CN106644383A - 变尺度变结构半潜波浪能发电平台试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种变尺度变结构半潜波浪能发电平台试验装置，属于海洋可再生能源开发利用和海洋工程装备技术领域。该试验装置包括由可变结构半潜平台模型、摆板机构模型、系泊缆索模型、池底系泊重块、控制台、信号采集模块和数据采集处理软件。半潜平台模型由A体、B体、调节板、C体、补块、导轨组成，导轨上有导槽，螺栓和方形螺母将其他各个部分包括摆板机构模型连接到导槽上。系泊缆索模型一端与连接环相连、一端与池底重块相连。通过在波浪水池中给予试验平台波浪载荷，能够真实且方便模拟平台在不同结构和尺度下和不同系泊方案下的运动响应和系泊载荷，配套的信号采集模块和软件能够实时反映出模型的运动和缆力，及时的观测试验的进展。

Description

变尺度变结构半潜波浪能发电平台试验装置

技术领域

本发明涉及一种变尺度变结构半潜波浪能发电平台试验装置，属于海洋可再生能源开发利用和海洋工程装备技术领域。

背景技术

波浪能是一种清洁的可再生能源，世界范围内储量巨大，人类对波浪能发电的探索已经进行了几十年，发明了各式各样的波浪能发电设施和装置。其中一些优秀的装置已经进入了商业化阶段，摆板式波浪能发电装置就是其中一种。以往摆板式波能发电装置将底座固定在海床上，如果在水深较大的地方安装发电装置的话，发电装置将会非常巨大，成本也非常高昂。

于是浮式波浪能发电平台被提出，将发电摆板放置在浮式平台上，即使当地水深较大，也可以有效控制波浪能装置的尺度和成本。通过系泊系统的调整，平台还可以保持摆板做功最高效吃水位置。

相关的技术在专利潜浮聚能导向式波浪能发电平台（ZL201410111423.0）、一种用于波浪能发电的轻型组合体平台装置（ZL201520609098.0）都有展示。

在浮式平台上安装大尺度的摆板机构，会对浮式平台本身的稳定性产生较大的影响。浮式平台和摆板之间的相对尺度影响着平台的稳定性，不同的系泊方案也影响着平台的稳定性，摆板传递到平台上的力矩的大小也影响着平台的稳定性，而且也影响着摆板的做功效率。为了探索这些问题，需要一种能够改变平台主尺度、系泊样式和摆板阻尼，能够测量平台姿态、系泊力和摆板转动角度的模拟试验系统。

型对加工精度有着较高的要求，因此模型价格较高。如果在试验中为了多个主尺度，如不同的总长度，而制作多个模型，将会大大地增加试验费用。本发明考虑到节约成本和改装方便，将模型分段制作并通过机构组合，实现单个模型满足多个尺度结构的要求。

发明内容

为了克服现有技术中存在的问题，本发明提供一种变尺度变结构半潜波浪能发电平台试验装置，该试验装置应能够改变平台主尺度、系泊样式和摆板阻尼，能够测量平台姿态、系泊力和摆板转动角度的模拟试验系统。

本发明采用的技术方案是：一种变尺度变结构半潜波浪能发电平台试验装置，它包括池底系泊重块、控制台、信号采集模块和数据采集处理软件,它还包括变尺度半潜平台模型、摆板机构模型和系泊缆索模型；所述变尺度半潜平台模型中间布置两条导轨，导轨上设置有导槽，摆板机构模型通过螺栓和方形螺母固定在导槽内；系泊缆索模型一端系在变尺度半潜平台模型的连接环上，另一端系在池底系泊重块的吊环上,由 底板和吊环构成的池底系泊重块落在池底；

所述变尺度半潜平台模型包括A体、B体、调节板、C体、补块和导轨；导轨在上下表面各有两个导槽，左右两个表面各有一个导槽，A体、B体、C体和补块均用于安装螺栓的孔，通过螺栓与导槽内的方形螺母实现自身与导轨的相连；补块安装于A体和C体中部的矩形凹槽内；调节板通过矩形缺口内的凸起固定在导槽内；通过拆除补块和调节板装配合适长度的导轨实现模型在结构样式和主尺度上的改变，合适长度的导轨是指与凹槽总长相同；所述A体与C体的上盖打开，覆盖的舱室作为压载舱，用于放置压载块；

所述摆板机构模型包括摆板、轴承座、撑杆、撑杆支座；摆板的轴与轴承座内的轴承连接，轴连接磁粉阻尼器和转角传感器；轴承座和撑杆支座通过螺栓和方形螺母连接；撑杆将摆板固定，通过前后移动撑杆支座使摆板以特定角度固定；拆除撑杆与撑杆支座，摆板在磁粉阻尼器的控制下实现特定阻尼或无阻尼转动；

所述系泊缆索模型包括首尾搭扣、弹性单元、缆索和拉力传感器；首搭扣和连接环相连，首搭扣另一端和弹性单元连接，弹性单元与缆索连接，缆索与尾搭扣连接，尾搭扣连接到池底系泊重块的吊环上；所述弹性单元由两端的搭扣和中间的弹簧组成，更换不同弹性系数的弹簧模拟不同刚度的缆索，通过并联和串联弹簧成倍数地改变刚度。

下面对上述技术方案作进一步说明，摆板式波浪能发电平台模拟试验系统包括可变尺度半潜平台模型、摆板机构模型、系泊缆索模型、池底系泊重块、控制台、信号采集模块和数据采集处理软件。

变尺度半潜平台模型由可以拆卸的A体、B体板、C体、补块、导轨组成，导轨上有导槽，A体、B体、C体、补块均有与导槽相连接的螺栓和方形螺母，螺栓穿过A体、B体、C体、补块上的通孔，与放置在导轨导槽内的方形螺母连接，通过上紧和松开螺栓与方形螺母可以实现A体、B体、C体、补块与导槽的紧固和脱离。A体的前中部有矩形空间，用于补块的安装，A体的上表面有盖板，松脱盖板上的螺栓可以打开盖板，盖板下方的空间为压载舱，用于放置压载铅块，A体中部有两条凹槽，凹槽内有通孔，用于与导轨的连接，A体上部和下部各有两个连接环，连接环与系泊缆索模型连接。B体为全封闭模块，中部有两条凹槽，凹槽内有通孔，用于与导轨连接。调节板为长方形，中部具有矩形凹槽，凹槽内有凸起，通过凸起与导轨相连。C体为的后中部有矩形空间，用于补块的安装，C体的上表面有盖板，松脱盖板上的螺栓可以打开盖板，盖板下方的空间为压载舱，用于放置压载铅块，C体中部有两条凹槽，凹槽内有通孔，用于与导轨的连接，C体上部和下部个有两个连接环，连接环与系泊缆索模型连接。补块为全封闭模块，中部有两条凹槽，凹槽内有通孔，用于与导轨的连接。导轨分为上下两面，两面各有两条导槽，导槽内放置方形螺母，上面的导槽用于和摆板机构模型连接，下面的导槽用于和A体、B体、C体、补块的连接。

采用以上结构之后，通过拆除B体、增添调节板，然后将其余的各个部分重新安装在导轨上，能够改变模型在纵向上的主尺度。通过拆除和安装补块，能让模型在完整矩形和H型两种结构之间转换。

摆板机构模型由摆板、轴承座、撑杆、撑杆支座组成，在轴承座内部安装有轴承、磁粉阻尼器和转角传感器；摆板通过轴和轴承固定在轴承座上，轴承座有螺栓孔，通过螺栓和方形螺母和导轨相连，通过紧固和松开螺栓和方形螺母实现摆板机构模型与导轨的紧固和松脱。摆板机构中的撑杆支座通过螺栓和方形螺母固定在导轨上，通过紧固和松开螺栓和方形螺母实现撑杆支座与导轨的紧固和松脱。摆板通过撑杆与撑杆支座相连。摆板由面板、加强板、和轴套组成，轴套与轴之间粘接防止相对转动。

系泊缆索模型由首尾搭扣、弹性单元、缆索和拉力传感器组成。首搭扣连接在变尺度半潜模型的连接环上，首搭扣另一端和弹性单元的搭扣连接。弹性单元由两端的搭扣和中间的弹簧组成，通过更换特定刚度弹簧来模拟不同缆索的刚度，也可以通过串联并联弹簧实现刚度的成倍变化。弹性单元搭扣一个和首搭扣相连，另一个和缆索相连。缆索和拉力传感器相连，拉力传感器通过一小段缆索和尾搭扣相连，尾搭扣连接在池底重块的吊环上。

池底重块由底板和吊环组成。

安装在可变尺度半潜平台模型的上的陀螺仪将平台的运动测量出来，将信号传给采集模块，安装在轴承座中的角度传感器将摆板旋转的角度传给采集模块。

控制台负责控制造波机生成的波浪序列和磁粉阻尼器阻尼的大小，信号采集模块将采集到的模拟信号转换为数字信号输入到电脑中，电脑中的数据采集处理软件实时显示信号，并对一段时间内的结果进行分析。

本发明有益效果是：这种变尺度变结构半潜波浪能发电平台试验装置包括变结构半潜平台模型、摆板机构模型、系泊缆索模型、池底系泊重块、控制台、信号采集模块和数据采集处理软件。半潜平台模型由A体、B体、调节板、C体、补块、导轨组成，导轨上有导槽，螺栓和方形螺母将其他各个部分包括摆板机构模型连接到导槽上。系泊缆索模型一端与连接环相连、另一端与池底重块相连。通过在波浪水池中给予试验平台波浪载荷，能够真实且方便模拟平台在不同结构和尺度下和不同系泊方案下的运动响应和系泊载荷，配套的信号采集模块和软件能够实时反映出模型的运动和缆力，及时的观测试验的进展。

附图说明

图1是一种变尺度变结构半潜波浪能发电平台试验装置的系统结构图。

图2是一种变尺度变结构半潜波浪能发电平台试验装置的立体视图。

图3是一种变尺度变结构半潜波浪能发电平台试验装置的正视图。

图4是一种变尺度变结构半潜波浪能发电平台试验装置的俯视图。

图5是一种变尺度变结构半潜波浪能发电平台试验装置的侧视图。

图6是实施例一中摆板式波浪能发电平台试验装置的压载舱及压载块。

图7是实施例一中系泊缆索连接到顶部连接环的系泊方案。

图8是实施例一中拆除补块的H型结构方案。

图9是图1中A局部的放大视图。

图10是图9中B局部的放大视图。

图11是图9中C局部的放大视图。。

图12是系泊缆索模型弹簧模型串联布置方案。

图13是系泊缆索模型弹簧模型并联布置方案。

图14是摆板机构模型立体视图

图15是图5的D-D剖切视图。

图16是图4中的E-E剖切的立体视图。

图17是图16中F局部的放大视图。

图18是图4的G-G剖切视图。

图19是图18中H局部的放大视图。。

图20是摆板结构模型在倾斜角度情况下的侧视图。

图中：1、可变尺度半潜平台模型，2、摆板机构模型，3、系泊缆索模型，4、池底系泊重块，5、控制台，6、信号采集模块，7、数据采集处理软件，101、A体，102、B体，103、调节板，104、C体，105、补块， 106、导轨，107、盖板，108、连接环，109、盖板，110、运动传感器，111、螺栓，112、方形螺母，113、压载块，201、摆板，202、轴承座，203、撑杆，204、撑杆支座，205、轴承，206、磁粉阻尼器，207、转角传感器，208、轴，209、螺栓，301、首尾搭扣，302、缆索，303、拉力传感器，320、弹性单元，321、搭扣，322、弹簧，4、池底系泊重块，401、吊环，402、底板。

具体实施方式

下面参照附图对本发明的结构做进一步的描述。

图1、2、3、4、5示出了一种摆板式波浪能发电平台模拟试验装置，它包括可变尺度半潜平台模型1、摆板机构模型2、系泊缆索模型3、池底系泊重块4、控制台5、信号采集模块6和数据采集处理软件7。

具体实施例一

发电模型试验系统在实际工作中需要进行结构改变、系泊方式、系泊刚度的改变。本实施例介绍了在基本结构样式，如图1所示，以及基本结构样式在使用中的结构改变和系泊方式改变，如图16、图20所示。

变尺度半潜平台模型的结构如图1所示，变尺度半潜平台模型1由可以拆卸的A体101、B体102、调节板103、C体104、补块105、导轨106组成。

导轨106上有导槽，前体101、B体102、C体104、补块105均有与导槽相连接的螺栓111和方形螺母112，螺栓110穿过A体101、B体102、C体104、补块105上的通孔，与放置在导轨106导槽内的方形螺母112连接，通过上紧和松开螺栓111与方形螺母112可以实现A体101、B体102、调节板103、C体104、补块105与导槽的紧固和脱离。

A体101的前中部有矩形空间，用于补块105的安装，A体101的上表面有盖板107，松脱盖板107上的螺栓可以打开盖板107，如图6所示，盖板107下方的空间为压载舱，用于放置压载铅块113。A体101中部有两条凹槽，凹槽内有通孔，用于与导轨106的连接。A体101上部和下部各有两个连接环108，连接环108与系泊缆索模型3连接，连接底部连接环的样式如图1所示，连接顶部连接环时如图7所示。

B体102为全封闭模块，中部有两条凹槽，凹槽内有通孔，用于与导轨106连接。调节板103为长方形，中部具有矩形凹槽，凹槽内有凸起，通过凸起与导轨106侧面的凹槽相连如图18、图19所示。

C体104的后中部有矩形空间，用于补块105的安装。C体104的上表面有盖板109，松脱盖板109上的螺栓可以打开盖板109。盖板109下方的空间为压载舱，用于放置压载铅块。C体104中部有两条凹槽，凹槽内有通孔，用于与导轨106的连接。C体104上部和下部各有一个连接环108，连接环108与系泊缆索模型3连接。

补块105为全封闭模块，中部有两条凹槽，凹槽内有通孔，用于与导轨106的连接。

如图17所示，导轨106有上下两面，两面各有两条导槽，导槽内放置方形螺母112，上面的导槽用于和摆板机构模型3连接，下面的导槽用于和A体101、B体102、C体104、补块105的连接，导轨106两个侧面各有一条凹槽，用于与调节板103的连接。

采用以上结构之后，通过拆除B体102、增添调节板103，然后将其余的各个部分重新安装在导轨106上，能够改变模型在纵向上的主尺度。通过拆除和安装补块105，能让模型在完整矩形和H型两种结构之间转换，如图8所示。

摆板机构模型2由摆板201、轴承座202、撑杆203、撑杆支座204组成，如图14所示。如图15所示摆板201由面板209、加强板210、和轴套211组成。轴套211与轴208之间粘接防止相对转动。摆板201通过轴208和轴承205固定在轴承座202上，轴承座202有螺栓孔，通过螺栓209和方形螺母112和导轨106相连。在轴承座内部安装有轴承205、磁粉阻尼器206和转角传感器207。通过紧固和松开螺栓209和方形螺母112实现摆板机构模型2与导轨106的紧固和松脱。

摆板机构模型2中的撑杆支座204通过螺栓209和方形螺母112固定在导轨106上，通过紧固和松开螺栓209和方形螺母112实现撑杆支座204与导轨106的紧固和松脱。摆板201通过撑杆203与撑杆支座204相连。当安装了撑杆203，并且通过与撑杆支座204相连，撑杆203将摆板201固定。如图20所示，通过改变撑杆支座204的位置将可以模拟摆板201以特定角度承受波浪载荷的情形。将撑杆203和撑杆支座204拆除后，摆板203在磁粉阻尼器206的控制下实现零阻尼或特定阻尼的转动，转角传感器207实时记录下摆板3的旋转角度，将信号传给信号采集模块。

系泊缆索模型3由首尾搭扣301、弹性单元320、缆索302和拉力传感器303组成，如图9所示。首搭扣301连接在变尺度半潜模型3的连接环108上，首搭扣301另一端和弹性单元320的搭扣321连接。弹性单元320由两端的搭扣321和中间的弹簧322组成，通过更换特定刚度弹簧322来模拟不同缆索的刚度，弹性单元一个搭扣321和首搭扣301相连，另一个和缆索302相连，如图10所示。缆索302和拉力传感器303相连，拉力传感器303通过一小段缆索和尾搭扣301相连，尾搭扣301连接在池底重块4的吊环401上，如图11所示。

如图12所示，通过弹簧322的串联，可以实现系泊缆索模型3刚度减半，同理串联n个弹簧322就可以实现n分之一的单个弹簧刚度。如图13所示，也可以通过弹簧322的并联和串联实现刚度成倍的变化，连杆322用来连接弹簧和搭扣321.

池底重块由底板402和吊环401组成。

安装在可变尺度半潜平台模型1的上的陀螺仪110将平台的运动测量出来，将信号传给采集模块6，安装在轴承座202中的角度传感器207将摆板201旋转的角度传给采集模块6。

控制台8负责控制造波机生成的波浪序列和磁粉阻尼器206阻尼的大小，信号采集模块6将采集到的模拟信号转换为数字信号输入到电脑中，电脑中的数据采集处理软件7实时显示信号，并对一段时间内的结果进行分析。

Claims (1)

1.一种变尺度变结构半潜波浪能发电平台试验装置，它包括池底系泊重块（4）、控制台(5)、信号采集模块(6)和数据采集处理软件(7),其特征在于：它还包括变尺度半潜平台模型（1）、摆板机构模型（2）和系泊缆索模型（3）；所述变尺度半潜平台模型（1）中间布置两条导轨（106），导轨（106）上设置有导槽，摆板机构模型（2）通过螺栓（111）和方形螺母（112）固定在导槽内；系泊缆索模型（3）一端系在变尺度半潜平台模型（1）的连接环（108）上，另一端系在池底系泊重块（4）的吊环（401）上,由 底板（402）和吊环（401）构成的池底系泊重块（4）落在池底；

所述变尺度半潜平台模型（1）包括A体（101）、B体（102）、调节板（103）、C体（104）、补块（105）和导轨（106）；导轨（106）在上下表面各有两个导槽，左右两个表面各有一个导槽，A体（101）、B体（102）、C体（104）和补块（105）均用于安装螺栓（110）的孔，通过螺栓（110）与导槽内的方形螺母（112）实现自身与导轨的相连；补块（105）安装于A体（101）和C体（104）中部的矩形凹槽内；调节板（103）通过矩形缺口内的凸起固定在导槽内；通过拆除补块（105）和调节板（103）装配合适长度的导轨（106）实现模型在结构样式和主尺度上的改变，合适长度的导轨（106）是指与凹槽总长相同；所述A体（101）与C体（104）的上盖打开，覆盖的舱室作为压载舱，用于放置压载块（113）；

所述摆板机构模型（2）包括摆板（201）、轴承座（202）、撑杆（203）、撑杆支座（204）；摆板（2）的轴（208）与轴承座（202）内的轴承（205）连接，轴（208）连接磁粉阻尼器（206）和转角传感器（207）；轴承座（202）和撑杆支座（204）通过螺栓（209）和方形螺母（112）连接；撑杆（203）将摆板固定，通过前后移动撑杆支座（204）使摆板（201）以特定角度固定；拆除撑杆（203）与撑杆支座（204），摆板（2）在磁粉阻尼器（206）的控制下实现特定阻尼或无阻尼转动；

所述系泊缆索模型（3）包括首尾搭扣（301）、弹性单元（320）、缆索（302）和拉力传感器（303）；首搭扣（301）和连接环（108）相连，首搭扣（301）另一端和弹性单元（320）连接，弹性单元（320）与缆索（302）连接，缆索（302）与尾搭扣（301）连接，尾搭扣连接到池底系泊重块（4）的吊环（4）上；所述弹性单元（320）由两端的搭扣（321）和中间的弹簧（322）组成，更换不同弹性系数的弹簧模拟不同刚度的缆索，通过并联和串联弹簧（322）成倍数地改变刚度。