CN107620677A - 一种海上风电机组在大幅运动下陀螺效应验证的试验系统 - Google Patents
一种海上风电机组在大幅运动下陀螺效应验证的试验系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107620677A CN107620677A CN201710966295.1A CN201710966295A CN107620677A CN 107620677 A CN107620677 A CN 107620677A CN 201710966295 A CN201710966295 A CN 201710966295A CN 107620677 A CN107620677 A CN 107620677A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- model
- tower
- verified
- blade
- offshore wind
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Toys (AREA)
- Wind Motors (AREA)
Abstract
本发明涉及海洋工程技术领域，一种海上风电机组在大幅运动下陀螺效应验证的试验系统，包括风机叶片模型，阻力板、机舱模型、塔筒模型、浮体模型、第一、二、三钢绞线及塔筒倾角调整装置。本发明具有以下优点，一是通过调节风机叶片模型上的叶片转动惯量调整装置的位置，可以实现模拟不同风机多种陀螺效应工况，适用范围广，二是通过塔筒倾角调整装置上两个配重块的位置变化能够实现塔筒模型倾斜度的调整，实现大幅运动的控制。
Description
技术领域
本发明渉及一种海上风电机组在大幅运动下陀螺效应验证的试验系统，属于海洋工程技术领域。
背景技术
海上风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。海上风电机组支撑系统分为固定式和浮式两种结构形式。当海水水深范围在30m-50m时，固定式支撑系统已达到其经济极限，而浮式支撑系统此时将具有更好的经济可行性。对于浮式系统，由于其高柔性特点及对波浪荷载和风荷载的高敏感性，使得风电机组旋转面一直处于摇摆振动状态，此时陀螺效应对支撑系统的姿态稳定性与控制精度的影响不可忽略。
浮式海上风电机组作为新兴的前沿学科领域，海洋环境复杂多变以及建设经验的匮乏，使得相关研究需要更多地依赖模型试验，先进的模型试验技术孕育着我国海上风电研究的突破和发展，可以对海洋环境作用的客观规律进行有效的揭示和掌握，能对整体结构受灾机理进行实证式分析，能对其耦合作用数值模拟与控制策略进行综合分析和验证等，物理模型试验的技术水平决定了研究工作的有效性和实际价值，国内外许多浮式海上风电机组数值计算的学术论文，其验证的依据总是来自少数几个相关实验水池公开发表的数据，当前适用于浮式海上风电机组的波浪水池模型试验技术亟需研究。
为了保持模型与原型正确的关系，近年来出现了两种解决方法：(1)风机模型等效为集中质量，风的攻力等效为简易的稳态力[Utsunomiya T,Sato T,Matsukuma H andYago K."Experimental Validation for Motion of a SPAR-Type Floating OffshoreWind Turbine Using 1/22.5Scale Model"[C]The 28th International Conference onOffshore Mechanics and Arctic Engineering.Honolulu,USA:Presented at the ASME2009,2009,pp.951-959.]，该试验主要关注水动力对浮体的作用，无法实现叶片陀螺效应的模拟；(2)风机模型等效为阻力板，叶片陀螺效应通过马达带动旋转杆件进行模拟，【Cermelli C,Roddier D and Aubault A.."WindFloat:A Floating Foundation forOffshore Wind Turbines Part II:Hydrodynamics Analysis".[C]The 28thInternational Conference on Offshore Mechanics and ArcticEngineering.Honolulu,USA:Presented at the ASME 2009,2009,pp.213-220.】，但是该试验装置只能模拟小幅运动下的叶片陀螺效应试验，且旋转杆件只有一根，与真实模型相差较大，影响精度，且其主要针对半潜式浮式平台结构，而对于SPAR式平台大幅运动姿态根本无法精准控制。因此迫切需要开发一种关于SPAR式海上风电机组在大幅运动下陀螺效应验证的试验系统。
发明内容
为了克服现有技术中存在的不足，本发明目的是提供一种海上风电机组在大幅运动下陀螺效应验证的试验系统，该试验系统在环境荷载作用下做不同的姿态运动，当需要精准的控制其某一工况下倾角位置时，将倾角调整装置固定在塔筒上，然后采用相应的测量系统对其测试并获得试验数据，最终获得SPAR式海上风电机组不同工况下叶片陀螺效应的试验数据和运动规律。克服了以往试验装置只能模拟小幅运动下的叶片陀螺效应试验，与真实模型相差较大，影响精度的问题。
