役水深大,动力学行为复杂多样。为了保障张力腿的结构安全,开展张力腿的水下全方位监测十分必要。文中以某TLP为依托,构建一套能耗最优的张力腿监测系统。首先,利用附加质量法对张力腿进行湿模态分析,结合有效独立法与模态置信度准则确定张力腿监测节点的具体布设方案;其次,以能耗最低为优化目标,基于遗传算法建立了水下无线组网监测方案,同时讨论了监测节点存在失效时监测数据传输路径改变方案;最终,得到一套能耗最优的TLP张力腿水下无线组网监测方法,以降低水下监测系统维护成本。     

基于锚杆体系的重力式海上风电基础结构受力特性分析

文章以某风电场项目为背景,应用预应力锚杆对传统重力式海上风电基础结构进行优化,组成一种基于锚杆体系的重力式海上风电基础型式。采用ABAQUS软件对锚杆重力式基础结构进行受力分析,研究在正常工况和极端工况两种荷载条件下,结构的位移、应力变化情况以及地基的破坏形式。结果表明,预应力锚杆结构能够有效减小重力式海上风电基础在正常和极端受力工况下的水平位移、转角和沉降量,同时改变地基的破坏形式,有效提升结构的整体稳定性,该结构可为今后重力式海上风电基础的应用优化发展提供一定的参考。     

安装误差对半潜漂浮式风机悬链线系泊系统性能的影响

由于浅水深条件下悬链线系泊系统的性能对系泊缆长度和几何形状更为敏感,悬链线系泊系统的安装误差对其性能的影响较深水条件下的更为显著。因此首先对适用于半潜漂浮式风机的悬链线系泊系统施工进行研究,分别确定了锚安装位置误差、系泊缆预铺误差和系泊缆与漂浮式基础回接误差的来源,并根据施工条件给出了误差值。之后,以浮体动力学仿真作为手段,对系泊缆系统施工误差对其性能的影响进行基于时域仿真的量化研究。研究表明,锚安装位置误差对系泊系统性能影响不大,但系泊缆预铺和回接的误差对系泊系统性能的影响较大。系泊缆回接的误差可造成系泊缆张力平均值和标准差与设计值偏差近20%,可能对系泊系统疲劳寿命评估产生较大的影响。与系泊缆回接误差相比,系泊缆预铺误差的产生原因更为复杂,由于系泊缆预铺误差往往导致系泊缆长度增长,存在误差的系泊缆张力的各项统计值总体偏小,但可能会造成同组无误差系泊缆的张力过载。     

水下挤密砂桩加固海上风电重力式基础地基研究展望

文章针对软土层厚度10m 左右下伏基岩的地层结构,从控制海上风机垂直度和经济性角度论述水下挤密砂桩加固重力式风电基础地基的优势,分析水下挤密砂桩加固黏性土及砂性土地基的机理。结合风电实例工程,依据最不利荷载组合对水下挤密砂桩复合地基承载力、稳定性和沉降进行了详细计算,并提出了保证重力式基础不均匀沉降的措施。结果表明:采用水下挤密砂桩复合地基加固软弱土层可以满足重力式基础承载力及不均匀沉降的要求。     

OC4漂浮式风电平台的水弹性响应及波浪载荷研究

漂浮式风电平台在波浪中的摇晃运动会导致塔架根部产生很大的弯矩,极大地威胁平台结构安全。同时流体的附连水质量效应对平台塔架结构的动响应有着较为显著的影响,因此充分考虑这种流固耦合效应有利于更加准确地评估平台塔架的结构动响应。采用三维频域线性水弹性方法计算塔架在流体作用下的结构共振频率特征以及各阶模态振动的主坐标响应特性,然后通过弹性模态叠加法获得塔架的弯矩载荷。并结合概率学手段,预报了短期极限海况下塔架弯曲载荷响应,为新一代漂浮式风电平台结构安全性评估和方案设计提供了技术支撑。     

基于实测波浪的单桩式海上风电基础波浪力计算研究

基于实测波面的波浪力获取作为结构动力响应分析以及数字孪生模型建立的必备环节,对海上风电数字化运维至关重要。为了满足更大的装机容量需求,单桩式海上风电基础趋于大型化,其尺度因子D/L也随之增大;并且实际海域均为非规则波,以尺度因子划分波浪力计算理论的方法对非规则波的适用性尚不明确。通过建立数值水槽,依据实际工况对不规则波与桩基的作用进行数值模拟,得到入射波浪场与桩基所受波浪力,在此基础上,基于入射波浪场分别采用Morison方程以及绕射理论求解波浪力并将之与数值模拟结果进行对比,分析了不同波浪力计算理论关于尺度因子的适用性,同时探究了波浪要素对计算精度的影响。结果表明：Morison方程在波高较大时精度下降;相对于Morison方程,绕射理论在该尺度下的精度更高。最后,通过分析实测数据进一步探讨了典型工况下的波浪力特征,以期通过实测波面计算波浪力的方法为实际服役风机波浪力计算提供技术支持。     

