【文章內(nèi)容簡介】 _____________________________________________________51zpT???譜峰升高因子 5.......5.....5pspps spsTHTT????????????????若 若若其中：Tp 單位是秒，Hs 單位是米。從當?shù)匾延匈Y料獲得的波浪參數(shù) Hs 和 Tp 的長期概率分布可以用一般分布形式或者散點圖的形式表示。典型的一般分布包括有效波高的 Weibull 分布和與 Hs 有關(guān)的 Tp 的對數(shù)分布。散點圖給出的是點對（ Hs,Tp）在給定的（Hs,Tp）區(qū)間里發(fā)生的頻率。有效波高服從 Weibull 分布 ??1expSHhFh??????????當 表示任意 t 小時有效波高的分布時，每年最大有效波高的分布可以??SHFh取為： ????,max1S SNHyerHFhF?其中：N 是一年中 t 小時海浪間隔的個數(shù)，t=3 時，N=2920 。以年為單位的重現(xiàn)期為 TR 的有效波高，在每年最大有效波高的分布中定義為(11/T R)分位數(shù)。用 表示，表達式為：,rS1,maxrSSTHyerRFT????????其中 TR 大于一年。 海流海流對海洋平臺有作用力，此外海洋考慮流對波浪的 Dopple 效應。流速一般按照表層、中層、底層給出。海流主要有風成流、潮流和環(huán)流。海流統(tǒng)計數(shù)據(jù)是表示長期和短期海流環(huán)境的基礎(chǔ)。用作設(shè)計基礎(chǔ)的經(jīng)驗統(tǒng)計數(shù)據(jù)必須有足夠長的時間周期。必須相應地考慮海流隨水深的變化。風電基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)底部容易腐蝕的地方，需要特別研究接近海底處的海流環(huán)境。 海上風電機組基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計標準（初稿） 第 7 頁____________________________________________________________________________________________沒有詳細的現(xiàn)場測量資料時，海流速度隨水深的變化認為是 ????tidewindvzzvz??其中 z≦0 時，170tidetideh??????時，0hz????170windwindzvzh????????v(z)——水深 z 處海流的總速度；z——到靜水面的距離，向上為正；vtide0——靜水面的潮流速度；vwind0——靜水面的風成流速度；h——水深（取正） ；ho——風成流的參考深度，ho=50m。 水位1 水位由平均水位、潮位和風、壓力導致的風暴潮構(gòu)成。潮差定義為最高天文潮和最低天文潮之差。2 水位統(tǒng)計資料可以用長期和短期水位環(huán)境表示。用作設(shè)計基礎(chǔ)的經(jīng)驗統(tǒng)計數(shù)據(jù)必須有足夠長的時間周期。水位和風是有相關(guān)的，因為水位成分里有風成因素。設(shè)計中要考慮水位資料和風資料之間的這種聯(lián)系。 冰如果風電場所在海區(qū)可能形成冰或是可能有流冰，冰環(huán)境必須適當考慮。對于下面的海冰環(huán)境和性質(zhì)要考慮相應的統(tǒng)計資料：——冰的特性和幾何形狀；——冰區(qū)密度和分布；——冰的類型（浮冰、狹長的冰、冰排） ；——冰的機械性能（抗壓強度 ru，抗彎強度 rf） ；——流冰的速度和方向；——冰厚。冰的增長來源于海浪飛濺、雪、雨和潮濕的空氣，在不同的海區(qū)這些因素要相應地考慮。如果有除去冰雪的設(shè)備，由于雪和冰的積累導致的雪和冰荷載可以減小或是忽略。當風荷載和水動力荷載確定之后，要相應考慮冰引起的橫截面積的增加和表面粗糙度的改變。冰厚是計算冰荷載的重要參數(shù)。冰厚的確定應該基于當?shù)氐谋鶖?shù)據(jù)， 海上風電機組基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計標準（初稿） 第 8 頁____________________________________________________________________________________________ 土壤調(diào)查和巖土資料土壤調(diào)查應該給詳細設(shè)計提供所有需要的土壤資料。土壤調(diào)查分為地質(zhì)研究、地球物理測量和巖土調(diào)查。土壤調(diào)查的范圍和土壤調(diào)查方法的選擇要考慮風機的類型、大小、重要性、土壤的復雜性和海床環(huán)境、實際土壤沉淀物的類型。土壤調(diào)查覆蓋的區(qū)域要看場地布置和安裝的容許誤差。對于風場中的多重地基，土壤的巖石組成和土壤強度特性范圍要在每一層地基或者每個地基的位置進行相應的評估。土壤調(diào)查必須提供達到某一深度土壤的相關(guān)信息，在此深度以下的薄弱基礎(chǔ)不再會影響到風機和支撐結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)的安全性和性能。