论文部分内容阅读
随着陆地资源逐渐稀缺,建立超大型浮式平台(very large floating structure,VLFS)已成为热门话题,该方法对环境友好,且易于建造和拆除,应用前景十分广泛。然而目前大多数VLFS为浮筒式或半潜式,不同模块的垂向荷载差异会使各模块间产生较大的吃水差,导致连接器受到较大的垂直荷载,若采用张力腿平台(tension-leg platform,TLP)作为基本模块,则能利用张力腿预张力维持平台吃水稳定,减小模块相对运动和连接器垂向荷载,并提高平台模块的可变荷载承载能力。而且海波蕴藏着巨大的能量,若VLFS能结合利用波浪能发电装置(wave energy converter,WEC),不仅能为VLFS提供能量,还能减弱波浪荷载对VLFS的作用。因此,本文探索性提出一种由TLP模块和WEC模块集成的模块化张力腿式大型浮式平台(modular TLP-WEC,MTLPW)。该集成系统能较好地缓解我国土地和能源压力,还能捍卫我国海域和岛屿主权,从而推进我国海洋强国的战略目标。本文主要研究内容及成果如下:(1)提出一种MTLPW系统的初步概念设计方案,主要包含对称分布在最外侧的两列纵摇式WEC模块和内侧若干列TLP模块、三种连接器类型和两种辅助装置(附加垂荡板和附加10 MW水平风力机),并考虑多体水动力耦合效应和机械耦合效应,分别建立了简化3体和7体MTLPW系统的数值模型。(2)研究WEC模块的主要设计参数对3体MTLPW系统水动力响应特征的影响。结果表明最外侧WEC模块不仅能够有效地降低中心TLP模块的纵荡响应,还能提供可观的波浪能发电。(3)研究了连接器类型、张力腿预张力、附加垂荡板以及附加风力机对MTLPW系统水动力响应及发电特征的影响,结果表明最外侧WEC模块和附加垂荡板的结合能够有效地改善集成系统的水动力性能,中心TLP模块能够承受2000 t垂向荷载变化,而附加风力机在整个能源结构上能起主导作用,且对集成系统水动力性能影响较小。(4)通过对比研究5种连接器组合模式对7体MTLPW系统水动力响应特征的影响,结果表明最外侧WEC模块的连接方式对集成系统水动力响应影响较大,而连接器弯矩极值荷载主要受连续固定连接模块数量的影响。若合理使用铰接连接器优化MTLPW系统的连接组合模式,则内侧TLP模块数量对集成系统水动力响应影响较小,因此MTLPW系统具有较好的可拓展性。