测试风浪作用下海上风机动力参数演化的试验装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种测试风浪作用下海上风机动力参数演化的试验装置及方法，该装置不仅适用范围广、模拟精度高，还考虑尽可能完整地模拟海上风机在风暴潮浪作用下的受荷状态，能同时模拟水平波浪荷载、风荷载、潮汐现象，从而得到风暴潮浪作用下海上风机动力特性参数的演化规律，该试验装置对海上风机设计和维护具有重要意义。该方法尽可能完整的模拟出了海上风机在风暴潮浪作用下的受荷状态，能同时对海上风机一体化模型进行水平波浪荷载、风荷载、潮位升降等多种海上环境的模拟，从而得到的风暴潮浪作用下海上风机动力特性参数的演化规律更接近于实际海上环境，具有更高的参考价值。

Test equipment and method for testing the evolution of wind power parameters under the action of wind and waves

【技术实现步骤摘要】
测试风浪作用下海上风机动力参数演化的试验装置及方法
本专利技术涉及海洋工程
，更具体的说是涉及一种用于测试风暴潮浪作用下海上风机动力特性参数演化的试验装置。
技术介绍
目前，作为绿色能源开发途径的海上风电技术得到越来越多的关注，海上风电场建设不断发展，但是，由于海洋环境十分复杂，海上风电场基础结构除承受常规的波浪、海风、海流、海冰等荷载外，还会受风暴潮的影响。风暴潮产生时，不仅会使水位增加，还会伴随有波高较大的台风浪，对海上风电场支撑结构的安全造成巨大危害。为了降低风暴浪潮对海上风电场正常工作带来的影响，越来越多技术人员采用合理的模型模拟风暴潮对海上结构物的冲击进而分析和评价影响因素。但是，现有的模拟方式仅能简单地对风、浪进行叠加后考虑循环加载次数的影响，在风暴潮浪极端海况条件下，极限风速较大，并不能得到真实可靠的分析结果，同时，现有的模拟方式也未考虑到水深对海上结构物的影响，随着海上风电场向深水域发展，由于水深增加，风机基础的柔度较大，其自身动力特性(如结构自振频率)随基础刚度的变化非常敏感，在风暴潮引发的波浪荷载和风荷载的联合作用下，相当于给基础结构施加了瞬时动力作用，强烈的动力作用会引起基础结构的累计转角，造成基础结构的水平刚度和转动刚度发生演变，进而影响基础结构自振频率、阻尼比等动力特性参数的变化。深水域(大于20m)高柔度基础结构的自振周期有时会达3s以上，越来越接近于波浪周期，而风暴潮浪引起的基础结构动力特性参数的演化可能导致风机结构的自振频率偏离1P-3P(1P-马达转动频率，3P-风机叶轮扫掠频率)频率带，造成风机结构接近于激振力的频率而发生共振的危险，从而影响风机的正常运转。所以，由于忽视了水深这一重要影响因素，导致现有的模拟方式得到的分析结果不够完整，可参考价值不高，并不能满足实际海上风机设计和维护工作对真实、完整的模拟数据的需求。因此，如何提供一种能够真实完整的模拟海上风电机实际工作状态的用于测试风暴潮浪作用下海上风机动力特性参数演化的试验装置是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种测试风浪作用下海上风机动力参数演化的试验装置及方法，该装置能够尽可能完整地模拟海上风机在风暴潮浪作用下的受荷状态，解决了现有的模拟方式得到的分析结果不够完整，可参考价值不高的问题。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一方面，本专利技术提供了一种测试风浪作用下海上风机动力参数演化的试验装置，该装置包括：行进波浪水槽，所述行进波浪水槽内填装有试验模拟用的海床地基；造波机，所述造波机设置于所述行进波浪水槽一端并与所述行进式波浪水槽固定连接；波高仪，所述波高仪设置于靠近所述造波机的位置，所述波高仪与所述行进式波浪水槽的一侧外壁固定连接；海上风机一体化结构模型，所述海上风机一体化结构模型竖直布置，且其一端埋设于所述海床地基中；风荷载模拟系统，所述风荷载模拟系统架设于所述行进波浪水槽上方靠近所述海上风机一体化结构模型的位置，所述风荷载模拟系统用于在不同高度模拟施加风荷载；生潮系统，所述生潮系统布置于所述行进波浪水槽和所述造波机的周侧，并与所述行进波浪水槽和所述造波机固定连接；动力特性参数测试系统，所述动力特征参数测试系统架设于所述行进波浪水槽的上方，所述动力特性参数测试系统用于对模拟过程中的数据进行采集和分析处理。