为了实现上述发明目的，解决已有技术中所存在的问题，本发明采取的技术方案是：一种海上风电机组在大幅运动下陀螺效应验证的试验系统，包括风机叶片模型，阻力板、机舱模型、塔筒模型、浮体模型、第一、二、三钢绞线及塔筒倾角调整装置，所述风机叶片模型中包括形状为等截面圆形杆件的第一、二、三风机叶片，三个风机叶片之间的角度均为120度，并分别焊接在螺杆上，所述机舱模型内部设置有风机动力装置，该风机动力装置为一个小型马达，螺杆通过焊接与小型马达的转轴固定连接，并带动风机叶片模型旋转，所述第一、二、三风机叶片上分别设置有第一、二、三叶片转动惯量调整装置，三个叶片转动惯量调整装置的位置可调，风机的转动惯量是依靠三个叶片转动惯量调整装置同步调整位置加以实现，调整位置时必须确保第一、二、三叶片转动惯量调整装置距离小型马达的转轴中心等距；所述阻力板通过螺栓与机舱模型固定连接，机舱模型通过螺栓固定在塔筒模型的顶部，塔筒模型的底部通过螺栓与浮体模型的顶部固定连接，浮体模型的底部为压载舱填充沙子，所述第一、二、三钢绞线的一端分别通过铁环固定在浮体模型上，另一端分别通过铁环固定在水池底板上，所述塔筒倾角调整装置，包括一根带刻度和螺纹的杆件及设置在杆件上的第一、二配重块，所述杆件穿过塔筒模型并固定在塔筒模型的内壁上，两个配重块的位置可调，通过改变配重块的位置用来调整塔筒模型的倾斜度。
所述风机叶片模型采用轻型铝材料制作。
所述阻力板采用轻型泡沫塑料制作。
所述机舱模型、塔筒模型及浮体模型均采用有机玻璃制作。
本发明有益效果是：一种海上风电机组在大幅运动下陀螺效应验证的试验系统，包括风机叶片模型，阻力板、机舱模型、塔筒模型、浮体模型、第一、二、三钢绞线及塔筒倾角调整装置，与已有技术相比，本发明具有以下优点，一是通过调节风机叶片模型上的叶片转动惯量调整装置的位置，可以实现模拟不同风机多种陀螺效应工况，适用范围广，二是通过塔筒倾角调整装置上两个配重块的位置变化能够实现塔筒模型倾斜度的调整，实现大幅运动的控制。
附图说明
图1是本发明中的风机叶片模型结构示意图。
图2是本发明中的风机叶片模型、机舱模型及阻力板结构示意图。
图3是本发明迎风面立面图。
图4是本发明侧立面图。
图中：1、风机叶片模型，1a、第一风机叶片，1b、第二风机叶片，1c，第三风机叶片，1d、第一风机叶片转动惯量调整装置，1e、第二风机叶片转动惯量调整装置，1f、第三风机叶片转动惯量调整装置，1g、螺杆，2、阻力板，3、风机动力装置，4、机舱模型，5、塔筒模型，6、浮体模型，7、第一钢绞线，7a、第二钢绞线，7b、第三钢绞线，8、塔筒倾角调整装置，8a、杆件，8b、第一配重块，8c、第二配重块，9、水池底板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1、2、3、4所示，一种海上风电机组在大幅运动下陀螺效应验证的试验系统，包括风机叶片模型1，阻力板2、机舱模型4、塔筒模型5、浮体模型6、第一、二、三钢绞线7、7a、7b及塔筒倾角调整装置8，所述风机叶片模型1中包括形状为等截面圆形杆件的第一、二、三风机叶片1a、1b、1c，三个风机叶片之间的角度均为120度，并分别焊接在螺杆1g上，所述机舱模型4内部设置有风机动力装置3，该风机动力装置3为一个小型马达，螺杆1g通过焊接与小型马达的转轴固定连接，并带动风机叶片模型1旋转，所述第一、二、三风机叶片1a、1b、1c上分别设置有第一、二、三叶片转动惯量调整装置1d、1e、1f，三个叶片转动惯量调整装置的位置可调，风机的转动惯量是依靠三个叶片转动惯量调整装置同步调整位置加以实现，调整位置时必须确保第一、二、三叶片转动惯量调整装置1d、1e、1f距离小型马达的转轴中心等距；所述阻力板2通过螺栓与机舱模型4固定连接，机舱模型4通过螺栓固定在塔筒模型5的顶部，塔筒模型5的底部通过螺栓与浮体模型6的顶部固定连接，浮体模型6的底部为压载舱填充沙子，所述第一、二、三钢绞线7、7a、7b的一端分别通过铁环固定在浮体模型6上，另一端分别通过铁环固定在水池底板9上，所述塔筒倾角调整装置8，包括一根带刻度和螺纹的杆件8a及设置在杆件上的第一、二配重块8b、8c，所述杆件8a穿过塔筒模型5并固定在塔筒模型5的内壁上，两个配重块的位置可调，通过改变配重块的位置用来调整塔筒模型5的倾斜度。所述风机叶片模型1采用轻型铝材料制作，所述阻力板2采用轻型泡沫塑料制作，所述机舱模型4、塔筒模型5及浮体模型6均采用有机玻璃制作。
本发明具有以下优点，一是通过调节风机叶片模型上的叶片转动惯量调整装置的位置，可以实现模拟不同风机多种陀螺效应工况，适用范围广，二是通过塔筒倾角调整装置上两个配重块的位置变化能够实现塔筒模型倾斜度的调整，实现大幅运动的控制。
Claims (4)
