風(fēng)機(jī)運(yùn)輸船浮運(yùn)過(guò)程耐波性分析?

丁紅巖， 石建超， 張浦陽(yáng)， 樂(lè)叢歡， 黃 旭

(1.天津大學(xué)水利工程仿真與安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300072；2.濱海土木工程結(jié)構(gòu)與安全教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(天津大學(xué))，天津 300072；3.天津大學(xué)建筑工程學(xué)院，天津 300072)

?

研究簡(jiǎn)報(bào)

風(fēng)機(jī)運(yùn)輸船浮運(yùn)過(guò)程耐波性分析?

丁紅巖1,2,3， 石建超3??， 張浦陽(yáng)1,2,3， 樂(lè)叢歡1,3， 黃 旭3

(1.天津大學(xué)水利工程仿真與安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300072；2.濱海土木工程結(jié)構(gòu)與安全教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(天津大學(xué))，天津 300072；3.天津大學(xué)建筑工程學(xué)院，天津 300072)

針對(duì)海上風(fēng)電一體化安裝技術(shù)中的浮運(yùn)安全環(huán)節(jié)，采用海洋工程設(shè)計(jì)軟件MOSES對(duì)風(fēng)機(jī)運(yùn)輸船在浮運(yùn)過(guò)程中的動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行模擬分析。通過(guò)對(duì)船體及風(fēng)電機(jī)組的各向加速度、位移及拖纜力等因素的模擬分析，研究波浪方向、波高以及筒型基礎(chǔ)內(nèi)部水封高度對(duì)風(fēng)機(jī)運(yùn)輸船浮運(yùn)過(guò)程中耐波性的影響。結(jié)果表明：波浪方向以及波高是風(fēng)機(jī)運(yùn)輸船浮運(yùn)過(guò)程中的重要外部條件；風(fēng)機(jī)運(yùn)輸船隨浪浮運(yùn)較逆浪浮運(yùn)更為平穩(wěn)，船體耐波性更好，在風(fēng)浪較大的情況下，盡量不要逆浪航行，以保證浮運(yùn)的安全；隨著波高的增大，風(fēng)機(jī)運(yùn)輸船浮運(yùn)的穩(wěn)定性變差；通過(guò)對(duì)鋼吊纜張力及艙內(nèi)氣壓值的觀測(cè)，能評(píng)估風(fēng)機(jī)運(yùn)輸船在波浪作用下的穩(wěn)定性，從而可及時(shí)采取相應(yīng)措施保證浮運(yùn)的穩(wěn)定；筒型基礎(chǔ)內(nèi)部的水封高度是影響風(fēng)電機(jī)組自身穩(wěn)性的一個(gè)重要條件，一定范圍內(nèi)，筒型基礎(chǔ)的水封高度越大，風(fēng)機(jī)運(yùn)輸船浮運(yùn)的耐波性越好。

