金 超， 王 煒

(1. 國(guó)電電力浙江舟山海上風(fēng)電開(kāi)發(fā)有限公司， 浙江 寧波 315100；2. 中國(guó)海洋大學(xué) 工程學(xué)院， 山東 青島 266100)

0 引 言

加強(qiáng)對(duì)可再生能源的利用是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑，風(fēng)能在可再生能源中占據(jù)重要地位。風(fēng)能分布較為廣泛，主要以風(fēng)力發(fā)電的形式被開(kāi)發(fā)利用。隨著陸上風(fēng)電開(kāi)發(fā)逐漸飽和，海上風(fēng)電成為風(fēng)能開(kāi)發(fā)的主要形式。海上風(fēng)電的開(kāi)發(fā)呈現(xiàn)3個(gè)集中特點(diǎn)：大規(guī)?；?、離岸化、深水化[1]。

隨著海域深度和離岸距離的增加，傳統(tǒng)固定式海上風(fēng)電結(jié)構(gòu)的成本大幅上升，漂浮式風(fēng)電結(jié)構(gòu)逐步得到開(kāi)發(fā)應(yīng)用。自挪威于2009年安裝立柱漂浮式海上風(fēng)電機(jī)組以來(lái)，歐美和日韓海上風(fēng)電巨頭逐步聚焦深海風(fēng)電技術(shù)的研發(fā)，海上風(fēng)電跨入漂浮式時(shí)代[2]。

海上風(fēng)電離岸化、深水化不可避免地會(huì)帶來(lái)成本的升高，為克服這一問(wèn)題，提出大兆瓦風(fēng)機(jī)的概念，例如西門(mén)子與三菱重工維斯塔斯使用功率更高的渦輪機(jī)。大兆瓦風(fēng)機(jī)的2個(gè)發(fā)展方向如下：(1) 保持葉片長(zhǎng)度不變，提高風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速；(2) 增加葉片長(zhǎng)度，保持風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速不變。二者都對(duì)風(fēng)電平臺(tái)的性能提出更大的考驗(yàn)[3]。

本文針對(duì)深海大兆瓦浮式風(fēng)電基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度問(wèn)題，以美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)的5 MW OC3 Spar風(fēng)電結(jié)構(gòu)作為基準(zhǔn)模型，采用比例因子設(shè)計(jì)法提出不同大兆瓦風(fēng)機(jī)對(duì)應(yīng)浮式支撐結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案，建立結(jié)構(gòu)有限元模型，進(jìn)行水動(dòng)力分析和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析，得到浮式結(jié)構(gòu)水動(dòng)力特性和結(jié)構(gòu)應(yīng)力隨上部風(fēng)機(jī)功率變化的規(guī)律。針對(duì)應(yīng)力危險(xiǎn)區(qū)域，提出有效的應(yīng)力消減方案，為大兆瓦浮式風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)提供參考。

1 環(huán)境載荷計(jì)算

1.1 風(fēng)載荷

塔筒所受風(fēng)載荷F1計(jì)算式[4]為

F1=0.613CHCSV2Ah

(1)

式中：CH和CS分別為高度因數(shù)和形狀因數(shù)，CH按水面以上高度分為6段分別取1.00、1.10、1.20、1.30、1.37和1.43，CS取0.4；V為確定工況下10 min平均風(fēng)速；Ah為結(jié)構(gòu)在垂直方向上的投影面積。

1.2 波浪載荷

對(duì)于海洋工程結(jié)構(gòu)物來(lái)說(shuō)，水面以下部分均會(huì)受到波浪載荷作用，波浪載荷具有慣性力、拖曳力和繞射力等3個(gè)組成部分。對(duì)于不同尺度的結(jié)構(gòu)物來(lái)說(shuō)，3種力在波浪載荷中占據(jù)的地位不同。所設(shè)計(jì)的平臺(tái)尺度D與入射波長(zhǎng)L相比較大(D/L>0.2)，對(duì)結(jié)構(gòu)起主要作用的是波浪的繞射效應(yīng)和附加質(zhì)量效應(yīng)，因此采用三維勢(shì)流理論計(jì)算結(jié)構(gòu)物受到的波浪載荷。

