海上风电平台船贝雷架应用研究

刘小飞，刘家军，陈志坚

（天津港航工程有限公司，天津 300450）

风力发电是可再生能源领域中最成熟、最具规模开发条件和商业化发展前景的发电方式之一，在“3060”战略的引领下，我国进入能源绿色低碳转型的新时代。在海上风电施工过程中风机叶片安装是难度最高的一个环节。

随着大型风电机组的开发和使用，风机叶片长度已超110 米，使得风机平台船舶自身的性能将不能再满足叶片过驳要求。当前业内部分平台船采用甲板两侧加宽的方式[1-3]，以实现过驳叶片，同时存放多个叶片，提升了叶片吊装效率。

1 贝雷架平台设计

根据“港航平9”结构尺寸、吊机性能及作业特点，主甲板两舷侧设计结构尺寸相同的贝雷架，如下图所示。

图1 贝雷架平台布置图

设计、制作的贝雷架平台参数为9 米（舷外长度）*15 米，每个贝雷架最外侧能够承载38t 载荷。叶片托架平台采用321 型贝雷架拼接而成，贝雷架为三排单层标准型贝雷架。

2 贝雷架平台强度计算

因叶片重量载荷主要集中在叶根支撑部位，因此，仅对叶片根部所在托架强度进行校核。

图2 叶片托架受力形式

作用在贝雷架平台上的载荷见下表：

表1 托架载荷汇总

上表中载荷合力最终以集中力形式作用在纵向贝雷架及与托架的接触点处，贝雷架平台受力分析如下图所示：

图3 贝雷架平台弯矩图

[M]max=2073kNm，[m]=2364kNm，[M]max＜[m]，则抗弯能力满足要求。

图4 贝雷架平台剪力图

[V]max=299.9kN，[v]=735kN，[V]max＜[v]，则抗剪能力满足要求。

图5 贝雷架平台挠度图

[ω]max=1.3mm,[ω] =L/400=17.25mm[ω]max＜[ω],则挠度满足要求。

3 船体强度仿真分析

由于贝雷架平台眼板对应的每一处船体结构刚度不同，使得每组眼板处载荷不同，根据托架端部载荷及托架的弯矩剪力分布，分别按单组眼板载荷和一组贝雷架端部整体载荷校核船体连接区域的强度。

3.1 有限元建模与求解

首先建立整船有限元模型，在此基础上对舷侧区域网格细化并建模，整体模型如图6 所示。整船模型有限元网格尺寸为600mm，眼板反面加强校核区域有限元网格为50mm。局部校核区域内所有结构（包括纵骨）均用壳单元模拟。图7 为局部支撑结构区域的模拟情况。图8 为眼板支撑结构区域模型细节。

图6 整船模型

图7 模型局部

图8 眼板支撑结构区域模型细节（靠船艉区域）

计算模型应用Nastran 提供的LINEAR 求解器求解。

眼板支撑结构区域模型如下图所示：

3.2 材料特性

计算模型中使用的材料物理参数如下：

杨氏模量E=2.06*10-5(N/mm2）；泊松比μ=0.3；密度ρ= 7.85*10-（9t/mm3)

3.3 载荷分析

3.3.1 单组贝雷架整体载荷

单组贝雷架端部承受的Mx 弯矩为3144kNm，Mz弯矩为4.1kNm，垂向力为482.5kN，水平力为0.8kN。整体载荷作用在 10 组眼板上，传递给主船体舷侧区域。计算模型通过多点约束关联至眼板，施加集中载荷。如图9 所示。

图9 模型整体载荷施加示例

3.3.2 一组眼板局部载荷

根据贝雷架平台强度计算数据，眼板处受到了拉压力和垂向剪力，压力为224.6kN，剪力为24.1kN。。通过施加相邻一对眼板处载荷，校核相关区域强度，载荷施加如图10 所示：

图10 眼板处载荷施加情况

3.3.3 自重载荷

考虑到自重影响，模型加载了自重载荷。

3.3.4 计算工况

强度校核共有四个工况，如下表所示。

表2 工况汇总表

3.3.5 强度衡准

表3 许用应力

3.3.6 计算与评估

表4 结构屈服计算结果

4 结论

（1）在“港航平9”风电平台船设计加装贝雷架平台之后，将能够满足3 支叶片竖立过驳存放或者2 支叶片平躺过驳存放。

（2）通过应用贝雷架平台，降低了叶片过驳、吊装所需的船舶性能，打破了风机安装船舶因自身限制无法过驳、吊装超长叶片的约束，有效解决国内风机安装平台船紧缺的问题。

（3）通过贝雷架平台和船体舷侧加强区域校核分析，在对应的载荷作用下，贝雷架平台、主船体及其加强结构强度满足中国船级社《海上移动平台入级规范》[6]要求。