1.一种海上风电机组在大幅运动下陀螺效应验证的试验系统，包括风机叶片模型，阻力板、机舱模型、塔筒模型、浮体模型、第一、二、三钢绞线及塔筒倾角调整装置，其特征在于：所述风机叶片模型中包括形状为等截面圆形杆件的第一、二、三风机叶片，三个风机叶片之间的角度均为120度，并分别焊接在螺杆上，所述机舱模型内部设置有风机动力装置，该风机动力装置为一个小型马达，螺杆通过焊接与小型马达的转轴固定连接，并带动风机叶片模型旋转，所述第一、二、三风机叶片上分别设置有第一、二、三叶片转动惯量调整装置，三个叶片转动惯量调整装置的位置可调，风机的转动惯量是依靠三个叶片转动惯量调整装置同步调整位置加以实现，调整位置时必须确保第一、二、三叶片转动惯量调整装置距离小型马达的转轴中心等距；所述阻力板通过螺栓与机舱模型固定连接，机舱模型通过螺栓固定在塔筒模型的顶部，塔筒模型的底部通过螺栓与浮体模型的顶部固定连接，浮体模型的底部为压载舱填充沙子，所述第一、二、三钢绞线的一端分别通过铁环固定在浮体模型上，另一端分别通过铁环固定在水池底板上，所述塔筒倾角调整装置，包括一根带刻度和螺纹的杆件及设置在杆件上的第一、二配重块，所述杆件穿过塔筒模型并固定在塔筒模型的内壁上，两个配重块的位置可调，通过改变配重块的位置用来调整塔筒模型的倾斜度。
2.根据权利要求1所述一种海上风电机组在大幅运动下陀螺效应验证的试验系统，其特征在于：所述风机叶片模型采用轻型铝材料制作。
3.根据权利要求1所述一种海上风电机组在大幅运动下陀螺效应验证的试验系统，其特征在于：所述阻力板采用轻型泡沫塑料制作。
4.根据权利要求1所述一种海上风电机组在大幅运动下陀螺效应验证的试验系统，其特征在于：所述机舱模型、塔筒模型及浮体模型均采用有机玻璃制作。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710966295.1A CN107620677B (zh) | 2017-10-17 | 2017-10-17 | 一种海上风电机组在大幅运动下陀螺效应验证的试验系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710966295.1A CN107620677B (zh) | 2017-10-17 | 2017-10-17 | 一种海上风电机组在大幅运动下陀螺效应验证的试验系统 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107620677A true CN107620677A (zh) | 2018-01-23 |
| CN107620677B CN107620677B (zh) | 2023-10-20 |
Family
ID=61092556
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710966295.1A Active CN107620677B (zh) | 2017-10-17 | 2017-10-17 | 一种海上风电机组在大幅运动下陀螺效应验证的试验系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107620677B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113253670A (zh) * | 2021-03-25 | 2021-08-13 | 国网山东省电力公司东平县供电公司 | 一种具有摆动复位机构的输电铁塔及复位方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105003395A (zh) * | 2015-07-24 | 2015-10-28 | 中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司 | 一种浮式风机运动性能的试验模型及试验方法 |
| US20160177927A1 (en) * | 2014-12-17 | 2016-06-23 | Hitachi, Ltd. | Wind Power Generation System |
| CN206539454U (zh) * | 2016-11-28 | 2017-10-03 | 天津大学 | 一种浮式垂直轴风力机模型运动测量装置 |
| CN207583565U (zh) * | 2017-10-17 | 2018-07-06 | 大连理工大学 | 一种海上风电机组在大幅运动下陀螺效应验证的试验系统 |
-
2017
- 2017-10-17 CN CN201710966295.1A patent/CN107620677B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20160177927A1 (en) * | 2014-12-17 | 2016-06-23 | Hitachi, Ltd. | Wind Power Generation System |
| CN105003395A (zh) * | 2015-07-24 | 2015-10-28 | 中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司 | 一种浮式风机运动性能的试验模型及试验方法 |