當(dāng)波浪在向前傳播過(guò)程中遇到相對(duì)靜止的結(jié)構(gòu)物時(shí)，結(jié)構(gòu)物表面會(huì)產(chǎn)生向外散射的波。此時(shí)流場(chǎng)內(nèi)任一點(diǎn)的速度勢(shì)由入射波速度勢(shì)φI、結(jié)構(gòu)自身運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的輻射波速度勢(shì)φR和波浪受結(jié)構(gòu)物擾動(dòng)產(chǎn)生的繞射波速度勢(shì)φD組成。流場(chǎng)總速度勢(shì)φ為三者之和：

φ=φI+φR+φD=Re{[φI(x,y,z)+
φD(x,y,z)+φR(x,y,z)]e-iωt}

(2)

式中：ω為圓頻率；t為時(shí)間。

入射波速度勢(shì)可根據(jù)線性波理論得到，輻射波和繞射波速度勢(shì)需結(jié)合滿足的控制方程及相應(yīng)邊界進(jìn)行求解。得到速度勢(shì)后可將其代入線性化的伯努利方程得到結(jié)構(gòu)物表面壓力分布p，從而通過(guò)積分得到作用于結(jié)構(gòu)上的波浪力F2[5]，具體公式為

(3)

F2=?s-pnds

(4)

式(3)和式(4)中：ρw為海水密度；z為計(jì)算處距自由面垂直距離；n為結(jié)構(gòu)物表面單位外法線向量；s為結(jié)構(gòu)物的濕表面積。

1.3 環(huán)境條件

所選取的環(huán)境條件如下：水深為320 m；五十年一遇和十年一遇的10 min平均風(fēng)速分別為39.1 m/s和34.1 m/s；五十年一遇的波浪譜峰周期和有效波高分別為10 s和8.2 m，十年一遇的波浪譜峰周期和有效波高分別為9.2 s和6.8 m。

1.4 計(jì)算工況

浮式風(fēng)電結(jié)構(gòu)所受環(huán)境載荷主要包括風(fēng)載荷、浪載荷等，依據(jù)所受載荷選取工況分為極限工況和操作工況。正常操作工況為額定風(fēng)速和十年一遇波浪條件作用下工況，極限工況分為2類(lèi)：極限波浪工況為十年一遇風(fēng)速與五十年一遇波浪作用下工況；極限風(fēng)況為五十年一遇風(fēng)速與十年一遇波浪作用下工況[6]。

2 大兆瓦風(fēng)機(jī)載荷計(jì)算

2.1 大兆瓦漂浮式風(fēng)機(jī)介紹

截至目前，世界上已經(jīng)安裝的單臺(tái)漂浮式風(fēng)機(jī)示范項(xiàng)目兆瓦數(shù)集中在2.0～5.0 MW級(jí)，安裝水深基本在60 m以上。葡萄牙和法國(guó)于2011年和2018年分別安裝的樣機(jī)功率均為2.0 MW，挪威在2009年安裝的樣機(jī)功率為2.3 MW，日本在2013年和2017年安裝的樣機(jī)功率分別為2.0 MW和5.0 MW，日本在2016年安裝的半潛式風(fēng)機(jī)功率達(dá)7.0 MW[2]。值得一提的是，在2020年我國(guó)東方電氣的10 MW海上風(fēng)機(jī)成功下水[7]。東方電氣的10 MW風(fēng)機(jī)創(chuàng)造單機(jī)容量亞太地區(qū)最大、全球第二大紀(jì)錄，標(biāo)志著中國(guó)在大兆瓦風(fēng)機(jī)研究設(shè)計(jì)方面的突破[8]。

綜上所述，各分類(lèi)方案的優(yōu)先排序?yàn)椋悍桨敢唬痉桨溉痉桨付?，即方案一（基于有害垃圾單?dú)投放的干濕（易腐垃圾、其他垃圾） 兩分法）為現(xiàn)階段最適合于?？谑芯用駞^(qū)的生活垃圾分類(lèi)投放方案。