加速度；水封高度；波高；氣浮拖航

海上風(fēng)電是一種清潔、可再生能源的形式，近年來(lái)應(yīng)用越來(lái)越廣泛。出于對(duì)沿海地區(qū)居民生活的考慮，海上風(fēng)電場(chǎng)離岸越來(lái)越遠(yuǎn)，筒型基礎(chǔ)的研究也隨之興起。筒型基礎(chǔ)是一種無(wú)底結(jié)構(gòu)，通過(guò)向其內(nèi)部充氣，利用一定的液封高度，將氣體貯存在封閉空間內(nèi)，可以實(shí)現(xiàn)自浮拖航，這一優(yōu)勢(shì)在淺海區(qū)域海上風(fēng)電基礎(chǔ)運(yùn)輸安裝過(guò)程中體現(xiàn)的尤為明顯[1-2]。Maurizio Collu等[3]對(duì)海上風(fēng)電在海上的運(yùn)輸與安裝進(jìn)行了詳盡的分析，但他們研究的對(duì)象是實(shí)浮體，沒(méi)有涉及到氣浮拖航的部分。筒型基礎(chǔ)是一種氣浮體，在拖航過(guò)程中的動(dòng)力特性與船舶等實(shí)浮體存在明顯的差異。在數(shù)值模擬中，一般將實(shí)浮體看作支承于水彈簧上的剛性結(jié)構(gòu)；對(duì)于氣浮體，應(yīng)該將其模擬為支撐于氣彈簧與水彈簧的耦合彈簧上的柔性基礎(chǔ)[4-7]。氣彈簧與水彈簧的耦合彈簧的剛度等特性與純水彈簧有很大的區(qū)別。天津大學(xué)丁紅巖等[8-12]通過(guò)一系列數(shù)值模擬及試驗(yàn)分析，對(duì)筒型基礎(chǔ)的動(dòng)力特性進(jìn)行了研究。筒型基礎(chǔ)能實(shí)現(xiàn)自浮，但其本身不具備動(dòng)力系統(tǒng)，需要風(fēng)機(jī)運(yùn)輸船進(jìn)行拖航作業(yè)。海上風(fēng)電結(jié)構(gòu)一體化安裝技術(shù)的浮運(yùn)分析不是對(duì)單一浮體進(jìn)行分析，而是多浮體組合結(jié)構(gòu)的耦合運(yùn)動(dòng)分析。本文通過(guò)水動(dòng)力學(xué)軟件MOSES進(jìn)行模擬，對(duì)風(fēng)機(jī)運(yùn)輸船進(jìn)行耐波性分析，研究波浪對(duì)風(fēng)機(jī)運(yùn)輸船浮運(yùn)的影響，同時(shí)確定風(fēng)電機(jī)組結(jié)構(gòu)合適的水封高度，并在極限工況下對(duì)運(yùn)輸船及風(fēng)電機(jī)組浮運(yùn)的穩(wěn)定性進(jìn)行了分析。

1 風(fēng)機(jī)運(yùn)輸船模型

新型的海上風(fēng)電一體化安裝技術(shù)的浮運(yùn)方案并不是將風(fēng)電機(jī)組固定在運(yùn)輸船上，而是充分利用風(fēng)電機(jī)組的筒型基礎(chǔ)的自浮能力，僅通過(guò)柔性系纜將風(fēng)電機(jī)組與風(fēng)機(jī)運(yùn)輸船相連，形成多浮體的組合浮運(yùn)方案。風(fēng)機(jī)運(yùn)輸船作為海上風(fēng)電項(xiàng)目的配套船舶，主要用于整體運(yùn)輸海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)的筒體、機(jī)艙、葉片及其基礎(chǔ)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)風(fēng)電機(jī)組)到海上風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)，并將風(fēng)電機(jī)組安裝就位。本文所用運(yùn)輸船是一艘非自航、配備2臺(tái)固定的3200T桁架式吊機(jī)的重吊船。通過(guò)拖輪拖帶本船可于近海航區(qū)航行，并可在相應(yīng)海域作業(yè)。運(yùn)輸船整體為箱型結(jié)構(gòu)，主甲板為連續(xù)甲板，艏、艉部各設(shè)有直徑41 m的半圓形凹槽，用于容納風(fēng)力發(fā)電機(jī)的基礎(chǔ)。風(fēng)機(jī)運(yùn)輸船立面及平面圖如圖1所示，其各部分參數(shù)見(jiàn)表1。

圖1 海上一體化安裝風(fēng)機(jī)運(yùn)輸船立面及平面圖

圖2 風(fēng)電運(yùn)輸船MOSES模型

項(xiàng)目Item尺寸Dimensions總長(zhǎng)Length157．60m型寬Breadth66．00m型深Moldeddepth6．50m設(shè)計(jì)吃水Designeddraft2．00m排水量Displacement15000t凈重Netweight6000t壓載水艙Ballasttanks3500m3

