中國風(fēng)電材料設(shè)備網(wǎng):一年一度的風(fēng)能行業(yè)的盛會——2014北京國際風(fēng)能大會暨展覽會，于22日在北京新國際展覽中心盛大開幕，本屆大會的主題是“和諧共贏，構(gòu)筑穩(wěn)健的風(fēng)電市場”。10月22日下午“風(fēng)電機(jī)組總體設(shè)計(jì)”專場——來自鑒衡認(rèn)定中心的符鵬程工程師，他演講的內(nèi)容是“海上風(fēng)力發(fā)電載荷仿真方法探討”下面是文字實(shí)錄：
    劉琦：下面為大家做演講的是來自鑒衡認(rèn)定中心的符鵬程工程師，他演講的內(nèi)容是海上風(fēng)力發(fā)電載荷仿真方法探討。
    符鵬程：大家好！首先講一下載荷仿真的理論，這是一個(gè)海上風(fēng)力發(fā)電，其實(shí)是東海大橋里面的項(xiàng)目。海上風(fēng)電其實(shí)分兩個(gè)部分，首先是機(jī)組部分，然后是基礎(chǔ)這邊。對于機(jī)組部分它受的載荷其實(shí)主要來自于風(fēng)，而風(fēng)它其實(shí)作用的主要位置也是葉片。對于機(jī)組部分，它的載荷來自于海水，得到風(fēng)對機(jī)組的影響，以及海水對機(jī)組的影響之后，載荷之下整體的響應(yīng)也是需要我們進(jìn)行考慮的。
    首先，介紹一下風(fēng)載的計(jì)算理論，因?yàn)轱L(fēng)主要作用在葉片上，然后塔架包括機(jī)艙和輪轂，它其實(shí)是一個(gè)次要的載荷來源。對于葉片部分，我們其實(shí)采用的是一個(gè)動量-葉素的理論。對于水動力部分，也就是海水，因?yàn)樗饕彩亲鳛樵谶@個(gè)機(jī)組上，水動力部分我們現(xiàn)在主要用的理論是一個(gè)Monison的使用理論，得到載荷。得到風(fēng)載和水動力的載荷輸入之后，相當(dāng)于這是兩個(gè)載荷輸入的條件，我們需要把這個(gè)機(jī)組跟基礎(chǔ)模型視為一個(gè)整體，我們需要把它等價(jià)成一個(gè)質(zhì)點(diǎn)系，通過多體動力學(xué)的方法，得出它機(jī)組各個(gè)位置，以及各個(gè)分量的載荷。到這兒簡單介紹一下載荷仿真基本的一些理論。對于海上來講，海上相對陸上一個(gè)水動力的載荷計(jì)算其實(shí)是比較新的，也是比較復(fù)雜的。首先是它在計(jì)算水動力的時(shí)候，它有一個(gè)波浪理論，主要是線性的波浪理論跟非線性的波浪理論，這兩個(gè)理論如果選取的不一樣，這個(gè)載荷差異也是相當(dāng)明顯的。使用這兩個(gè)理論分別進(jìn)行波浪的建模之后，把波浪的建模帶到水動力方程之后，得到水動力載荷。在這兒要注意的，就是有關(guān)水動力方程Morison方程這邊，其實(shí)Morison方程在結(jié)構(gòu)尺寸，海水跟它的波長如果在0.2以內(nèi)，它的計(jì)算范圍是很可靠的，但是超過一定范圍，計(jì)算結(jié)果就不是那么可靠了。
    所以，在這些理論不適用的地方，我們要加入修正的效應(yīng)，是一個(gè)拉伸的修正，包括輻射的修正，然后得到水動力的載荷。關(guān)于不同的理論之間的差異，我們參加國際的課題，OC4是一個(gè)海上飄浮機(jī)組不同仿真軟件的載荷對比的項(xiàng)目里面，跟其他的一些國際研究機(jī)構(gòu)進(jìn)行了一個(gè)研究，關(guān)于這個(gè)差異，這邊有主要的三塊，就是黑體字部分。這三塊，它解釋起來還是比較麻煩的，大家有興趣，在會后可以跟我們根據(jù)一個(gè)交流，關(guān)于這三方面的交流。
    講完了以上的理論之后，我們說一下海上風(fēng)電機(jī)組的建模。事實(shí)上這個(gè)風(fēng)電機(jī)組的建模，要從一個(gè)很精確的方法上來說，應(yīng)該是把它的機(jī)組模型跟基礎(chǔ)模型視為一個(gè)整體算它的載荷。但是，事實(shí)上據(jù)我們國內(nèi)目前而言，由于這個(gè)機(jī)組部分，一般是由整機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)，它的載荷也由整機(jī)進(jìn)行計(jì)算，基礎(chǔ)部分一般由設(shè)計(jì)院進(jìn)行設(shè)計(jì)，水動力載荷也一般由設(shè)計(jì)院擬定。但是，設(shè)計(jì)院進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，會用到整機(jī)廠商提供的等價(jià)的塔底的載荷輸入實(shí)驗(yàn)計(jì)算它的基礎(chǔ)模型的載荷。事實(shí)上從整機(jī)廠商拿過來塔底的載荷輸入條件，它其實(shí)是存在不足的。主要是以下兩個(gè)方面。一個(gè)是這個(gè)載荷它沒有考慮到基礎(chǔ)模型對它機(jī)組模型模態(tài)的影響，還有沒有考慮到海水作用在基礎(chǔ)上的載荷對機(jī)組的影響。
    我們主要針對第一點(diǎn)，也就是基礎(chǔ)模型對機(jī)組模型的模態(tài)影響跟大家介紹一下這個(gè)載荷差異。這幅圖跟這張表是在我們選取只含機(jī)組模型，同時(shí)包含機(jī)組和基礎(chǔ)模型的情況下，它在極限工況下的載荷對比。從這幅實(shí)虛上大家可以看到，黑色是不考慮基礎(chǔ)的，紅色是考慮基礎(chǔ)的?？梢钥吹?，沒有基礎(chǔ)影響的時(shí)候它的載荷要大于有基礎(chǔ)時(shí)候的影響，雖然整體趨勢是這樣的。這張表里大家可以看到，這個(gè)差異可以達(dá)到靠近7%，就是藍(lán)色的6.94%。這是極限載荷的對比。
    對于疲勞載荷，我們主要選擇經(jīng)常發(fā)電的工況，它的平均值可以達(dá)到3.64%，標(biāo)準(zhǔn)差也可以達(dá)到4%的差異，綜合這兩個(gè)因素，可以知道它的考慮基礎(chǔ)跟不考慮基礎(chǔ)載荷對它的影響也是比較大的。在選取建模方法的時(shí)候是要慎重的，載荷確實(shí)是比較大的，如果我們沒有基礎(chǔ)時(shí)候計(jì)算出來的載荷確實(shí)大于含基礎(chǔ)的，我們可能造成設(shè)備上的一些浪費(fèi)。