對(duì)于小批量示范項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，目前唯一建成的位于英國(guó)蘇格蘭附近的北海區(qū)域，項(xiàng)目采用5臺(tái)西門(mén)子6.0 MW機(jī)組，裝機(jī)容量達(dá)30.0 MW。其他處于在建中的小批量示范項(xiàng)目單機(jī)容量較大，多數(shù)為6.0～10.0 MW。位于葡萄牙的Wind Float Atlantic項(xiàng)目共由3臺(tái)維斯塔斯公司生產(chǎn)的8.4 MW機(jī)組構(gòu)成，第1臺(tái)機(jī)組于2019年7月成功安裝。英國(guó)在蘇格蘭海域在建的Kincardine項(xiàng)目由5臺(tái)維斯塔斯公司生產(chǎn)的9.5 MW機(jī)組和1臺(tái)2.0 MW機(jī)組組成，裝機(jī)容量為49.5 MW[2]。

圖1和圖2分別為西門(mén)子公司以及中國(guó)東方電氣集團(tuán)有限公司與中國(guó)長(zhǎng)江三峽集團(tuán)有限公司聯(lián)合生產(chǎn)的三葉海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)。

圖1 西門(mén)子公司6 MW風(fēng)機(jī)[9]

圖2 東方電氣集團(tuán)有限公司與中國(guó)長(zhǎng)江三峽集團(tuán)有限公司10 MW風(fēng)機(jī)[7]

2.2 風(fēng)機(jī)載荷計(jì)算

風(fēng)機(jī)選用NREL的5.0 MW級(jí)風(fēng)機(jī)[10]以及我國(guó)金風(fēng)科技公司出產(chǎn)的6.7 MW級(jí)和8.0 MW級(jí)風(fēng)機(jī)[7]，風(fēng)機(jī)載荷FH可由貝茨公式計(jì)算得到：

(5)

FH=pHAs

(6)

式(5)和式(6)中：pH為風(fēng)機(jī)掃掠面積的平均作用力；ρa(bǔ)為空氣密度；CFB為阻力因數(shù)，一般取8/9；Vt為風(fēng)機(jī)額定風(fēng)速；As為風(fēng)機(jī)掃掠面積，可由葉片半徑計(jì)算得到。結(jié)構(gòu)所受風(fēng)機(jī)載荷及相關(guān)參數(shù)如表1所示。由表1可知：隨風(fēng)機(jī)功率增大，其系統(tǒng)尺度也隨之增大，尤其是風(fēng)機(jī)載荷隨功率顯著增長(zhǎng)。

表1 風(fēng)機(jī)載荷及相關(guān)參數(shù)

3 Spar型浮式支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 模型介紹

基準(zhǔn)浮式支撐結(jié)構(gòu)選用NREL的5 MW級(jí)OC3 Spar平臺(tái)[10]，平臺(tái)設(shè)計(jì)概念來(lái)源于挪威的Hywind海上風(fēng)電項(xiàng)目。平臺(tái)主體采用Spar型式，具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、適合建模且易于商業(yè)化的特點(diǎn)。平臺(tái)上部風(fēng)機(jī)采用三葉片結(jié)構(gòu)，下部柱體結(jié)構(gòu)采用三點(diǎn)系泊形式，約束位于水線以下70 m處。塔筒和平臺(tái)的詳細(xì)結(jié)構(gòu)參數(shù)[10]如表2和表3所示。

表2 塔筒結(jié)構(gòu)參數(shù)

表3 平臺(tái)結(jié)構(gòu)參數(shù)

3.2 基于比例因子設(shè)計(jì)法的支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

采用比例因子設(shè)計(jì)法對(duì)支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，此方法通過(guò)比例縮放的途徑進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)物相關(guān)參數(shù)的基礎(chǔ)上確定設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的主尺度、質(zhì)量、剛度和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等結(jié)構(gòu)參數(shù)。

采用比例因子設(shè)計(jì)法需要滿足的設(shè)計(jì)條件如下：葉片空氣動(dòng)力學(xué)和支撐結(jié)構(gòu)技術(shù)都是固定的，材料類(lèi)型等也沒(méi)有改變，同時(shí)假設(shè)重力與風(fēng)機(jī)推力保持相同的作用效果[11]。采用上述假定條件對(duì)支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行縮放，計(jì)算式為

N=N0ηk

(7)