通過(guò)MOSES對(duì)風(fēng)機(jī)運(yùn)輸船及風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行模擬分析，計(jì)算模型如圖2所示。MOSES采用三維勢(shì)流理論，能夠在時(shí)域仿真、靜力過(guò)程以及頻域過(guò)程中進(jìn)行詳細(xì)的應(yīng)力分析，且對(duì)所分析的模型尺寸、物體數(shù)量、工況數(shù)沒(méi)有本質(zhì)上的限制。

由于模擬分析的重點(diǎn)是風(fēng)機(jī)運(yùn)輸階段船體及風(fēng)電機(jī)組在動(dòng)力特性上的相互影響，不考慮船體上的細(xì)部結(jié)構(gòu)，因而在不影響運(yùn)動(dòng)分析結(jié)果的前提下對(duì)船體上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了簡(jiǎn)化。風(fēng)機(jī)運(yùn)輸船運(yùn)輸?shù)娘L(fēng)電機(jī)組以3 MW作為設(shè)計(jì)依據(jù)，其設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表2。采用氣浮模型模擬在船艏和船艉布置的兩臺(tái)風(fēng)電機(jī)組，船體本身采用實(shí)浮模型，風(fēng)電機(jī)組與船體塔架通過(guò)柔性吊索進(jìn)行連接，多根柔性拉索沿著筒型基礎(chǔ)的頂面的圓周均勻布置，柔性拉索的兩端分別連在筒型基礎(chǔ)頂面外沿及其正上方的船體橫梁上。通過(guò)圖2所示的船體最高處的橫梁限制塔筒的運(yùn)動(dòng)，從而限制了風(fēng)電機(jī)組的縱搖、橫搖運(yùn)動(dòng)，因此也保證了在一般情況下，筒型基礎(chǔ)不會(huì)出現(xiàn)大的傾斜導(dǎo)致筒型基礎(chǔ)內(nèi)部的氣體溢出。柔性拉索僅能承受拉力，不能承受壓力。船體與風(fēng)電機(jī)組產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，由拉索提供恢復(fù)力。在模型中還考慮了風(fēng)機(jī)葉片及機(jī)艙引起的自重偏心。

表2 風(fēng)電機(jī)組設(shè)計(jì)參數(shù)

在浮運(yùn)過(guò)程中，可通過(guò)改變運(yùn)輸船鋼吊索張力與筒型基礎(chǔ)內(nèi)部充氣量來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)電機(jī)組的浮態(tài)。如圖3所示，風(fēng)電機(jī)組的浮態(tài)包括結(jié)構(gòu)外吃水(H)與筒型基礎(chǔ)內(nèi)外液面高度差(h=H-H1)兩部分。鋼吊索張力決定了筒型基礎(chǔ)內(nèi)外液面高度差，筒型基礎(chǔ)內(nèi)部充氣量則決定了其內(nèi)外液面吃水高度，從而確定了風(fēng)電機(jī)組結(jié)構(gòu)初始浮態(tài)。風(fēng)機(jī)運(yùn)輸船的浮運(yùn)分析是組合多浮體耦合運(yùn)動(dòng)分析，風(fēng)機(jī)運(yùn)輸船浮運(yùn)分析包括船體和風(fēng)電機(jī)組兩部份。

圖3 風(fēng)電機(jī)組初態(tài)示意圖

2 波浪方向?qū)︼L(fēng)機(jī)運(yùn)輸船浮運(yùn)的影響

在風(fēng)機(jī)運(yùn)輸船實(shí)際浮運(yùn)過(guò)程中，波浪作用方向是任意的。為了探究波浪方向?qū)τ谶\(yùn)輸船動(dòng)力響應(yīng)的影響，本文利用MOSES建立風(fēng)機(jī)運(yùn)輸船浮運(yùn)模型，選用了隨浪拖航(波浪方向與運(yùn)輸船運(yùn)動(dòng)方向相同)與逆浪拖航(波浪方向與運(yùn)輸船運(yùn)動(dòng)方向相反)2種工況進(jìn)行模擬分析。在風(fēng)電機(jī)組的初始浮態(tài)、拖航速度、波高及波浪周期一定的條件下，對(duì)風(fēng)機(jī)運(yùn)輸船隨浪與逆浪運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行對(duì)比分析。