进一步地，上述的一种测试风浪作用下海上风机动力参数演化的试验装置还包括消波堤，所述消波堤设置于所述行进波浪水槽的另一端并与所述行进波浪水槽固定连接。进一步地，所述海上风机一体化结构模型包括基础件、塔架、轮毂和叶片，所述基础件埋设于所述行进波浪水槽内的海床地基中，所述塔架一端与所述基础件固定连接；其另一端与所述轮毂固定连接，所述叶片与所述轮毂可枢转的连接。进一步地，所述风荷载模拟系统包括空气压缩机、气压控制表、恒压储气罐、T形输气管、电气比例阀、喷气管和信号处理器；所述空气压缩机通过软管与所述气压控制表连接，所述气压控制表通过软管与所述恒压储气罐连接，所述T形输气管设有多个，多个所述T形输气管竖向布置且均与所述恒压储气罐活动连接，所述T形输气管与所述电气比例阀连接，所述电气比例阀与所述喷气管连接；所述电气比例阀还与所述信号处理器电连接；所述空气压缩机、气压控制表、恒压储气罐和信号处理器均通过平台架设于所述行进波浪水槽上方靠近所述海上风机一体化结构模型的位置。进一步地，所述恒压储气罐上具有两条平行的导轨，每条所述导轨内均设有多个等间距布置的排气孔，所述T型输气管两端分别安装于所述导轨内并在所述导轨内自由滑动。进一步地，所述生潮系统包括首生潮子系统、尾生潮子系统、回水廊道、给水管和排水管；所述首生潮子系统和所述尾生潮子系统对称的设置于所述进波浪水槽的两端，所述首生潮子系统和所述尾生潮子系统通过所述回水廊道连通，所述首生潮子系统、尾生潮子系统和回水廊道围合成U型结构；所述给水管和所述排水管均与所述首生潮子系统或所述尾生潮子系统连通。进一步地，所述首生潮子系统或所述尾生潮子系统包括设备室、集水室、固定式隔板、活动式隔板、第一刚性套管、第二刚性套管、输水管、双向变频轴流泵、电子流量计、比例电磁阀和流量控制终端；所述设备室与所述集水室通过所述固定式隔板隔离，所述双向变频轴流泵、电子流量计和比例电磁阀均设于所述设备室内，所述给水管和所述排水管均与所述集水室连通，所述活动式隔板通过蝶铰链与所述回水廊道的内壁连接，所述活动式隔板将所述集水室与所述回水廊道分隔；所述第一刚性套管一端向所述行进波浪水槽方向延伸至所述设备室外侧，所述第一刚性套管另一端与所述比例电磁阀连接，所述比例电磁阀与所述双向变频轴流泵连接，所述双向变频轴流泵与所述电子流量计连接，所述电子流量计与第二刚性套管连接，所述第二刚性套管伸入所述集水室内；所述比例电磁阀和所述电子流量计还分别与所述流量控制终端电连接。进一步地，所述动力特性参数测试系统包括信号发生器、功率放大器、高能激振器、刚性连接杆、位移传感器、数据采集器和数据分析仪；所述信号发生器与所述功率放大器电连接，所述功率放大器与所述高能激振器电连接，所述刚性连接杆水平布置，其一端与所述海上风机一体化结构模型连接，其另一端与所述高能激振器连接，所述位移传感器一端与所述海上风机一体化结构模型连接，其另一端与所述数据采集器电连接，所述数据采集器与所述数据分析仪电连接；所述信号发生器、功率放大器、高能激振器以及所述刚性连接杆均架设于所述海上风机一体化结构模型的一侧，所述位移传感器、数据采集器以及数据分析仪均架设于所述海上风机一体化结构模型的另一侧。进一步地，所述位移传感器设有多个，多个所述位移传感器均通过固定支架架设于所述海上风机一体化结构模型的另一侧。进一步地，所述固定支架竖直布置且其一端焊接于所述行进波浪水槽的内侧壁上，多个所述位移传感器竖向等间距固定安装于所述固定支架上。另一方面本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种测试风浪作用下海上风机动力参数演化的试验装置，其特征在于，包括：/n行进波浪水槽，所述行进波浪水槽内填装有试验模拟用的海床地基；/n造波机，所述造波机设置于所述行进波浪水槽一端并与所述行进式波浪水槽固定连接；/n波高仪，所述波高仪设置于靠近所述造波机的位置，所述波高仪与所述行进式波浪水槽的一侧外壁固定连接；/n海上风机一体化结构模型，所述海上风机一体化结构模型竖直布置，且其一端埋设于所述海床地基中；/n风荷载模拟系统，所述风荷载模拟系统架设于所述行进波浪水槽上方靠近所述海上风机一体化结构模型的位置，所述风荷载模拟系统用于在不同高度模拟施加风荷载；/n生潮系统，所述生潮系统布置于所述行进波浪水槽和所述造波机的周侧，并与所述行进波浪水槽和所述造波机固定连接；/n动力特性参数测试系统，所述动力特征参数测试系统架设于所述行进波浪水槽的上方，所述动力特性参数测试系统用于对模拟过程中的数据进行采集和分析处理。/n

