CN104929079A - 一种浅水波浪水池造流系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种浅水波浪水池造流系统，包括造流泵、流管、喷头、转向系统、第一伺服电机和造流控制系统。其中，造流泵用于驱动水流；流管用于引导水流；喷头通过所述流管与所述造流泵相连，喷头用于发射水流，以形成流；转向系统用于操纵喷头的转动方向，以调整水流的方向；第一伺服电机用于操纵所述转向系统；造流控制系统一方面用于控制造流泵，以控制水流的速率；另一方面还用于控制第一伺服电机，以使第一伺服电机操纵转向系统。本发明的造流系统通过调节水流的速率和方向可以精确地模拟海洋结构物所受流载荷时历，从而能够准确有效地模拟模型在浅水波浪和洋流共同作用下的运动响应和分析。

Description

一种浅水波浪水池造流系统

技术领域

本发明涉及一种船舶与海洋工程技术领域的装置，尤其涉及一种浅水波浪水池造流系统。

背景技术

模型试验是船舶与海洋工程水动力学研究的重要手段。当前所实施的实际船舶或海洋平台，都要在设计前后对其做模型试验研究，在海洋工程水池中模拟真实的风、浪、流等海洋环境条件，以预报其在真实海洋环境中的运动性能和力学特性。

海洋工程波浪水槽是海洋工程研究的重要设备，主要担负着波浪机理性研究和波浪与人工海洋结构物作用研究的任务，在波浪理论研究中发挥着举足轻重的作用。为了模拟不同参数的海洋波浪，造波机的摇板需要做周期往返运动。然而，对于大部分水槽来说，无法实现波浪和流的共同模拟，是因为水槽一般较小，尺寸收到限制，如果在大型水池中进行实验，尤其是探究机理性实验，实验设施过大，对于实验现象不好观察，实验设施不好安装。所以在小型水槽内安装造流系统是非常有必要的。

随着海洋工程技术的发展，工程研究人员对船舶与海洋平台的模型试验提出了更高的要求。尤其是在近海岸上的海洋平台，同时受到多种因素影响，比如浅水波浪和洋流，所以浅水波浪水池造流系统对于近海岸的实验工况的进行十分有帮助。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种浅水波浪水池造流系统，该造流系统能够在模拟近海岸上的模拟试验中准确地模拟洋流，并能模拟不同的洋流方向。

为实现上述目的，本发明提供了一种浅水波浪水池造流系统，包括：

造流泵，所述造流泵用于驱动水流；

流管，所述流管用于引导水流；

喷头，所述喷头通过所述流管与所述造流泵相连，所述喷头用于发射水流，以形成流；所述喷头设置有多个；

转向系统，所述转向系统用于操纵所述喷头的转动方向，以调整水流的方向；

第一伺服电机，所述第一伺服电机用于操纵所述转向系统；

造流控制系统，所述造流控制系统用于控制所述造流泵，以控制水流的速率；所述造流控制系统还用于控制所述第一伺服电机，以使所述第一伺服电机操纵所述转向系统。

进一步地，所述浅水波浪水池造流系统安装在造波机的造波板上；所述造波机还包括机架、第二伺服电机、变速箱、传动系统、皮带系统和造波控制系统。所述机架焊接于水槽内，用于支承所述造波机的其他构件；所述第二伺服电机固定在所述机架的外侧，用于驱动所述造波机的运转；所述变速箱固定在所述第二伺服电机上，用于转换所述第二伺服电机的转速和扭矩；所述传动系统安装在所述机架内，用于将所述第二伺服电机的转动传送至所述皮带系统；所述皮带系统用于推动所述造波板；所述造波板包括摇板，所述摇板用于推动水体，产生波浪，所述转向系统和所述喷头安装在所述摇板上；所述造波控制系统用于控制所述第二伺服电机，以实时监视和控制所述第二伺服电机的转动，使造波板的角度符合目标值。

更进一步地，多个所述喷头均匀分布在所述造波板上，具体地为分布在所述摇板上，通过改变不同部位的喷头所发射的水流大小能够形成均匀流或剖面流。

进一步地，所述造流控制系统包括电机控制器，所述电机控制器用于控制所述第一伺服电机以操纵所述转向系统。

进一步地，所述造流控制系统包括造流泵控制器，所述造流泵控制器用于控制所述造流泵。

优选地，所述造流控制系统包括速度计、数据采集卡、控制计算机、造流泵控制器和电机控制器；所述速度计设置在所述喷头处，用于测量水流的速度；所述控制计算机与所述数据采集卡相连，所述数据采集卡将采集到的水流的实际速度数据传输到所述控制计算机中；所述控制计算机中安装有控制程序，所述控制程序能够根据水流的实际速度和目标速度作出决断，向所述电机控制器发送信号，从而所述电机控制器控制所述第一伺服电机转动，以调整水流的方向，或者所述控制程序向所述造流泵控制器发送信号，所述造流泵控制器控制所述造流泵的功率，以调整水流的速率。