式中：N為設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)參數(shù)；N0為基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)參數(shù)；η為比例因子，是設(shè)計(jì)支撐結(jié)構(gòu)風(fēng)力渦輪機(jī)葉片與原型平臺(tái)渦輪機(jī)葉片長(zhǎng)度的比值；k為縮放值，取決于具體縮放的結(jié)構(gòu)參數(shù)，其中結(jié)構(gòu)主尺度、結(jié)構(gòu)重心、結(jié)構(gòu)質(zhì)量和結(jié)構(gòu)剛度的縮放值分別為1、1、3、4。6.7 MW級(jí)風(fēng)機(jī)和8.0 MW級(jí)風(fēng)機(jī)葉片長(zhǎng)度分別為77.0 m和87.5 m，計(jì)算得到的比例因子分別為1.25和1.42，由此可以在5.0 MW級(jí)OC3平臺(tái)的基礎(chǔ)上得到6.7 MW級(jí)和8.0 MW級(jí)支撐結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，如表4所示。

表4 6.7 MW級(jí)和8.0 MW級(jí)浮式支撐結(jié)構(gòu)參數(shù)

圖3 5.0 MW級(jí)結(jié)構(gòu)整體模型及內(nèi)部艙室

4 數(shù)值分析

4.1 水動(dòng)力分析

對(duì)OC3平臺(tái)以及6.7 MW級(jí)和8.0 MW級(jí)設(shè)計(jì)支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行水動(dòng)力分析，濕表面模型和結(jié)構(gòu)模型的網(wǎng)格劃分分別選0.6 m和1.5 m?，F(xiàn)以5.0 MW 級(jí)OC3平臺(tái)水動(dòng)力分析為例，濕表面模型如圖4所示。

圖4 OC3平臺(tái)濕表面模型

環(huán)境水深為320 m，入射波浪頻率變化范圍為0～120 s，頻率間隔為2 s，入射波浪方向變化范圍為0°～90°，角度間隔為15°。經(jīng)計(jì)算得OC3平臺(tái)以及6.7 MW、8.0 MW級(jí)支撐結(jié)構(gòu)的四自由度響應(yīng)幅值算子(Response Amplitude Operator，RAO)分別如圖5～圖7所示。

圖5 OC3平臺(tái)四自由度RAO

圖6 6.7 MW級(jí)設(shè)計(jì)支撐結(jié)構(gòu)四自由度RAO

圖7 8.0 MW級(jí)設(shè)計(jì)支撐結(jié)構(gòu)四自由度RAO

將各兆瓦級(jí)支撐結(jié)構(gòu)的水動(dòng)力分析結(jié)果匯總?cè)绫?所示。

表5 不同功率浮式風(fēng)電結(jié)構(gòu)固有周期 s

在對(duì)設(shè)計(jì)支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行水動(dòng)力計(jì)算時(shí)，采用將OC3平臺(tái)參數(shù)通過(guò)比例因子縮放法得到的結(jié)構(gòu)重心和質(zhì)量進(jìn)行計(jì)算。與OC3平臺(tái)相比，計(jì)算結(jié)果在垂蕩方向上收斂峰值較高，將設(shè)計(jì)支撐結(jié)構(gòu)阻尼上調(diào)7%后得到較為理想結(jié)果。

由表5可知：不同兆瓦級(jí)支撐結(jié)構(gòu)在4個(gè)自由度上的固有周期隨著風(fēng)機(jī)功率的增大呈現(xiàn)延長(zhǎng)趨勢(shì)，其中在縱蕩和艏搖兩個(gè)自由度上各兆瓦級(jí)支撐結(jié)構(gòu)的固有周期均大于120 s；各兆瓦級(jí)支撐結(jié)構(gòu)縱蕩方向的RAO在縱搖固有周期上也存在峰值，說(shuō)明結(jié)構(gòu)在這2個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)存在一定的耦合。

4.2 結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析

4.2.1 結(jié)構(gòu)應(yīng)力隨風(fēng)機(jī)功率變化規(guī)律

風(fēng)機(jī)載荷作用于塔筒頂部，上部機(jī)艙和風(fēng)機(jī)葉片質(zhì)量采用等效質(zhì)量點(diǎn)代替，作用于塔筒上的風(fēng)載荷簡(jiǎn)化為集中力與相應(yīng)彎矩，波浪載荷采用三維勢(shì)流理論進(jìn)行計(jì)算，通過(guò)靜力分析，可得到結(jié)構(gòu)在各種工況下的總體應(yīng)力。

保持浮式支撐結(jié)構(gòu)不變，分析結(jié)構(gòu)應(yīng)力響應(yīng)隨風(fēng)機(jī)功率變化規(guī)律。在基準(zhǔn)平臺(tái)(OC3 Spar)上分別施加5.0 MW、6.7 MW和8.0 MW級(jí)風(fēng)機(jī)載荷，風(fēng)機(jī)載荷產(chǎn)生的應(yīng)力大小分別如圖8～圖10所示。

圖8 OC3平臺(tái)整體及塔筒應(yīng)力(5.0 MW級(jí)風(fēng)機(jī)載荷)

圖9 OC3平臺(tái)整體及塔筒應(yīng)力(6.7 MW級(jí)風(fēng)機(jī)載荷)

圖10 OC3平臺(tái)整體及塔筒應(yīng)力(8.0 MW 級(jí)風(fēng)機(jī)載荷)

將風(fēng)機(jī)載荷產(chǎn)生的應(yīng)力與波浪載荷產(chǎn)生的應(yīng)力進(jìn)行疊加后得到支撐結(jié)構(gòu)在操作工況下的整體應(yīng)力，同時(shí)計(jì)算得到上部安裝5.0 MW級(jí)風(fēng)機(jī)時(shí)基準(zhǔn)平臺(tái)在極限風(fēng)況和極限波浪工況下的結(jié)構(gòu)整體應(yīng)力。結(jié)構(gòu)整體應(yīng)力及塔筒應(yīng)力最大值總結(jié)如表6和表7所示。

表6 OC3平臺(tái)操作工況結(jié)構(gòu)應(yīng)力

表7 OC3平臺(tái)極限工況結(jié)構(gòu)應(yīng)力

對(duì)于組合結(jié)構(gòu)的板材，根據(jù)中國(guó)船級(jí)社(CCS)規(guī)范，結(jié)構(gòu)屈服強(qiáng)度校核公式為

σeq=σS/S

(7)

式中：σeq為結(jié)構(gòu)許用應(yīng)力；σS為材料的屈服強(qiáng)度；S為結(jié)構(gòu)安全因數(shù)，在組合工況下取1.11[6]。鋼材選用Q345鋼，計(jì)算得到結(jié)構(gòu)的許用應(yīng)力為310 MPa。表6中OC3平臺(tái)在加載5.0 MW級(jí)風(fēng)機(jī)載荷時(shí)強(qiáng)度可滿足要求，在加載6.7 MW級(jí)和8.0 MW級(jí)風(fēng)機(jī)載荷時(shí)結(jié)構(gòu)整體應(yīng)力均超過(guò)許用應(yīng)力[12]。同時(shí)由表6和表7可知，在極限工況下結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力較低，操作工況為風(fēng)機(jī)支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要工況。這是由于在風(fēng)速處于極限狀態(tài)時(shí)，風(fēng)機(jī)處于停機(jī)保護(hù)狀態(tài)，風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓面積變?yōu)槿~片的迎風(fēng)面積，此時(shí)塔筒風(fēng)載荷占據(jù)主要地位，結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力較低。

由表1、表6和表7可知，風(fēng)機(jī)功率的提升伴隨著葉片長(zhǎng)度的增長(zhǎng)和輪轂高度的增高。當(dāng)風(fēng)機(jī)功率從5.0 MW增大至6.7 MW和8.0 MW時(shí)：葉片長(zhǎng)度分別增長(zhǎng)25.2%和42.3%；風(fēng)機(jī)推力載荷也分別由887 369 N增大至1 593 003 N和1 990 187 N，增大比例分別為79.5%和124.3%；風(fēng)機(jī)推力載荷的迅速提升也導(dǎo)致結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力的增大，結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力分別由179 MPa增大至322 MPa和402 MPa，提升比例為82.3%和127.6%。