【技术特征摘要】
1.一种测试风浪作用下海上风机动力参数演化的试验装置，其特征在于，包括：
行进波浪水槽，所述行进波浪水槽内填装有试验模拟用的海床地基；
造波机，所述造波机设置于所述行进波浪水槽一端并与所述行进式波浪水槽固定连接；
波高仪，所述波高仪设置于靠近所述造波机的位置，所述波高仪与所述行进式波浪水槽的一侧外壁固定连接；
海上风机一体化结构模型，所述海上风机一体化结构模型竖直布置，且其一端埋设于所述海床地基中；
风荷载模拟系统，所述风荷载模拟系统架设于所述行进波浪水槽上方靠近所述海上风机一体化结构模型的位置，所述风荷载模拟系统用于在不同高度模拟施加风荷载；
生潮系统，所述生潮系统布置于所述行进波浪水槽和所述造波机的周侧，并与所述行进波浪水槽和所述造波机固定连接；
动力特性参数测试系统，所述动力特征参数测试系统架设于所述行进波浪水槽的上方，所述动力特性参数测试系统用于对模拟过程中的数据进行采集和分析处理。


2.根据权利要求1所述的一种测试风浪作用下海上风机动力参数演化的试验装置，其特征在于，还包括消波堤，所述消波堤设置于所述行进波浪水槽的另一端并与所述行进波浪水槽固定连接。


3.根据权利要求1所述的一种测试风浪作用下海上风机动力参数演化的试验装置，其特征在于，所述海上风机一体化结构模型包括基础件、塔架、轮毂和叶片，所述基础件埋设于所述行进波浪水槽内的海床地基中，所述塔架一端与所述基础件固定连接；其另一端与所述轮毂固定连接，所述叶片与所述轮毂可枢转的连接。


4.根据权利要求1所述的一种测试风浪作用下海上风机动力参数演化的试验装置，其特征在于，所述风荷载模拟系统包括空气压缩机、气压控制表、恒压储气罐、T形输气管、电气比例阀、喷气管和信号处理器；
所述空气压缩机通过软管与所述气压控制表连接，所述气压控制表通过软管与所述恒压储气罐连接，所述T形输气管设有多个，多个所述T形输气管竖向布置且均与所述恒压储气罐活动连接，所述T形输气管与所述电气比例阀连接，所述电气比例阀与所述喷气管连接；所述电气比例阀还与所述信号处理器电连接；
所述空气压缩机、气压控制表、恒压储气罐和信号处理器均通过平台架设于所述行进波浪水槽上方靠近所述海上风机一体化结构模型的位置。


5.根据权利要求4所述的一种测试风浪作用下海上风机动力参数演化的试验装置，其特征在于，所述恒压储气罐上具有两条平行的导轨，每条所述导轨内均设有多个等间距布置的排气孔，所述T型输气管两端分别安装于所述导轨内并在所述导轨内自由滑动。


6.根据权利要求1所述的一种测试风浪作用下海上风机动力参数演化的试验装置，其特征在于，所述生潮系统包括首生潮子系统、尾生潮子系统、回水廊道、给水管和排水管；
所述首生潮子系统和所述尾生潮子系统对称的设置于所述进波浪水槽的两端，所述首生潮子系统和所述尾生潮子系统通过所述回水廊道连通，所述首生潮子系统、尾生潮子系统和回水廊道围合成U型结构；所述给水管和所述排水管均与所述首生潮子系统或所述尾生潮子系统连通。


7.根据权利要求6所述的一种测试风浪作用下海上风机动力参数演化的试验装置，其特征在于，所述首生潮子系统或所述尾生潮子系统包括设备室、集水室、固定式隔板、...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡瑞庚，刘红军，王兆耀，赵真，刘灿，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：发明
国别省市：山东;37