模擬分析所選取的邊界條件為：風(fēng)電機(jī)組吃水4m，筒型基礎(chǔ)內(nèi)外液面高度差2m；波高2m，波浪周期6s；拖航速度3m/s。隨浪與逆浪浮運(yùn)時(shí)船體鋼吊索張力時(shí)程曲線、風(fēng)電機(jī)組及船體各向加速度時(shí)程曲線如圖4～7所示。

圖4 鋼吊索張力時(shí)程曲線

圖5 風(fēng)電機(jī)組縱向加速度時(shí)程曲線

圖6 風(fēng)電機(jī)組結(jié)構(gòu)垂向加速度時(shí)程曲線

圖7 船體垂向加速度時(shí)程曲線

由圖4可看出，相對(duì)于隨浪浮運(yùn)，逆浪浮運(yùn)的所需鋼吊索張力更大，并且鋼吊索張力變化的幅度更大、頻率更高。這表明風(fēng)電機(jī)組在逆浪浮運(yùn)過(guò)程中的動(dòng)力響應(yīng)更為劇烈，需要鋼吊索提供更大的扶正力來(lái)維持風(fēng)電機(jī)組的平衡。如圖5～7所示，風(fēng)電機(jī)組的縱向加速度在隨浪浮運(yùn)和逆浪浮運(yùn)兩種工況下區(qū)別不大，逆浪浮運(yùn)工況下風(fēng)電機(jī)組的縱向加速度較隨浪工況下略有增加，但漲幅不大，變化頻率近乎一致。逆浪浮運(yùn)工況下，風(fēng)電機(jī)組和船體的垂向加速度均大于隨浪浮運(yùn)，隨浪浮運(yùn)更平穩(wěn)。在逆浪浮運(yùn)時(shí)應(yīng)保證風(fēng)電機(jī)組的筒型基礎(chǔ)內(nèi)有一定的水封高度，防止其內(nèi)部氣體逸出，造成運(yùn)輸船傾覆。

由上述分析可知，風(fēng)機(jī)運(yùn)輸船隨浪浮運(yùn)較逆浪浮運(yùn)更為平穩(wěn)，船體耐波性更好。在風(fēng)浪較大的情況下，盡量不要逆浪航行，以保證浮運(yùn)的安全。

2.1 波高對(duì)風(fēng)機(jī)運(yùn)輸船浮運(yùn)的影響

波高對(duì)運(yùn)輸船浮運(yùn)有較大的影響，本節(jié)針對(duì)不同波高條件下風(fēng)機(jī)運(yùn)輸船隨浪浮運(yùn)的穩(wěn)定性進(jìn)行了分析。在保證風(fēng)機(jī)運(yùn)輸船的初始浮態(tài)等其它條件相同情況下，分別選取波高1、2和3m 3種工況進(jìn)行分析。鋼吊索張力及拖纜力分析結(jié)果如圖8～9所示。

圖8 鋼吊索張力時(shí)程曲線

如圖8所示，波高變化對(duì)鋼吊索張力有較大影響，鋼吊索張力隨波高的增大而增大，尤其是當(dāng)波高接近風(fēng)機(jī)運(yùn)輸船所能承受的極限波高時(shí)，鋼吊索張力的變化極其劇烈，在這種工況下，風(fēng)機(jī)運(yùn)輸船整體的穩(wěn)定性非常差，只要外荷載稍有增大，就有可能導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組及船體的傾覆。在沒(méi)達(dá)到極限波高的情況下，鋼吊索張力變化的頻率隨著波高變化不明顯，說(shuō)明在安全范圍內(nèi)，鋼吊索張力變化的頻率與波高無(wú)關(guān)。通過(guò)對(duì)鋼吊索張力及艙內(nèi)氣壓值的觀測(cè)，能對(duì)風(fēng)機(jī)運(yùn)輸船進(jìn)行穩(wěn)定性評(píng)估，及時(shí)采取相應(yīng)措施保證浮運(yùn)的安全、穩(wěn)定。