进一步地，所述速度计设置有一个或多个。

本发明还提供了一种上述浅水波浪水池造流系统的造流方法，所述造流方法包括：

通过所述造流泵抽取水流，所述水流经过所述流管后由所述喷头发射形成流，通过速度计对水流进行测量，得到水流的速度；通过所述造流控制系统监测水流的速度，并将测得的实际速度与目标速度进行比较，根据比较结果分别控制所述造流泵和所述第一伺服电机，从而调整水流的速率和方向，最终使每一时刻的水流速度接近目标速度。

进一步地，如果所述造流控制系统测得的实际速率的大于目标速率，则所述造流控制系统控制所述造流泵减小功率以减小水流；如果所述造流控制系统测得的实际速率小于目标速率，则所述造流控制系统控制所述造流泵增大功率以增大水流。

进一步地，如果所述造流控制系统测得的实际速度的方向与目标速度的方向有偏差，则所述造流控制系统控制所述第一伺服电机，以使所述第一伺服电机控制所述转向系统，从而调整水流的方向，最终使水流的实际速度的方向与目标速度的方向相同；如果所述造流控制系统测得的实际速度的方向与目标速度的方向相同，则所述第一伺服电机处于待机状态。

进一步地，在整个造流过程中，所述造流控制系统将不停地工作，实时监测水流的速率和方向。

本发明的浅水波浪水池造流系统结构简单，在造波机的摇板运动的情况下，喷头能够向波的传播方向喷射水流，并能实时控制喷头的偏转，以实现水流方向的控制。本发明的浅水波浪水池造流系统通过调节水流的速率和方向可以精确地模拟海洋结构物所受流载荷时历，从而能够准确有效地模拟模型在浅水波浪和洋流共同作用下的运动响应和分析，满足当前海洋工程模型试验的要求。

附图说明

图1是本发明的一个较佳实施例的浅水波浪水池造流系统的结构流程图；

图2是本发明的一个较佳实施例的浅水波浪水池造流系统的结构示意图；

图3是本发明的一个较佳实施例的流管和喷头的结构示意图；

图4是本发明的一个较佳实施例的转向系统和第一伺服电机的结构示意图；

图5是本发明的一个较佳实施例的造流控制系统的结构流程图；

图6是本发明的一个较佳实施例的造流控制系统中的控制程序的流程图。

具体实施方式

如图1～4所示，本发明的一个较佳实施例提供了一种浅水波浪水池造流系统，其结构包括造流泵1、流管2、喷头3、转向系统4、第一伺服电机5和造流控制系统6。其中，造流泵1用于驱动水流；流管2用于引导水流；喷头3通过流管2与造流泵1相连，喷头3用于发射水流，以形成流8。转向系统4用于操纵喷头3的转动方向，以调整水流的方向；第一伺服电机5用于操纵转向系统4；造流控制系统6一方面用于控制造流泵1，以控制水流的速率；造流控制系统6另一方面还用于控制第一伺服电机5，以使第一伺服电机5操纵转向系统4。

本实施例的浅水波浪水池造流系统安装在造波机7的造波板上。本实施例的造波机7还包括机架、第二伺服电机、变速箱、传动系统、皮带系统和造波控制系统(此处未示出)。其中，机架焊接于水槽内，用于支承所述造波机的其他构件；第二伺服电机固定在机架的外侧，用于驱动造波机的运转；变速箱固定在第二伺服电机上，用于转换第二伺服电机的转速和扭矩；传动系统安装在机架内，用于将第二伺服电机的转动传送至皮带系统；皮带系统用于推动造波板，制造所需的波；造波板包括摇板，摇板用于推动水体，产生波浪。转向系统4和喷头3安装在造波板的摇板上。造波控制系统用于控制第二伺服电机，以实时监视和控制所述第二伺服电机的转动，使造波板的角度符合目标值。

本实施例中，喷头3设置有多个。多个喷头3均匀分布在造波板上，通过改变不同部位的喷头所发射的水流大小能够形成均匀流或剖面流。

如图5所示，造流控制系统6包括速度计61、数据采集卡62、控制计算机63、电机控制器64和造流泵控制器65。速度计61设置在喷头3处或附近，并设置有一个或多个，用于测量水流的速度；控制计算机63与数据采集卡62相连，数据采集卡62将采集到的水流的实际速度数据传输到控制计算机63中；控制计算机63中安装有控制程序，该控制程序能够根据水流的实际速度和目标速度作出决断，向电机控制器64发送信号，从而电机控制器64控制第一伺服电机5转动，以调整水流的方向，或者控制程序向造流泵控制器65发送信号，造流泵控制器65控制造流泵1的功率，以调整水流的速率。

