基于電渦流阻尼器的駁船式風機減振控制岳峰、張建華、岳飛虎哈爾濱工程大學研究背景研究背景研究思路研究內容研究內容研究結論研究結論Part.1研究背景研究結論研究結論研究思路研究內容研究背景1.1研究背景隨著對能源發展的需求，大力發展漂浮式風機已成為一種必然2023年，全球風電新增裝機116.6GW，較2022年增長50%。其中，全球陸上風電新增裝機容量首次突破100GW，達到105.8GW。全球海上風電新增裝機10.8GW，同比增長24%，僅次于2021年。這主要得益于中國海上風電市場的發展勢頭強勁（同比增長25%）。中國近些年積極探索漂浮式風電技術，2023年底中國漂浮式風電累計裝機容量達到22.95MW，占全球浮式風電總裝機容量的10%研究結論研究思路研究結論研究思路研究內容研究背景漂浮式風機平臺運動可以分解為六個自由度：縱蕩（surge）、橫蕩（sway）、垂蕩（heave）、橫搖（roll）、縱搖（pitch）和艏搖（yaw）相比于固定式風機，浮式風機的平臺運動響應更加復雜。漂浮式風機振動導致的問題：1.結構安全性（共振、失穩、倒塌）2.風機的發電效率設計浮式風機的振動控制裝置及抑制浮式風機的振動具有重要的工程及實用意義。研究結論研究結論研究思路研究內容研究背景結構振動控制方法：主動控制、被動控制、半主動控制、混合控制傳統調諧質量阻尼器（TMD）主要由：質量塊、彈簧、阻尼結構構成缺點：機械摩擦、損耗壽命；頻率固定不可調整，頻帶寬度窄，適用范圍小電渦流阻尼器（ECD主要由質量塊、永磁體、導體組成優點：無接觸、無能量輸入、全金屬結構，也不存在液漏和老化問題，耐久性好；頻率易于調整，啟動靈敏度高，適用范圍廣。調諧質量阻尼器結構圖水平板式電渦流阻尼器結構圖研究結論研究思路研究結論研究思路研究內容研究背景在電渦流阻尼器的基礎上設計了減振裝置。（一種風力機塔筒內擺式電渦流阻尼器減振裝置）發明專利結構示意圖此發明可以通過調整磁體與導體間距、導體厚度以及放置密度改變阻尼力，調整斜拉索長度改變阻尼器頻率，以適應不同風電機組的要求。當風機塔筒在承受外界激勵時，斜拉索懸掛的質量塊自由擺動，帶動永磁發明專利結構示意圖此發明可以通過調整磁體與導體間距、導體厚度以及放置密度改變阻尼力，調整斜拉索長度改變阻尼器頻率，以適應不同風電機組的要求。授權證書及受理通知書Part.2研究思路研究結論研究結論研究思路研究內容緒論背景 Part.3研究內容研究結論研究結論研究思路研究內容研究背景電渦流阻尼器原理示意圖水平板式電渦流阻尼器結構圖?當導體板在強度為B的均勻磁場中以速度v來切割磁感線時，導體板內會產生密度為J的電渦流并受到電磁力F。?通過調整磁導間距d、銅板厚度δ、導磁鋼板厚度z探究電渦流阻尼器性能。研究結論研究結論研究思路研究內容研究背景電渦流阻尼器有限元模型永磁體布置圖（單位：m）電渦流阻尼器網格劃分圖體之間的間距為0.2m，永磁體的長寬高為0.2m×0.2m×0.02m，布置方式如圖?？偞呕砻娣e為0.64流的擴散范圍，減少電渦流的能量損耗，提高電渦流阻尼器的能量轉研究結論研究結論研究思路研究內容研究背景(a)磁導間距5mm(b)磁導間距10mm(c)磁導間距15mm?在保證導體板與永磁體不接觸的(a)磁導間距5mm(b)磁導間距10mm(c)磁導間距15mm(e)磁導間距25mm(f)磁導間距(e)磁導間距25mm(f)磁導間距30mm?調整磁導間距，從5mm至30mm步長間距為流阻尼系數。研究結論研究結論研究思路研究內容研究背景電渦流阻尼系數隨磁導間距變化關系表磁導間距洛倫茲力FECD/(N)系數c1/(N·s/m)54035.231282462.94925.82038.74077.43395.8電渦流阻尼器阻尼系數隨磁導間距的變化關系?調整磁導間距，從5mm至30mm步長間距為流阻尼系數。?c1=-2.0636×10-4d5+0.0312d4-1.8944d3+61.4810d2-1231.824d+15844.0918研究結論研究結論研究思路研究內容研究背景(a)銅板厚度5mm(b)銅板厚度10mm(c)銅板厚度15mm(d)銅板厚度20mm(e)銅板厚度25mm(f)銅板厚度30mm?調整銅板厚度，從5mm至30mm步長間距為流阻尼系數研究結論研究結論研究思路研究內容研究背景電渦流阻尼系數隨銅板厚度變化關系表銅板厚度洛倫茲力FECD/(N)系數c1/(N·s/m)5電渦流阻尼器阻尼系數隨銅板厚度的變化關系?調整銅板厚度，從5mm至30mm步長間距為流阻尼系數。?c1=0.0012δ5-0.1282δ4+6.0939δ3-166.8877δ2+2597.9900δ+1482.8557研究結論研究結論研究思路研究內容研究背景(a)鋼板厚度5mm(d)鋼板厚度20mm(b)鋼板厚度10mm(e)鋼板厚度25mm(c)鋼板厚度15mm(f)鋼板厚度30mm?