| dc.description.abstract | De siste årene har utviklingen innenfor offshore vind teknologi vært at installasjonene plasseres lenger unna kysten med dypere vann. De dynamiske kraftkablene som leverer strømmen fra installasjonene er viktige komponenter for denne typen teknologi. Mye forskning har blitt gjort på slanke konstruksjoner i forbindelse med olje og gass industrien, men svært lite er blitt gjort med tanke på utmatting i strømkabler anvendt i flytende offshore vind teknologi. En strømkabel består vanligvis av ledere med tråder som er ordnet i spiraler rundt en kjerne. Dette skaper kontakt både mellom lederne og mellom lagene av tråder i hver enkel leder, og gjør kablene sårbare for ulike utmattingsmekanismer.
Ved å utføre globale og lokale analyser ble utmatting i den dynamiske strømkabelen undersøkt. Den flytende vindturbinen OO-Star ble ansett som en interessant konstruksjon å bruke til dette prosjektet. OO-Star er et design utviklet av Dr. Techn. Olav Olsen som en del av forskningsprosjektet Lifes50+. West of Barra utenfor Skottland ble brukt som lokasjon, og kabeldesignet ble utformet i nøye dialog med Professor Svein Sævik. SIMA RIFLEX ble brukt for å modellere den globale modellen som består av hele kabelen. Den ble festet til havbunnen og til et punkt på overflaten som beveger seg likt som OO-Star gjennom transfer funksjonene fra Dr. Techn. Olav Olsen. Kabelkonfigurasjonen ble basert på kravet om ingen kompresjon i kabelen, samt en maks kurvatur som ikke kunne overskrides. Kun tre vindtilstander med tilhørende flyterposisjoner ble inkludert ettersom målet med oppgaven var å undersøke utmattingsmekanismer, og ikke å utføre en fullstending utmattingsanalyse. Den lokale modellen bestod av den øvre delen av kabelen, da det ble ansett som sannsynlig at utmattingsskadene ville være størst her. Den lokale modellen bestod av kabelen selv med dens mange lag, et stivt rør og en bøyestiver.
Den globale analysen ble utført ved at alle sjøtilstandene beskrevet i scatter tabellen til West of Barra ble analysert i en time hver. Vinkelen mellom turbinkonstruksjonen og den øvre delen av kabelen ble regnet ut for hvert tidssteg, samt spenningen i det øverste elementet av kabelen. Rainflow Counting ble brukt for å telle antall sykluser for hver vinkel. Dette ble reorganisert til 15 lasttilfeller med vinkelintervall og tilhørende strekkintervall. Lasttilfellene var input til den lokale analysen, der hver klasse med vinkel og strekk ble analysert i en syklus. Den resulterende kurvaturen og strekket for hver klasse ble brukt sammen med en analytiske modell til å regne ut spenningsintervallet for hvert lasttilfelle. Deretter ble utmattingslevetiden regnet ut fra en passene SN-kurve og Miner-Palmgen sum. Videre ble kontaktmekanismer i tverrsnittet undersøkt.
Utmattingslevetiden til den dynamiske strømkabelen ble regnet ut til å være 267.37 år, men utregningen er sensitiv for valg av SN-kurve. I tillegg ble det konkludert med at kontakt mellom ledere, og kontakt mellom lagene i hver leder er av høy betydning for utmattingslevetiden, og bør inkluderes i utmattingsanalyser. | |
| dc.description.abstract | As offshore wind energy installations are moving into deeper waters, and further away from shore,
floating wind installations are inevitable. The dynamic power cables that deliver electricity from
the installation are essential components for this technology. There has been substantial research
on the fatigue life of dynamic slender structures in the oil and gas industry, but very little on
dynamic power cables applied in offshore wind. Learning more about fatigue of power cables is a
key element to advance in offshore floating wind technology. Generally, a power cable consists of
conductors with an assembly of wires helically stranded in layers around a core. The conductors
experience contact with each other, as well as between the layers in each conductor, making the
cables vulnerable for several fatigue mechanisms.
Fatigue of dynamic power cables applied in wind offshore wind farms was investigated further
by performing a global and local analysis. The floating wind turbine OO-Star was chosen as a
basis for a case study. OO-Star is a design by Dr. Techn. Olav Olsen, and is participating in
the project Lifes50+. West of Barra, Scotland was chosen as the location, and the cable design
was developed in close dialogue with Professor Svein Sævik. The global model was built in SIMA
RIFLEX, and consisted of the whole dynamic part of the cable. The cable was attached to the sea
floor, and a point on the free surface with motions OO-Star due to the transfer functions provided
by Dr. Techn. Olav Olsen. No compression and a maximum curvature not to be exceeded laid
the basis for the configuration of the cable. The focus of this study was to get an insight into the
local contact effects of the cross-section, rather than to perform a full fatigue analysis. Therefore,
only three different wind conditions and vessel displacements were included. The local model was
created in Bflex. It was assumed that the most severe fatigue damage would occur at the cable
hang off, hence only the upper part of the cable was modeled. The local model consisted of a stiff
pipe, a bend stiffener, and a cable with several layers and contact elements between them.
The global analyses were performed by running each sea state in the scatter diagram of West
of Barra with one hour record length. The angle between the vessel and the cable, and the tension
in the upper element were converted into time series and counted by the Rainflow Counting algorithm.
The cycle counts and angle range classes were rearranged into 15 cases with dynamic angles
and corresponding dynamic tensions. Each dynamic angle and tension pair was applied to the local
model for one full cycle. The stress range on wire level was calculated by an analytical model, and
fatigue life was calculated by an SN-Curve and the Miner-Palmgren summation concept. Further
studies of the friction mechanisms in the cable cross-section were also performed
The fatigue life of the dynamic power cable was estimated to be 267.37 years, but the results
were sensitive to the choice of SN-Curve. Further analyses showed that the effect of friction between
conductors and between the layers of the conductors played a prominent role in fatigue
life. | |