圖9 拖纜力時(shí)程曲線

如圖9所示，隨著波高增大，拖纜力有較大幅度的提高，但是拖纜力的變化頻率變化不大。這是因?yàn)?，?dāng)波高增大時(shí)，波浪對(duì)于船體和風(fēng)電機(jī)組的作用面積增大，從而增大了其作用力，因此在其他條件不變的情況下，需要更大的拖纜力。

風(fēng)電機(jī)組及船體各向加速度時(shí)程分析結(jié)果如圖10～13所示。

圖10 風(fēng)電機(jī)組縱向加速度時(shí)程曲線

圖11 船體縱向加速度時(shí)程曲線

圖12 風(fēng)電機(jī)組垂向加速度時(shí)程曲線

圖13 船體垂向加速度時(shí)程曲線

如圖10及11所示，風(fēng)電機(jī)組和船體的縱向加速度隨著波高的增大有而略有增大，但增幅有限，這是由于拖纜力變化的幅度增大而產(chǎn)生的附加影響，相對(duì)船體，風(fēng)電機(jī)組的縱向加速度的增幅更為明顯一些，這是由于氣浮結(jié)構(gòu)在模擬過(guò)程中的剛性小于實(shí)浮結(jié)構(gòu)。

如圖12及13所示，波高的變化對(duì)風(fēng)電機(jī)組及船體的垂向加速度影響更為明顯，隨著波高的增大，風(fēng)電機(jī)組及船體的垂向加速度都有一個(gè)明顯的增大，且其變化的頻率也隨著波高的增大而增大，說(shuō)明波高的增大對(duì)風(fēng)電機(jī)組及船體的垂向運(yùn)動(dòng)影響最大；相對(duì)船體來(lái)說(shuō)，風(fēng)電機(jī)組受波高變化的影響稍小，這是由于筒型基礎(chǔ)內(nèi)部封存的氣體有一個(gè)“氣墊”作用，能夠減緩波浪引起的浮體的垂向運(yùn)動(dòng)。

風(fēng)電機(jī)組的筒型基礎(chǔ)艙內(nèi)氣壓時(shí)程曲線如圖14所示。

圖14 筒型基礎(chǔ)艙內(nèi)氣壓時(shí)程曲線

如圖14所示，當(dāng)波高較小時(shí)，艙內(nèi)氣壓水頭較為平穩(wěn)，其波動(dòng)幅值較??；隨著波高增大至2 m，艙內(nèi)氣壓水頭總體較為平穩(wěn)，但已出現(xiàn)個(gè)別較大數(shù)值；當(dāng)波高增大至接近極限波高(3m)時(shí)，艙內(nèi)氣壓水頭變化劇烈，數(shù)值較大，反映出風(fēng)電機(jī)組運(yùn)動(dòng)較為劇烈。由于艙內(nèi)液面高度與艙內(nèi)氣壓水頭大小成相反關(guān)系，因而當(dāng)筒型基礎(chǔ)內(nèi)部氣壓水頭較大時(shí)，艙內(nèi)液面高度較小且變化較大，極易出現(xiàn)水封高度為零的情況，導(dǎo)致艙內(nèi)氣體逸出。