土壤調(diào)查通常由下面的調(diào)查類型組成：——該點的地質(zhì)調(diào)查——海床的地形調(diào)查——地球物理調(diào)查，土壤鉆孔并進行現(xiàn)場測試——土壤取樣并進行隨后的實驗室測試——在采樣處進行測試，例如錐形穿透試驗（CPT）現(xiàn)場的巖土調(diào)查包括取樣做實驗室分析和現(xiàn)場測試兩部分，調(diào)查應該提供下面所有重要土層的巖土資料類型：——土壤分類和描述的資料；——實施要求的分析類型之后提供剪切強度和變形特性；——現(xiàn)場應力環(huán)境。提供的土壤參數(shù)，應該覆蓋所有的基礎(chǔ)設(shè)計和細節(jié)要求，包括重要土層的橫向范圍和這些土層中土壤特性的橫向變化。確定土壤的強度和變形特性的實驗室測試，應該包括一系列不同類型的實驗，每種實驗要重復多次，這樣才能滿足基礎(chǔ)詳細設(shè)計的需要。 其它環(huán)境條件 地震風電場海域的地震活躍程度必須根據(jù)地震活動的歷史記錄，如地震發(fā)生的次數(shù)和量級，以此來進行評定。如果能夠得到該地區(qū)地震活動的詳細信息，那么該地區(qū)的地震條件由這些信息來確定。如果沒有該地區(qū)地震活動的詳細信息，那么地震條件的確定要根據(jù)詳細的調(diào)查，這包括地質(zhì)歷史的研究和該地區(qū)發(fā)生的地震。如果某地區(qū)被定為地震活躍區(qū)并且風機受地震的影響，就需要做當?shù)睾驮摰貐^(qū)地質(zhì)評估以確定缺陷的位置和排列、震中和震源的距離、能量釋放的機制和震源到該地的衰減特征。應該考慮當?shù)氐耐寥罈l件，某種程度上地震能夠影響到地面的運動。地震設(shè)計包括形成該地的地震設(shè)計標準，應該與認可的工業(yè)操作相符合。 海上風電機組基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計標準（初稿） 第 9 頁____________________________________________________________________________________________ 鹽度應該考慮海水的鹽度對腐蝕的影響。 溫度高、低溫度的極值表示成可能的最高值和最低值，各自有相應的重現(xiàn)期。當描述溫度環(huán)境時，空氣和海水的溫度都要考慮。 海生物的生長海底的植物、動物和細菌引起水下和潮間帶的結(jié)構(gòu)部件上的海生物生長。潛在的海生物生長必須得到重視。海生物增加結(jié)構(gòu)構(gòu)件的重量，還可能增加構(gòu)件上水的作用力。 海上風電機組基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計標準（初稿） 第 10 頁____________________________________________________________________________________________3. 荷載及荷載組合 總則該部分定義并詳細敘述了在總體強度分析和局部設(shè)計中需考慮的荷載及荷載組合情況。風機和支撐結(jié)構(gòu)至少要滿足 IEC614001(風渦輪發(fā)電機系統(tǒng)規(guī)范 ——第一部分：安全要求)中給出的特定風工況的要求。 固定荷載固定荷載是指平臺適用期間，大小、位置或方向不會發(fā)生改變的荷載，如：——平臺結(jié)構(gòu)在空氣中的重量——永久安裝在平臺上的設(shè)備和附屬結(jié)構(gòu)——作用在結(jié)構(gòu)上的靜水力 活荷載活荷載是指在與平臺使用和正常操作有關(guān)的荷載，其大小、位置和方向會發(fā)生改變。例如：——人員的變化——起重機操作荷載——船舶撞擊——與設(shè)備運行有關(guān)的荷載——可變的壓艙物和設(shè)備荷載——存儲的材料、設(shè)備、氣體、液體和流體——救生艇對于海上風機結(jié)構(gòu)，活荷載包括：——運動荷載（actuation loads）——服務船只的撞擊荷載——起重機操作荷載運動載荷運行載荷是由于風力發(fā)電機組的運行和控制產(chǎn)生的，可將它們分成若干類。每一類都與風輪轉(zhuǎn)數(shù)的控制有關(guān)，例如通過葉片或其他氣動裝置的變距進行扭矩控制。運行載荷包括由風輪停轉(zhuǎn)和啟動，發(fā)電機接通和脫開引起的傳動鏈機械剎車和瞬態(tài)載荷，以及偏轉(zhuǎn)載荷。運行載荷通常認為是風荷載作用在風渦輪機上產(chǎn)生的荷載中一種。因此，在該標準中，驅(qū)動荷載認為是環(huán)境風機荷載，不以獨立的功能荷載出現(xiàn)在荷載組合中。船舶撞擊荷載用于主要的支撐結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)的設(shè)計以及次重要結(jié)構(gòu)物的設(shè)計中。 