本实施例的浅水波浪水池造流系统的造流过程包括：

通过造流泵1抽取水流，抽取后的水流经过2后由喷头3发射形成流8，通过速度计61对水流进行测量，得到水流的速度；通过造流控制系统6监测水流的速度，并将测得的实际速度与目标速度进行比较，根据比较结果分别控制造流泵1和第一伺服电机5，从而调整水流的速率和方向，最终使每一时刻的水流速度接近目标速度。

如图6所示，如果造流控制系统6测得的实际速率的大于目标速率，则造流控制系统6控制造流泵1减小功率以减小水流；如果造流控制系统6测得的实际速率小于目标速率，则造流控制系统6控制造流泵1增大功率以增大水流。

如果造流控制系统6测得的实际速度的方向与目标速度的方向有偏差，则造流控制系统6控制第一伺服电机5，以使第一伺服电机5控制转向系统4，从而调整水流的方向，最终使水流的实际速度的方向与目标速度的方向相同；如果造流控制系统6测得的实际速度的方向与目标速度的方向相同，则第一伺服电机5处于待机状态。

在整个造流过程中，本实施例的造流控制系统6将不停地工作，实时监测水流的速率和方向。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种浅水波浪水池造流系统，其特征在于，包括

造流泵，所述造流泵用于驱动水流；

流管，所述流管用于引导水流；

喷头，所述喷头通过所述流管与所述造流泵相连，所述喷头用于发射水流，以形成流；

转向系统，所述转向系统用于操纵所述喷头的转动方向，以调整水流的方向；

第一伺服电机，所述第一伺服电机用于操纵所述转向系统；

造流控制系统，所述造流控制系统用于控制所述造流泵，以控制水流的速率；所述造流控制系统还用于控制所述第一伺服电机，以使所述第一伺服电机操纵所述转向系统。

2.如权利要求1所述的浅水波浪水池造流系统，其特征在于，所述浅水波浪水池造流系统安装在造波机的造波板上；所述造波机还包括机架、第二伺服电机、变速箱、传动系统、皮带系统和造波控制系统；所述造波板包括摇板，所述转向系统和所述喷头安装在所述摇板上。

3.如权利要求1所述的浅水波浪水池造流系统，其特征在于，所述造流控制系统包括电机控制器，所述电机控制器用于控制所述第一伺服电机以操纵所述转向系统。

4.如权利要求1所述的浅水波浪水池造流系统，所述造流控制系统包括造流泵控制器，所述造流泵控制器用于控制所述造流泵。

5.如权利要求1所述的浅水波浪水池造流系统，其特征在于，所述造流控制系统包括速度计、数据采集卡、控制计算机、造流泵控制器和电机控制器；所述速度计设置在所述喷头处，用于测量水流的速度；所述控制计算机与所述数据采集卡相连，所述数据采集卡将采集到的水流的实际速度数据传输到所述控制计算机中；所述控制计算机中安装有控制程序，所述控制程序能够根据水流的实际速度和目标速度作出决断，向所述电机控制器发送信号，从而所述电机控制器控制所述第一伺服电机转动，以调整水流的方向，或者所述控制程序向所述造流泵控制器发送信号，所述造流泵控制器控制所述造流泵的功率，以调整水流的速率。

6.如权利要求5所述的浅水波浪水池造流系统，其特征在于，所述速度计设置有一个或多个。

7.一种如权利要求1～6中任意一项所述的浅水波浪水池造流系统的造流方法，其特征在于，所述造流方法包括：

通过所述造流泵抽取水流，所述水流经过所述流管后由所述喷头发射形成流，通过速度计对水流进行测量，得到水流的速度；通过造流控制系统监测水流的速度，并将测得的实际速度与目标速度进行比较，根据比较结果分别控制造流泵和第一伺服电机，从而调整水流的速率和方向，最终使每一时刻的水流速度接近目标速度。

8.如权利要求7所述的造流方法，其特征在于，如果所述造流控制系统测得的实际速率的大于目标速率，则所述造流控制系统控制所述造流泵减小功率以减小水流；如果所述造流控制系统测得的实际速率小于目标速率，则所述造流控制系统控制所述造流泵增大功率以增大水流。

9.如权利要求7所述的造流方法，其特征在于，如果所述造流控制系统测得的实际速度的方向与目标速度的方向有偏差，则所述造流控制系统控制所述第一伺服电机，以使所述第一伺服电机控制所述转向系统，从而调整水流的方向，最终使水流的实际速度的方向与目标速度的方向相同；如果所述造流控制系统测得的实际速度的方向与目标速度的方向相同，则所述第一伺服电机处于待机状态。

10.如权利要求7所述的造流方法，其特征在于，在整个造流过程中，所述造流控制系统将不停地工作，实时监测水流的速率和方向。