风电安装船动力定位推力系统设计

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随着传统能源的日益紧张,新兴的风能开发逐渐热门起来,海上风力发电已经成为世界新能源发展的亮点。目前随着风机的大型化和离岸化,专门为风机安装而设计的自航自升式风电安装船可是成为风机安装的首选。这类船型作业前需要动力定位系统进行定位,动力定位能力对于这类型船舶十分重要。本文的研究对象即为某自航自升式风电安装船,文章主要对其动力定位推力系统的方案设计进行了研究。动力定位系统作为一种较新的定位技术,与传统的海洋工程定位技术有较大的区别。本文主要运用动力定位能力曲线和动力定位动态时域模拟两种方法作为研究手段。首先介绍了动力定位系统的组成和工作原理,包括位置测量系统,推力系统,控制系统等几个部分。对推力系统设计中涉及的一些问题进行了讨论,主要是动力定位推力系统的特点,推力器的选型以及推力器之间的水动力干扰问题。重点讨论了全回转推力之间的禁止角问题,并且进行了实验研究。然后以具体研究的某风电安装船为对象,进行了环境载荷建模计算。根据类似船型和相关母型船的资料拟定两套动力定位推力系统的布置方案,在已经建立环境载荷的基础上借助动力定位能力曲线对两套方案进行能力分析和失效分析,并讨论了流速对动力定位能力的影响。根据分析结果针对原有方案的不足进行改进,获得新的方案。最后对确定的推力系统方案进行时域模拟,考虑了不同的作业方向对动力定位精度和动力定位功率消耗的影响,验证了动力定位推力系统方案的可靠性。本文的工作为实际工程中风电安装船的动力定位推力系统的设计提供了有意义的参考。
摘要第5-6页
ABSTRACT第6-7页
第一章 绪论第11-16页
    1.1 课题研究背景第11-12页
    1.2 风电装船的发展以及动力定位系统的应用第12-14页
        1.2.1 风电安装船简介第12-13页
        1.2.2 动力定位系统在风电安装船上的应用第13-14页
    1.3 本论文的研究内容第14-16页
        1.3.1 研究目的和研究内容第14页
        1.3.2 本文的研究意义第14-16页
第二章 动力定位系统介绍第16-22页
    2.1 动力定位系统的概念及发展第16-18页
    2.2 动力定位系统的规范第18-19页
    2.3 动力定位系统的组成第19-21页
    2.4 本章小结第21-22页
第三章 风电安装船推力器设计中的一些问题第22-34页
    3.1 动力定位推力系统的设计特点第22-23页
    3.2 推力器的型式与特点第23-26页
        3.2.1 轴向螺旋桨(Shaft propeller)第23页
        3.2.2 隧道推力器(Tunnel thruster)第23-24页
        3.2.3 全回转推力器(Azimuth thruster)第24页
        3.2.4 全回转吊舱推力器(Azipod)第24-25页
        3.2.5 导管桨与非导管桨第25-26页
        3.2.6 调距桨与定矩调速桨第26页
    3.3 风电安装船推力器型式的选择第26页
    3.4 推力器的水动力性能研究第26-29页
        3.4.1 推力器之间的干扰第26-29页
        3.4.2 推力器与船体之间的干扰第29页
    3.5 全回转推力器之间的的水动力干扰试验第29-33页
    3.6 本章小结第33-34页
第四章 风电安装船的数学模型与环境外载荷计算第34-48页
    4.1 风电安装船的主要参数第34-35页
    4.2 风载荷计算第35-38页
    4.3 流载荷作用第38-40页
    4.4 波浪载荷第40-45页
    4.5 给定海况下的总环境载荷第45-47页
    4.6 本章小结第47-48页
第五章 动力定位能力曲线的计算以及布置方案的设计第48-68页
    5.1 动力定位能力曲线的计算第48-51页
        5.1.1 动力定位能力曲线的概念及要求第48-49页
        5.1.2 动力定位能力曲线的计算原理第49-51页
    5.2 推力系统参数和环境描述第51-52页
    5.3 算例分析第52-54页
    5.4 流速对定位能力的影响第54-55页
    5.5 失效分析第55-60页
        5.5.1 两种方案在失效状态下的计算结果及分析第56-59页
        5.5.2 两种方案的结果对比第59-60页
    5.6 推力系统布置方案的改进第60-67页
        5.6.1 新方案的拟定第60-62页
        5.6.2 新方案的动力定位能力曲线的计算第62-66页
        5.6.3 新方案的结果分析第66-67页
    5.7 本章小结第67-68页
第六章 风电安装船动力定位时域模拟第68-87页
    6.1 风电安装船动力定位的动态模拟方法第68-75页
        6.1.1 动态模拟的流程第68页
        6.1.2 船舶运动方程第68-71页
        6.1.3 控制系统模型第71-74页
        6.1.4 推力系统模型第74-75页
    6.2 风电安装船的动力定位时域模拟实例第75-87页
        6.2.1 参数设定第75-76页
        6.2.2 动力定位系统的时域模拟第76-86页
            6.2.2.1 时域模拟的计算结果第76-85页
            6.2.2.2 时域模拟结果的分析和讨论第85-86页
        6.2.3 本章小结第86-87页
第七章 总结与展望第87-89页
    7.1 主要研究工作总结和结论第87-88页
    7.2 进一步工作展望第88-89页
参考文献第89-92页
攻读硕士学位期间发表或录用的论文第92页
在学期间科研成果、获奖及专利情况第92-93页
致谢第93页
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