تعیین میزان خرابی آستانه فروریزش (CP) توربین بادی دریایی با سکوی شابلونی

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی سواحل، بنادر و سازه‌های دریایی، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل

2 استادیار و عضو هیئت علمی دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، بابل، ایران

چکیده

یکی از پارامترهای مهم در طراحی سازه‌های مختلف، تعیین میزان خرابی در سطوح مختلف از جمله سطح مربوط به خرابی آستانه فروریزش سازه می‌باشد. از آنجا که محققین در سال‌های اخیر به بررسی ابعاد گوناگون طراحی سازه توربین بادی دریایی پرادخته‌اند، لیکن کمتر به این معیار خرابی تحت ترکیب بار توام موج و باد اشاره نموده‌اند، در تحقیق حاضر سعی در تعیین میزان خرابی آستانه فروریزش (CP) برای یک توربین بادی دریایی با سکوی شابلونی که از رایج‌ترین سکوهای نگهدارنده توربین می‌باشد، شده‌است. برای محاسبه نیروی وارده بر توربین بادی دریایی تحت بارگذاری توام موج و باد تلاش‌هایی از جمله مدل‌های امواج منظم خطی و غیرخطی و امواج نامنظم صورت گرفته‌است. از آنجائیکه مدل‌های منظم تصادفی بودن و نامنظم بودن تراز سطح دریا را در نظر نمی‌گیرند و انرژی موج را در یک فرکانس متمرکز می‌کنند، لذا برای تحلیل‌های دینامیکی مناسب نیستند. از طرفی پرهزینه و وقت گیر بودن محاسبات آنالیز دینامیکی تاریخچه زمانی طولانی مدت امواج نامنظم از نقایص این روش‌ها است. لذا در این تحقیق از آنالیز موج – باد دوام برای این مهم استفاده شده‌است. در این مقاله با تعیین میزان خرابی آستانه فروریزش سازه و همچنین دوره بازگشت تکرار بارگذاری متناظر با آن، مشخص شد که ارتفاع موج حد خرابی CP برای این سازه، حدود 5/11 متر می‌باشد که متناظر با برش پایه 22 مگانیوتن، جابجایی تقریبی 30 سانتیمتر در تراز عرشه سکو و جابجایی حدود 70 سانتیمتر در تراز ناسل توربین است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Determination of collapse prevention (CP) of offshore wind turbine with jacket platform

نویسندگان [English]

  • Ali Jafari 1
  • Reza Dezvareh 2
1 Msc. Student of Faculty of Civil Engineering, Babol Noshirvani University of Technology, Babol, Iran.
2 Assistant Professor, Faculty of Civil Engineering, Babol Noshirvani University of Technology, Babol, Iran.
چکیده [English]

One of the important parameters in the design of different structures is to determine the amount of failure at different levels, including the level of failure of the collapse prevention of the structure. Since researchers in recent years have studied the various problem of the design of offshore wind turbine structures, but less reference to this failure criterion under the combination of wave load and wind load, in the present study tried to determine the failure rate of collapse prevention (CP) for an offshore wind turbine with jacket platform, which is one of the most common turbine holding platforms. Attempts have been made to calculate the force applied to the offshore wind turbine under both wave and wind loading, including linear and nonlinear regular wave models and irregular waves. Since regular models do not consider the randomness and irregularity of sea level and focus the wave energy on a frequency, they are not suitable for dynamic analysis. On the other hand, the costly and time-consuming dynamics analysis calculations and the long time history of irregular waves are among the disadvantages of these methods. Therefore, in this research, endurance wave-wind analysis has been used for this important. In this paper, by determining the amount of failure of the collapse prevention of the structure and also the return period of the corresponding loading repetition, it was found that the wave height of CP failure limit for this structure is about 11.5 meters, .

کلیدواژه‌ها [English]

  • offshore wind turbine
  • Jacket Platform
  • wind and wave loading
  • Collapse prevention
[1]    Vestergaard, Jens, Lotte Brandstrup, and Robert D. Goddard. "A brief history of the wind turbine industries in Denmark and the United States." Academy of international business (Southeast USA Chapter) Conference proceedings. Vol. 2. Academy of International Business, 2004.
[2]    Gaudiosi G and Twidell J (2009), Offshore Wind Power,
Brentwood: Multi-SciencePub., Essex, UK, Chap. 2.
[3]    Musial, Walter, Sandy Butterfield, and Bonnie Ram. Energy from offshore wind. No. NREL/CP-500-39450. National Renewable Energy Lab.(NREL), Golden, CO (United States), 2006.
[4]    Veritas, Norske. Environmental conditions and environmental loads. Det Norske Veritas, 2000.
[5]    Dezvareh, R. "Dynamic analysis of tripod offshore wind turbine under wind and wave loads considering water-strucure interaction." (2019): 74-82.
[6]    Tromans, Peter S., Ali R. Anaturk, and Paul Hagemeijer. "A new model for the kinematics of large ocean waves-application as a design wave." The First International Offshore and Polar Engineering Conference. International Society of Offshore and Polar Engineers, 1991.
[7]    Taylor, Paul H., Philip Jonathan, and Léon A. Harland. "Time domain simulation of jack-up dynamics with the extremes of a Gaussian process." (1997): 624-628.
[8]    Cassidy, M. J., R. Eatock Taylor, and G. T. Houlsby. "Analysis of jack-up units using a constrained NewWave methodology." Applied Ocean Research 23.4 (2001): 221-234.
[9]    Zeinoddini, M., H. Matin Nikoo, and H. Estekanchi. "Endurance Wave Analysis (EWA) and its application for assessment of offshore structures under extreme waves." Applied Ocean Research 37 (2012): 98-110.
[10]               Pinna, Rodney, and Mark Cassidy. "Dynamic analysis of a monopod platform using constrained NewWave." International Conference on Offshore Mechanics and Arctic Engineering. Vol. 37440. 2004.
[11]               Wei, Kai, Sanjay R. Arwade, and Andrew T. Myers. "Incremental wind-wave analysis of the structural capacity of offshore wind turbine support structures under extreme loading." Engineering Structures 79 (2014): 58-69.
[12]               Wei, K., S. R. Arwade, A. T. Myers, S. Hallowell, J. F. Hajjar, and E. M. Hines. "Performance Levels and Fragility for Offshore Wind Turbine Support Structures during Extreme Events." In Structures Congress 2015, pp. 1891-1902.
[13]               Mazzoni, Silvia, et al. "OpenSees command language manual. Pacific Earthquake Engineering Research Center." University of California, Berkeley (2007).
[14]               Kaveh, A. Sabeti, S.; “Optimal design Of Jacket Supporting Structures For Offshore Wind Turbines Using Enhanced Colliding Bodies Optimization Algorithm”, International Journal Of Optimization In Civil Engineering, Vol.9, No.1, p.p. 129-145, ‏2019.
[15]               Bargi, Khosrow, Reza Dezvareh, and Seyed Amin Mousavi. "Contribution of tuned liquid column gas dampers to the performance of offshore wind turbines under wind, wave, and seismic excitations." Earthquake Engineering and Engineering Vibration 15.3 (2016): 551-561.
[16]               Dezvareh, Reza. "Evaluation of turbulence on the dynamics of monopile offshore wind turbine under the wave and wind excitations." Journal of Applied and Computational Mechanics5.4 (2019): 704-716.
[17]               Veritas, Det Norske. "Design of Offshore Wind Turbine Structure." Offshore Standard DNV-OS-J101 (2004).
[18]               Doerry, Armin W. "Performance Limits for Maritime Wide-Area Search (MWAS) Radar." (2020).
[19]               Fischer, T., W. E. De Vries, and B. Schmidt. "UpWind design basis (WP4: Offshore foundations and support structures)." (2010).
[20]              متین نیکو، حمید؛ زین الدینی، مصطفی؛ اندرامی، سید مهدی؛ "ارزیابی رفتار دینامیکی غیرخطی سکوهای دریایی با به کارگیری تئوری موج نو مقیدشده و روش تحلیلی زمان ـ دوام"، چهارمین همایش ملی صنایع فراساحل(OIC2011)، 1390.
[21]              متین نیکو، حمید؛ زین الدینی، مصطفی؛ استکانچی، همایون؛ اندرامی، سید مهدی؛ "کاربرد روش زمان دوام در طراحی و ارزیابی سازه های دریایی در مقابل نیروی امواج تصادفی" یادداشت فنی، دوره 3002، شماره 1، صفحه 109-118، 1393.
[22]              موحدی نیا،رضا؛ مهرداد، میر عبدالحمید؛ پورزینلی، سعید؛ "ارزیابی سکوهای دریایی نوع جکت به روش آنالیز موج افزایشی"، مجله علوم و فنون دریایی، دوره 14، شماره4، صفحه 98-107، 1394.