苏 波,张序彦,于国军

(江苏大学 土木工程与力学学院, 镇江 212013)

2005年,美国密歇根大学的Bernitsas教授提出了潮流能发电系统VIVACE(vortex induced vibration aquatic clean energy)[1-3],并在实验室进行模型试验(图1)．这是一种新型的潮流能发电系统,其基本原理是将圆柱体由水流涡激振动产生的机械能转化为电能，与传统水轮发电机相比，它能够有效避免发电装置对于鱼类的伤害,降低对海洋生态的破坏．随后,Bernitsas教授团队分别在圣克莱尔河的休伦港、荷兰的于尔夫特、新泽西的里昂纳多等地做了一系列的现场试验[4-5]．

该装置设计为安装在河流或海洋底部,由于支架高度的限制,圆柱不可避免受流动速度变化梯度的影响．为更有效地捕捉稳定洋流,同时适用远海、深海等复杂海洋环境,改进为悬浮式潮流能发电系统F-VIVACE(floating vortex induced vibration aquatic clean energy),如图2．该系统主要由锚碇、锚索(选用钢缆锚索)、平台发电装置组成,中空平台提供浮力使发电装置悬浮在合适流速的水域,平台则由锚索锚固于海底．

图1 VIVACE潮流能发电系统Fig.1 VIVACE tidal current energy conversion system

图2 悬浮式VIVACE潮流能发电系统Fig.2 Floating VIVACE tidal current energy conversion system

F-VIVACE系统类似于锚泊系统,锚索为该结构的主要受力部件,其柔度大,质量小,极易发生复杂的动力响应[6]．其中,当该系统在上部结构工作时,由于发电装置的涡激振动以及洋流的作用下平台会发生竖向振动,进而导致锚索发生类似于斜拉桥和悬浮隧道拉索的参数振动[7-8]．即使极小的扰动也会导致锚索的大幅振动[9]．因此有必要对该现象进行分析研究,避免锚索发生大幅非线性振动以保证结……