調整鋼板厚度，從5mm至30mm步長間距為流阻尼系數研究結論研究結論研究思路研究內容研究背景電渦流阻尼系數隨鋼板厚度變化關系表鋼板厚度z/(mm)洛倫茲力FECD/(N)系數c1/(N·s/m)56328.16437.1阻尼系數隨鋼板厚度的變化關系?調整鋼板厚度，從5mm至30mm步長間距為?流阻尼系數。?c1=6.6265z5-0.0602z4+2.1772z3+2.1772z2-41.8574z+9305.9980研究結論研究結論研究思路研究內容研究背景Barge式風力發電機組示意圖NREL5MW基準風機參數項目參數額定功率/MW5葉片數3控制方式變速、集中式變漿風輪直徑/m輪轂高度/m切入、額定、切出風速/(m/s)風輪質量/t機艙質量/t240塔架質量/t347.5NREL5MWBarge式平臺參數項目參數長×寬/m×m40×40吃水深度/m4平臺排水量/m6000平臺總質量/kg5452000橫搖慣量/(kg·m-3)726900000縱搖慣量/(kg·m-3)726900000艏搖慣量/(kg·m-3)1454000000錨深度/m錨長度/m473.3錨直徑/m0.0809纜索拉伸剛度/N589000000研究結論研究結論研究思路研究內容研究背景?無風靜水環境下，通過調整質量比、阻尼比和頻率比來研究自由衰減工況下在機艙放置ECD對風機的振動控制效果，對ECD進行優化，從而確定出最優的質量比、阻尼比和頻率比。塔頂前后位移時域圖塔頂前后位移頻域圖ECD自由衰減位移時域圖研究結論研究結論研究思路研究內容研究背景質量比不同阻尼比不同頻率比不同質量比不同阻尼比不同頻率比不同λ314155161λ51515151λ55551研究結論研究結論研究思路研究內容研究背景為了充分探究ECD對于Barge式風機的振動控制效果，考慮以下4種工況。分別采用三種控制方案進行模擬方案A（在機艙處設置ECD方案B（在平臺處設置ECD方案C（在機艙和平臺聯合設置ECD）風浪流載荷工況設計?應用Tubsim程序基于IEC標準進行風況模擬輪轂高度處5m/sNTM風速圖5m/sNTM全域風場圖輪轂高度處12m/sNTM輪轂高度處12m/sNTM風速圖12m/sNTM全域風場圖輪轂高度處18m/sNTM風速圖18m/sNTM全域風場圖152341441?提取塔頂前后位移、塔底前后方向剪力和彎矩、縱搖角位移以及葉根彎矩分析抑振效果。?采用標準差抑制率和最大振幅抑制率作為評價抑振效果的指標。研究結論研究結論研究思路研究內容研究背景n工況1下方案A對風機響應的抑制分析（NTM風速5m/s）切入風速正常湍流風塔頂前后位移時域圖標準差抑制率：30.1%塔頂前后位移頻域圖最大振幅抑制率：24.8%縱搖角位移時域圖標準差抑制率：41.7%縱搖角位移頻域圖最大振幅抑制率：42.0%葉根彎矩時域圖標準差抑制率：27.7%葉根彎矩頻域圖最大振幅抑制率：30.0%研究結論研究結論研究思路研究內容研究背景n工況1下方案B對風機響應的抑制分析（NTM風速5m/s）塔頂前后位移時域圖塔頂前后位移頻域圖縱搖角位移時域圖縱搖角位移頻域圖葉根彎矩時域圖葉根彎矩頻域圖?標準差抑制率分別為25.9%、26.8%、26.7%、29.1%、17.7%；最大振幅抑制率分別為24.8%、26.9%25.4%、42.0%、30.0%。研究結論研究結論研究思路研究內容研究背景n工況1下方案C對風機響應的抑制分析（NTM風速5m/s）塔頂前后位移時域圖塔頂前后位移頻域圖縱搖角位移時域圖縱搖角位移頻域圖縱搖角位移頻域圖葉根彎矩時域圖葉根彎矩頻域圖?標準差抑制率分別為25.9%、29.5%、27.4%、33.3%、20.8%；最大振幅抑制率分別為11.9%、16.1%、13.5%、34.8%、23研究結論研究結論研究思路研究內容研究背景n分析匯總不同環境工況下方案A、B、C標準差抑制率和最大振幅抑制率標準差抑制率%最大振幅抑制率%工況塔頂前后位移塔底前后方向剪力塔底前后方向彎矩縱搖角位移葉根彎矩塔頂前后位移塔底前后方向剪力塔底前后方向彎矩縱搖角位移葉根彎矩方案A130.137.335.641.727.724.826.925.442.030.0212.122.220.018.123.125.437.409.1023.027.647.709.409.5023.827.2方案B125.926.826.729.122.59.1023.003.303.405.504.80-9.50-9.30-1.1038.809.0030.0-4.10-5.50-5.80-10.345.105.905.802.504.203.803.700.90方案C125.929.527.433.320.816.134.823.3217.122.327.833.2341.523.332.147.708.909.808.3017.131.8