2.2 極限波浪作用下風(fēng)機(jī)運(yùn)輸船浮運(yùn)穩(wěn)定分析

海上風(fēng)電一體化安裝技術(shù)實(shí)施速度快，風(fēng)機(jī)運(yùn)輸及安裝作業(yè)時(shí)間較短，在作業(yè)前能根據(jù)氣象預(yù)報(bào)進(jìn)行合理安排，選擇風(fēng)浪較小的時(shí)間段進(jìn)行海上浮運(yùn)、施工。浮運(yùn)作業(yè)設(shè)計(jì)極限條件：風(fēng)速17m/s，流速3m/s，浪高不超過(guò)4m。當(dāng)海上波浪較大時(shí)，應(yīng)保證風(fēng)電機(jī)組的筒型基礎(chǔ)艙內(nèi)有一定高度的水封高度，以防止艙內(nèi)氣體在波浪作用下逸出。設(shè)置風(fēng)電機(jī)組吃水為4m，取水封高度分別為1、2和3m在極限工況下進(jìn)行浮運(yùn)分析，即外部條件為浪高4m，風(fēng)速17m/s，流速3m/s。

模擬分析結(jié)果如圖15～17所示：

圖15 筒型基礎(chǔ)艙內(nèi)氣壓時(shí)程曲線

如圖15所示，通過(guò)MOSES時(shí)程分析，我們發(fā)現(xiàn)在極限工況下，當(dāng)水封高度為1和2 m時(shí)，風(fēng)電機(jī)組在風(fēng)浪作用下，基礎(chǔ)艙體內(nèi)氣壓會(huì)發(fā)生突變，出現(xiàn)艙內(nèi)氣壓為零的情況，即艙內(nèi)氣體全部逸出，最終產(chǎn)生傾覆，如圖16所示。而當(dāng)水封高度為3 m時(shí)，由于水封高度較高，內(nèi)部氣壓值較小，在風(fēng)浪作用下，內(nèi)部氣壓一直在允許范圍內(nèi)變化。保證艙內(nèi)有一定的水封高度，在極限工況下，浮運(yùn)較為安全。

在風(fēng)電機(jī)組吃水相同的條件下，一定范圍內(nèi)，水封高度越大，其耐波性越好，能經(jīng)受更大的波浪，風(fēng)機(jī)運(yùn)輸船隨浪浮運(yùn)耐波性較逆浪浮運(yùn)耐波性好。對(duì)于不同水封高度的風(fēng)電機(jī)組，應(yīng)對(duì)隨浪及逆浪浮運(yùn)時(shí)，風(fēng)電運(yùn)輸船能經(jīng)受的極限波高進(jìn)行分析。以風(fēng)電機(jī)組4 m吃水為例進(jìn)行風(fēng)機(jī)運(yùn)輸船極限波高分析，結(jié)果見(jiàn)圖17。

圖16 風(fēng)機(jī)運(yùn)輸船發(fā)生傾覆

圖17 風(fēng)電運(yùn)輸船浮運(yùn)極限波高

由圖17可知，無(wú)論是隨浪還是逆浪，風(fēng)電機(jī)組的筒型基礎(chǔ)的水封高度越大，風(fēng)機(jī)運(yùn)輸船能經(jīng)受的極限波高也越大；在水封高度較小時(shí)(小于2m)，逆浪浮運(yùn)的耐波性很差，在風(fēng)浪作用下很容易出現(xiàn)傾覆現(xiàn)象。

3 結(jié)論

波浪方向以及波高是風(fēng)機(jī)運(yùn)輸船浮運(yùn)過(guò)程中的重要外部條件。

風(fēng)機(jī)運(yùn)輸船隨浪浮運(yùn)較逆浪浮運(yùn)更為平穩(wěn)，船體耐波性更好。逆浪工況下，風(fēng)機(jī)運(yùn)輸船在浮運(yùn)過(guò)程中的穩(wěn)定性較差，在風(fēng)浪較大的情況下，盡量不要逆浪航行，以保證浮運(yùn)的安全。