| CN206539454U (zh) * | 2016-11-28 | 2017-10-03 | 天津大学 | 一种浮式垂直轴风力机模型运动测量装置 |
| CN207583565U (zh) * | 2017-10-17 | 2018-07-06 | 大连理工大学 | 一种海上风电机组在大幅运动下陀螺效应验证的试验系统 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113253670A (zh) * | 2021-03-25 | 2021-08-13 | 国网山东省电力公司东平县供电公司 | 一种具有摆动复位机构的输电铁塔及复位方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN107620677B (zh) | 2023-10-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102562491B (zh) | 风力涡轮机以及操作架设在水体中的风力涡轮机的方法 | |
| Jones et al. | Oscillating-wing power generator | |
| Paulsen et al. | Deepwind-an innovative wind turbine concept for offshore | |
| CN110513253A (zh) | 一种海上漂浮式风机波浪环境模拟平台装置及其工作方法 | |
| Jing et al. | Experimental research on tidal current vertical axis turbine with variable-pitch blades | |
| KR20090107064A (ko) | 가변성 어택각 호일을 구비한 고효율 터빈 | |
| CN105334020B (zh) | 船模试验中模拟风流载荷的装置 | |
| CN109406087A (zh) | 置于风洞中的浮式海上风电机组混合模型实验装置及方法 | |
| CN105003395A (zh) | 一种浮式风机运动性能的试验模型及试验方法 | |
| Bagbanci | Dynamic analysis of offshore floating wind turbines | |
| US11739637B2 (en) | Self-propelled towing simulator for deep-sea mining system applicable to natural water bodies and simulation method using the same | |
| Liu et al. | Motions of a 5 MW floating VAWT evaluated by numerical simulations and model tests | |
| Platzer et al. | Development of a new oscillating-wing wind and hydropower generator | |
| CN101201291A (zh) | 频率、角度可调的海洋浮动平台仿真装置 | |
| CN207583565U (zh) | 一种海上风电机组在大幅运动下陀螺效应验证的试验系统 | |
| Henry | The hydrodynamics of small seabed mounted bottom hinged wave energy conerverters in shallow water | |
| CN113933016B (zh) | 一种模拟漂浮式风电机组运动响应的风洞试验装置与方法 | |
| CN107620677A (zh) | 一种海上风电机组在大幅运动下陀螺效应验证的试验系统 | |
| CN108454808A (zh) | 一种多参数可调的无动力水下潜航器模型 | |
| Fredette | Scale-model testing of tethered undersea kites for power generation | |
| CN203035449U (zh) | 张力腿平台漂浮式双叶风电机 | |
| CN204877800U (zh) | 一种浮式风机运动性能的试验模型 | |
| Shyu | A pilot study of vertical-axis turbine wind farm layout planning | |
| Duan et al. | A coupled aero-hydrodynamic simulator for offshore floating wind turbines | |
| CN104822937A (zh) | 用于利用马格努斯效应的涡轮机的旋转叶片主体,且所述涡轮机的旋转轴线平行于运动流体的方向 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |