漂浮式潮流能发电装置振动与波浪响应试验研究

　　世界范围内，能源日趋紧张，环境污染不断加剧，潮流能作为清洁无污染的绿色可再生能源，具有储量大、分布广、可预测性强、环境污染小等特点［1］，受到许多国家的重视。近年来，伴随着潮流能利用技术的快速发展，各种潮流能发电装置被开发产生，如英国 MCT公司开发的“Seaflow”和“SeaGen”［2］潮流能发电装置、Atlantis Resources Co 公司基于 AK-1000TM［3］水轮机开发的潮流能发电装置、爱尔兰 OpenHydro 公司基于Open Centre［4］水轮机开发的潮流能发电装置以及美国［5］、加拿大［6］、挪威［7］等国家开发的潮流能发电装置。目前实验示范研究和商业运行的潮流能发电装置主要是基于水平轴水轮机的潮流能发电装置［8］，载体形式以桩基础式和座海底式为主，基于竖轴水轮机的漂浮式潮流能发电装置只在中国和意大利等少数国家开展过相应的研究。然而，基于竖轴水轮机的漂浮式潮流能发电装置却融合了竖轴水轮机和漂浮式电站的特点，具有适应流向强、对吃水要求低、噪音小、结构简单、对船厂的制造技术要求不高、制造成本低、安装运输方便、平台甲板宽敞、便于发电机组的布置和人员的操作、维护检修方便、后期管理和维护费用低等诸多特点［9］，有着独特的应用优势，逐渐为人们所重视。目前，关于该类型潮流能发电装置的研究多限于对水轮机性能的研究，对波流环境下潮流能发电装置的振动及波浪响应研究却鲜有报道。

　　本文试验的主要目的是通过设计试验模型和装置，在哈尔滨工程大学船模拖曳水池进行静水拖航试验和波浪试验，研究基于竖轴水轮机的漂浮式潮流能发电装置的振动与波浪响应问题，为基于竖轴水轮机的漂浮式潮流能发电装置的进一步研究提供参考和借鉴。

　　1 试验模型及仪器设备

　　1. 1 试验模型

　　漂浮式潮流能发电装置的水轮机模型为竖轴 3 叶片直叶水轮机，参数如表 1 所示。载体为双体结构，参数如表 2 所示，试验模型见图 1。

　　1. 2 仪器设备

　　试验在哈尔滨工程大学船模拖曳水池进行，主要仪器设备包括:

　　( 1) 船模拖曳水池: 池长 108 m，池宽 7 m，池深4． 0 m，水深 3． 5 m，容水量约 2 650 t。

　　( 2) 拖车: 车速 0 ～ 6． 5 m/s，稳定精度 0． 5%，给定精度 0． 1%，可通过计算机程序对拖车运行速度进行自动控制，拖车上设有测量桥，测量桥在垂直方向行程可调，可调行程为 0． 6 m。

　　( 3) 东华 DH5920 动态信号测试分析系统: 工作通道数 16，采样频率 10 ～ 100 kHz，系统准确度小于0． 5% ，系统稳定度: 0． 05% / h，该仪器可对时域、频域信号进行采集，并可进行谱分析以及实时的数据处理。