隨著波高的增大，風(fēng)機(jī)運(yùn)輸船浮運(yùn)的穩(wěn)定性變差，當(dāng)波高增大至接近極限波高時(shí)，風(fēng)機(jī)運(yùn)輸船的鋼吊索張力、筒型基礎(chǔ)內(nèi)部氣壓水頭、船體及風(fēng)電機(jī)組的各向加速度變化劇烈，風(fēng)機(jī)運(yùn)輸船的浮運(yùn)處于危險(xiǎn)狀態(tài)。通過(guò)對(duì)鋼吊索張力及艙內(nèi)氣壓值的觀測(cè)，能對(duì)風(fēng)機(jī)運(yùn)輸船在較大波浪作用下的穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)估，及時(shí)采取相應(yīng)措施保證浮運(yùn)的穩(wěn)定。

筒型基礎(chǔ)內(nèi)部的水封高度是影響風(fēng)電機(jī)組自身穩(wěn)性的一個(gè)重要條件，當(dāng)筒型基礎(chǔ)內(nèi)部水封高度較小時(shí),在極限風(fēng)浪作用下，可能出現(xiàn)筒型基礎(chǔ)內(nèi)部氣體溢出，風(fēng)機(jī)運(yùn)輸船傾覆的現(xiàn)象；在其他條件相同情況下，一定范圍內(nèi)，筒型基礎(chǔ)的水封高度越大，風(fēng)機(jī)運(yùn)輸船浮運(yùn)的耐波性越好。

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責(zé)任編輯 陳呈超

Analysis of Wind Turbine Transport Ship Seakeeping Performance During Towing

DING Hong-Yan1,2,3, SHI Jian-Chao3, ZHANG Pu-Yang1,2,3, HUANG Xu3

(1.State Key Laboratory of Hydraulic Engineering Simulation and Safety, Tianjin University, Tianjin 300072, China; 2.The Key Laboratory of Coast Civil Structure Safety, Ministry of Education, Tianjin University, Tianjin 300072, China; 3.School of Civil Engineering, Tianjin University, Tianjin 300072, China)

To study the safety of the towing aspect of the integrated installation technology, the ocean engineering software MOSES was used to simulate dynamic response of the wind turbine group (WCG) and the transport ship. Through the analysis of acceleration, displacement, towing force and other factors of WCG and wind turbine transport ship, the effects of wave direction, wave height and internal water seal height of bucket foundation on transport ship seakeeping performance were studied. The results showed that: the direction and height of the wave is important external conditions for transport ship; Transport ship is more stable and has a better seakeeping performance when towing along the wave direction than towing against the wave direction; when confronted with large waves, try not to sail against the wave direction to ensure the safety of the floating. As the wave height increases, the stability of transport ship is worse; the stability of transport ship can be assessed through observation of steel cable tension and the air pressure of bucket foundation so that appropriate measures can be taken in time to ensure the stability of the floating; The water seal height of bucket foundation is an important condition for stability of the wind turbine itself, within a certain range, the larger of water seal height of bucket foundation, the better of seakeeping performance of wind turbine transport ship.

acceleration; water seal height; wave height; air floating towing

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51309179)，天津市應(yīng)用基礎(chǔ)與前沿技術(shù)研究計(jì)劃項(xiàng)目(14JCQNJC07000)資助 Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 51309179)；Tianjin Municipal Natural Science Foundation (Grant No. 14JCQNJC07000)

2015-03-15；

2016-01-16

丁紅巖(1963-)，男，教授，從事結(jié)構(gòu)工程及海洋結(jié)構(gòu)工程相關(guān)研究。E-mail：dhy_td@163.com

?? 通訊作者：E-mail：zpy_td@163.com.

P751

A

1672-5174(2016)12-104-07

10.16441/j.cnki.hdxb.20150117

丁紅巖， 石建超， 張浦陽(yáng), 等. 風(fēng)機(jī)運(yùn)輸船浮運(yùn)過(guò)程耐波性分析[J]. 中國(guó)海洋大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2016, 46(12): 104-110.

DING Hong-Yan, SHI Jian-Chao, ZHANG Pu-Yang， et al. Analysis of wind turbine transport ship seakeeping performance during towing[J]. Periodical of Ocean University of China, 2016, 46(12): 104-110.