废弃导管架海洋平台潮流发电的力学分析.pdf

第27卷第3期 水 电 能 源 科 学 Vo1．27No．3 2009年 6月 W aterResourcesandPower June．2009 文章编号 ：1000—7709(2009)03—0215—04 废弃导管架海洋平台潮流发电的力学分析 康海贵 陈 超 郇彩云 李玉刚 (大连理工大学 海岸和近海工程国家重点实验室，辽宁 大连 116024) 摘要：针对海洋平台采油完毕后失去原有价值、拆除需耗费大量资金问题，重点研究了利用废弃平台进行潮 流发电，并采用ANSYS软件对海洋平台进行静力和动力模态分析计算。结果表明，利用该法有效可行。 关键词 ：海洋平台；潮流发 电；ANSYs；静力分析 ；动力模态分析 中图分类号：TV211．14；P74；TV13 文献标志码 ：A 海洋平台作为在海上钻井 、采油、集运、观测、 将直叶片水轮机的竖直轴定位于海洋平台的中心 导航 ，施工等活动提供生产和生活设施的构筑物， 位置，根据海洋平台四桩的布置 ，设叶片距水轮机 当海洋平台寿命或采油等活动完毕时就失去了原 中心R一2．2m、长度 (沿水深方向)8m，则水轮 有价值，而荒废平台的基础结构设施等尚具有利 机功率[1为 ： 用价值，若从海上拆除需投人大量资金。目前，能 P=0．SpAV。 (1) 源消耗剧增 、环境污染加剧，能源 日趋影响着世界 式 中，P为海水密度 ；A为水轮机 的横截面积；V 经济的发展，能源丰富、可再生、无污染的海洋能 为水流速度。经计算，水轮机 的理论 功率为 源受到 日益广泛的关注。利用现有海洋平台进行 19．7kW。根据竖轴变攻角潮流发 电水轮机 的 海洋能发电可变废为宝 ，暂缓 目前能源危机，同时 性能 引，当水轮机叶片诱导速比．=l一1时，其能量 为未来进一步开发利用海洋能源做 出贡献。鉴 利用率仅约占2O [3]，即水轮机发电功率约为 4 此 ，本文以已废弃的某油田单井采油平 台为研究 kW 。 对象，采用ANSYS软件对其结构进行分析计算， 将水轮机加载至海洋平台上 ，结构平面形式 以验证利用废弃海洋平 台进行潮流发 电的可 见图1，图中四周为四桩导管架的水平撑和斜撑。 行性。 采用单盘面一单流管模 型 (SDST)，设来流 方向的诱导速度 U在整个水轮机盘面上均匀分 1 废弃平台及潮流水轮机概况 某油 田平台为 固定式单井采油平 台，结构为 四腿导管架式 ，设计具有抵御 50a一遇海况的能 力，井位处工作水深约 lO．5m，设计风速 28m／s、 设计最大波高 5．7m、波浪周期 8．6S、设计流速 1．03m／s。由该油田关于海冰分析研究报告计算 求得50a一遇的海冰设计冰厚为 0．314m。 目前，哈尔滨工程大学已研建了75kW 的潮 流电站，采用直叶片摆线式双转子潮流水轮机。 本文借用其试验结果，利用研究的海洋平台周 围 图 1 水轮机布置结构俯视图 海域进行潮流发电，要求潮流来 向垂直于叶片转 Fig．1 Topview ofarragementconstruction 动面 ，以带动水轮机运转 ，将机械能转化为电能。 ofhydrau