海洋平台吸力式基础的土工离心模拟研究与分析

综述了国内外已开展的海洋平台吸力式基础的离心模型试验研究,重点讨论了应用离心机模拟吸力式基础承载特性的研究现状。     

基于MADM的自升式钻井平台主尺度方案优化

针对不同评价指标对决策结果影响权重多样性的问题,建立多属性决策模型对平台主尺度方案进行优化决策。基于自升式平台主体设计参数数据库,采用BP人工神经网络建立平台主尺寸关键参数多变量预测模型,在此基础上开展主尺度方案正交优化设计。将桩腿屈服强度、屈曲稳性、整体抗倾稳性作为平台安全适用性评估准则,进一步运用多属性决策理论,建立基于信息熵的自升式平台主尺度方案决策方法。研究结果表明,BP人工神经网络预测模型具有较高的预测精度;多属性决策模型可以将平台结构安全适用性定量评估引入方案决策过程中,而且综合考虑了不同评价指标对平台主尺度设计方案的影响程度及敏感性;最终,对SD-400自升式平台主尺度进行优化决策,验证了该方法的工程适用性。     

防波堤椭圆形桶式基础结构的贯入受力特性实验研究

某工程拟在深水软土地基上修筑防波堤,为了尽量减少地基处理充分利用天然地基,创新性设计出一种轻型薄壁的预制防波堤结构,其挡浪部分为直立薄壁圆筒,基础部分则为倒扣的薄壁椭圆形桶,并且椭圆形下桶为外壁和内隔板分成9个格室,防波堤结构浮运至指定位置后,拟采用负压工法施工安装就位。这种新型防波堤结构为国内外首次提出,其下沉施工设计尚无规范可循,为此开展了土工离心模型试验,在模型加速过程中模拟了椭圆形下桶基础在淤泥层中的自重下沉,之后利用新研发了一种大行程作动加载装置给椭圆形下桶施加下推力,让其继续向下贯入直至穿越整个淤泥层,以模拟负压工法的贯入下沉。试验测量了下桶贯入下沉过程中的推力与贯入位移,还尝试测量了桶壁和内隔板断面的压应变,由此分析了下桶基础的下沉总阻力、桶壁摩擦力以及截面压应变随贯入位移的变化。结果发现,这些曲线均出现了转折点,根据转折点对应的下沉总阻力确定了椭圆形下桶基础贯入过程所遭遇的临界下沉总阻力值,据此估算了负压工法中所需施加的压力差。     

基于非结构网格的高分辨率隐式算法研究及应用

采用LU-SGS隐格式离散N-S方程,求解过程引入超松弛系数。数值水槽试验研究发现,超松弛系数的引入可以提高计算结果收敛速度,其取值范围一般在1~1.3之间。应用LU-SGS算法,建立了高分辨率的大东港海域潮流泥沙数学模型,计算结果表明,该算法稳定性好,计算精度能够满足实际工程应用,具有模拟大范围海域潮流泥沙运动的能力。     

基于深度学习RCF模型的三都澳筏式养殖区提取研究

三都澳是中国重要的海水养殖海湾,在水产养殖中占有较高的经济地位。快速准确地获取养殖区的分布范围、数量以及面积等信息,对养殖区规划、产值估计、生态调查、风暴潮灾害预防等具有重要的意义。然而,随着养殖区域的扩大,海水背景状态愈发复杂多样,光谱特征差异较大,为养殖区提取带来困难。在本实验中,利用高分辨率遥感卫星GF-2图像,引入深度学习RCF（Richer Convolutional Features）网络模型对海湾内的筏式养殖区进行了提取。结果显示:该方法无需事先对区域进行水陆分离处理,且对水中泥沙较多的区域以及海浪较大的区域有很好的提取效果,提取精度达93%以上,适合进行大规模海水养殖区提取应用。     

基于非线性数学模型的半潜式平台共振运动特性研究

共振运动是深海浮式平台设计的关键考虑因素之一,对海洋平台的作业具有重要影响。采用半潜式平台运动的非线性耦合数学模型,考虑浮筒和横撑出入水以及垂荡、横摇和纵摇运动耦合对平台浮力和恢复力的影响,研究半潜式平台非线性共振运动特性,以及不规则波浪参数对运动的影响。研究表明:在非线性耦合运动和浮力变化的影响下,半潜式平台纵摇和垂荡运动的固有周期会随运动幅值的增大而逐渐减小,且最终趋于稳定,对纵摇运动周期的影响更为显著;非线性效应会使半潜式平台产生显著的低频纵摇共振响应,以及共振频率漂移的现象,且受随机种子和波浪周期的影响较小。     

基于紫外荧光法检测水中油含量的浸入式传感装置的研究

介绍了一种基于紫外荧光分析法的水中油类污染物的检测传感器的设计。重点介绍了该传感探头的检测部分和控制部分的设计,检测部分由紫外发光二极管和探测器等组成信号采集装置,控制部分通过采用运算放大器、滤波器以及模数转换器实现了对微弱信号的高精度放大和处理。紫外荧光分析法具有快速、非接触性检测、操作简单、绿色环保无污染等优点,结合单片机技术在工程上有广泛应用。     

基于BP神经网络的深水自升式海洋平台智能控制模型试验研究

基于BP神经网络控制方法设计了一种适用于自升式海洋平台的智能控制系统。为了验证该控制系统的有效性,以墨西哥湾海域某典型深水自升式海洋平台为原型,根据动力相似准则按照1∶40的相似比设计海洋平台试验模型,采用磁流变阻尼器作为实施该智能控制方法的控制器,并对其主要参数进行了设计。在此基础上,在波浪水池中分别对有、无安装控制系统的自升式海洋平台模型进行了多工况的波浪试验,通过对比安装控制系统前后平台结构的响应幅度,研究了控制系统的振动控制效果。试验结果表明:基于BP神经网络的磁流变阻尼智能控制系统能够有效地控制自升式海洋平台结构的动力响应,且控制效果稳定。