4.2.2 設(shè)計(jì)支撐結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析

將6.7 MW級(jí)風(fēng)機(jī)載荷和8.0 MW級(jí)風(fēng)機(jī)載荷加載在OC3平臺(tái)上后，平臺(tái)的強(qiáng)度不能滿足要求，采用第1節(jié)中提到的比例因子縮放法對(duì)5.0 MW 級(jí)風(fēng)機(jī)支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)主尺度質(zhì)量等參數(shù)相應(yīng)增大，并完成強(qiáng)度分析。6.7 MW級(jí)風(fēng)機(jī)和8.0 MW級(jí)風(fēng)機(jī)支撐結(jié)構(gòu)在操作工況下產(chǎn)生的最大應(yīng)力分別為281 MPa和322 MPa，操作工況下設(shè)計(jì)支撐結(jié)構(gòu)應(yīng)力結(jié)果如圖11所示。由圖11可知，8.0 MW級(jí)設(shè)計(jì)支撐結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度仍未滿足要求。

圖11 設(shè)計(jì)支撐結(jié)構(gòu)應(yīng)力

現(xiàn)采取調(diào)節(jié)外板厚度的方式對(duì)支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。6.7 MW級(jí)和8.0 MW 級(jí)風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)支撐結(jié)構(gòu)外板厚度分別從0.010 m調(diào)至0.035 m和0.040 m，優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)整體應(yīng)力及分艙應(yīng)力結(jié)果如圖12～圖14所示。

圖12 優(yōu)化后結(jié)構(gòu)整體應(yīng)力

圖13 6.7 MW級(jí)支撐結(jié)構(gòu)分艙應(yīng)力

圖14 8.0 MW級(jí)支撐結(jié)構(gòu)分艙應(yīng)力

由圖12～圖14可知：采用調(diào)節(jié)板厚的應(yīng)力消減方法可以使支撐結(jié)構(gòu)應(yīng)力得到有效降低，6.7 MW級(jí)和8.0 MW級(jí)設(shè)計(jì)支撐結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分別由281 MPa和322 MPa變?yōu)?43 MPa和251 MPa，分別降低13.5%和22.0%。

5 結(jié) 論

風(fēng)機(jī)功率的增大伴隨著風(fēng)機(jī)葉片長(zhǎng)度和輪轂高度的增加，從而導(dǎo)致風(fēng)機(jī)載荷增大。采用NREL提出的OC3 Spar浮式結(jié)構(gòu)，采用不同功率風(fēng)機(jī)，進(jìn)行操作工況下和極限工況下結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析，結(jié)果顯示：與5.0 MW級(jí)風(fēng)機(jī)載荷相比，6.7 MW級(jí)和8.0 MW級(jí)風(fēng)機(jī)載荷分別提高82.3%和127.6%；支撐結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力與5.0 MW級(jí)風(fēng)機(jī)載荷加載相比也隨之增加79.5%和124.3%。隨著風(fēng)機(jī)功率增大，風(fēng)機(jī)載荷和結(jié)構(gòu)應(yīng)力都隨之顯著增大，沿用5.0 MW級(jí)風(fēng)機(jī)支撐結(jié)構(gòu)難以滿足大功率風(fēng)機(jī)的強(qiáng)度要求。

采用比例因子設(shè)計(jì)法對(duì)支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，得到6.7 MW級(jí)和8.0 MW級(jí)風(fēng)機(jī)載荷加載下的應(yīng)力結(jié)果，結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力分別為281 MPa和322 MPa。

與風(fēng)機(jī)載荷加載在基準(zhǔn)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力322 MPa和402 MPa相比，設(shè)計(jì)支撐結(jié)構(gòu)應(yīng)力分別減小12.7%和19.9%?？梢钥闯?，隨著風(fēng)機(jī)功率的提升，需要將支撐結(jié)構(gòu)尺度隨之增大。在采取比例因子設(shè)計(jì)法后，支撐結(jié)構(gòu)應(yīng)力減小，但8.0 MW級(jí)支撐結(jié)構(gòu)仍未滿足強(qiáng)度要求，因此進(jìn)一步采用增加外板厚度的應(yīng)力消減方法，關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)應(yīng)力顯著減小。