海上風電機組基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計標準（初稿） 第 11 頁____________________________________________________________________________________________ 環(huán)境荷載 總則環(huán)境荷載是指平臺使用期間，大小、位置和方向會發(fā)生改變的自然因素引起的荷載。包括：——風機荷載——由波浪和流產(chǎn)生的水動力荷載，包括拖曳力和慣性力——地震荷載——流致渦激荷載——潮汐效應——海生物生長——雪、冰荷載更加詳細的信息請參考中華人民共和國石油天然氣行業(yè)標準， “環(huán)境條件和環(huán)境荷載標準” ，SY/T 100502022。 風機荷載風機運行荷載風力發(fā)電機組運行時，其葉片上的風荷載和風機偏航引起的荷載通過結(jié)構(gòu)和傳動機構(gòu)作用在塔架頂端，因此，DNV 規(guī)范規(guī)定，海上風電機組基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計應考慮風電機組的荷載。這部分荷載包括：風輪上的靜風壓引起的荷載、湍流和尾流引起的荷載、風力發(fā)電機偏航引起的荷載和風力發(fā)電機組的重力荷載等。中華人民共和國機械工業(yè)部標準（JB/T103002022 ）對風力發(fā)電機組的荷載計算做出了具體的規(guī)定： 正常運行荷載 (1) 作用在風輪上的平均壓力作用在風輪掃掠面積A上的平均壓力 由下式計算：Hp2FB1rCV??式中：C FB=8/9；ρ——空氣密度；Vr——額定風速。代入系數(shù)值并經(jīng)量綱轉(zhuǎn)換后得： 海上風電機組基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計標準（初稿） 第 12 頁____________________________________________________________________________________________（kN/m 2）2H180rVp?式中：V r 的量綱為m/s。 (2) 作用在塔架頂部的力為： XHFpA (3) 湍流、風斜流和塔尾流的影響利用氣動力距風輪中心的偏心距e w 來考慮湍流以及風斜流和塔尾流的影響： 2rReV?式中：R——風輪半徑；w——任一方向風的極端風梯度，取w= 倍ms（二值中取較小值）。由于此偏心距而產(chǎn)生最大附加力矩為： YHwMpAe?或 Z (4) 扭矩 XHM由最大輸出功率 Pe1 確定： e1XHM???式中：ω——風輪轉(zhuǎn)動角速度；η——發(fā)電機和增速器的總效率系數(shù)。若無輸出功率或總效率系數(shù)實際值時，則可假定單位風輪掃掠面積的輸出功率為500W/m2及總效率系數(shù)η=。將η= 及P e1（kW ）代入得： e1XH4PMn?式中：n——風輪轉(zhuǎn)速，r/min。 風機偏航荷載風機偏航運動時，由于陀螺效應，偏航運轉(zhuǎn)將引起作用在塔架頂部的陀螺力，這就是偏航荷載，對于偏航運動的不同階段，該荷載分為啟動荷載和勻速轉(zhuǎn)動荷載。（1）啟轉(zhuǎn)當風機偏航時，偏航啟動作用在塔架上的扭矩為： ZTHwMpAe? 海上風電機組基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計標準（初稿） 第 13 頁____________________________________________________________________________________________在偏轉(zhuǎn)運動開始時，除扭矩外，還作用有塔架頂端的橫向力： YTMFme???式中： ——發(fā)電機和風輪的總質(zhì)量；Mm——總質(zhì)量的質(zhì)心位置距塔架的距離；e——偏航角加速度。??（2）勻速偏轉(zhuǎn)運動如果裝被動偏航系統(tǒng)的風力發(fā)電機組無合理加速時間數(shù)據(jù)可用，則可假定加速持續(xù)時間為1s。此外，要使用偏航系統(tǒng)的角速度。對于裝主動偏航系統(tǒng)的風力發(fā)電機組，角速度通常很小，可不考慮此荷載情況。在這些情況下，將作用下述荷載： 2XTMFZme???YBI??式中：Z —— 葉片數(shù)量；—— 葉片相對風輪軸的慣性矩；BI——偏航角速度?風在轉(zhuǎn)子和塔架上產(chǎn)生的荷載應當加以考慮。風生荷載包括風直接產(chǎn)生的荷載以及由風機的運轉(zhuǎn)和風激運動產(chǎn)生的間接荷載。直接風激荷載包括：——空氣動力輪機葉片荷載（在運轉(zhuǎn)，停止、空閑，制動和啟動時） ；——塔架和發(fā)電機艙的氣動阻力。根據(jù)標準，在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，以下風荷載包括由風間接產(chǎn)生的荷載和風機工作產(chǎn)生的荷載。——葉片上的動力荷載。隨著葉片的轉(zhuǎn)動，該荷載隨時間不斷變化；——由轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的地心引力和科里奧利力；——偏轉(zhuǎn)引起的回轉(zhuǎn)力；——風機的制動力。以下因素在風荷載的定義中應當予以考慮：——塔架