CN113740025B - 一种适用于浮式风机主动式实时混合模型试验的试验设备 - Google Patents

Abstract

一种适用于浮式风机主动式实时混合模型试验的试验设备，包括漂浮模拟装置、风机装置、风机控制模块，漂浮模拟装置包括底座和模拟浮台，在底座和模拟浮台之间连接有若干长度角度调节装置，长度角度调节装置的一端与底座铰接，长度角度调节装置的另一端为驱动端并与模拟浮台铰接，长度角度调节装置通过驱动端可调节自身长度；风机装置设置于模拟浮台，风机控制模块与所述风机装置电性连接。以多个长度角度调节装置作为底座和模拟浮台之间的自由度调节结构，实现浮式基础运动追踪的执行机构，风机控制模块可以实现对风机叶片的桨距角、转速控制，使得风机模型在机舱质量满足要求的前提下控制桨距角和转速，从而开展弗洛德数相似条件下的随机风试验。

Description

一种适用于浮式风机主动式实时混合模型试验的试验设备

技术领域

本发明属于风机试验设备技术领域，具体涉及一种适用于浮式风机主动式实时混合模型试验的试验设备。

背景技术

目前，浮式风机模型试验主要分为两类。一类是物理模型试验，即风电机组、浮式基础以及锚泊系统均以物理模型的形式来再现，从而在水池中开展试验。试验依据弗洛德相似准则进行等效，至于风机所受气动载荷，通常在满足弗洛德相似的基础上忽略次要气动载荷，只模拟主要气动载荷，例如定常风速下的叶轮轴向推力，这也不可避免地给试验带来了误差。此外，传统海洋工程水池的造风质量较差，所模拟风场不能很好再现真实条件，且风场会对水池中的波浪产生影响，使得波浪变形。

另一类是实时混合模型试验方法，采用气动载荷数值模拟代替真实风场和风机转子，在水池中开展试验，从而解决了浮式风机实验的相似准则矛盾。但是所采用的数值模拟方法存在以下缺点：

(1)所采用的理论均为近似理论或者经验修正模型；

(2)为了满足试验的实时性要求，需要进行快速高频计算，因此对数值模型进行了简化处理，将叶片视为刚体且尽量减少叶片单元数量，导致计算精度较低；

(3)湍流风场的生成缺乏全面可靠数据，只能参照相关规范和经验，存在不确定性；

(4)所采用的计算方法对时间步长有着严格的要求，在试验中与物理模型的匹配难度较大。

现有的浮式风机实时混合模型试验方法尽管在一定程度上解决了试验中弗洛德数和雷诺数无法同时相似的矛盾，但是由于风机叶片的气动载荷计算是一个考虑流体粘性的复杂非线性问题，而所采用的数值计算方法存在简化和假设，且算法中存在较多经验系数。物理模型试验最重要作用之一就是通过试验发现复杂的非线性现象。气动载荷流体粘性起主要作用，相比于水动力载荷而言非线性更强，而用数值计算代替物理模型试验中的气动载荷，无疑降低了物理模型试验的真实性和可靠性。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点，本发明的目的在于提供一种适用于浮式风机主动式实时混合模型试验的试验设备，旨在解决现有技术存在的问题。

本发明为达到其目的，所采用的技术方案如下：

一种适用于浮式风机主动式实时混合模型试验的试验设备，包括：

漂浮模拟装置、风机装置、风机控制模块，

所述漂浮模拟装置包括底座和模拟浮台，在所述底座和所述模拟浮台之间连接有若干长度角度调节装置，所述长度角度调节装置的一端与所述底座铰接，所述长度角度调节装置的另一端为驱动端并与所述模拟浮台铰接，所述长度角度调节装置通过驱动端可调节自身长度；

所述风机装置设置于所述模拟浮台，所述风机控制模块与所述风机装置电性连接。

优选的，所述底座为三角形结构，在所述底座的尖角端各设有两个长度角度调节装置，设于所述底座的尖角端的两个长度角度调节装置与所述模拟浮台的铰接处相互远离设置，且设于所述底座的尖角端的两个长度角度调节装置与所述模拟浮台形成三角形结构。

优选的，所述模拟浮台为圆形结构。

优选的，所述风机装置包括风机机舱，所述风机机舱内设有变速齿轮箱，所述变速齿轮箱的输出端设有风机叶片。

优选的，所述风机叶片的数量为三片。

优选的，所述风机机舱上设有与所述模拟浮台连接的塔筒，所述塔筒为空心结构，在所述塔筒内设有与所述变速齿轮箱连接的螺杆件，所述螺杆件的另一端与所述风机控制模块连接，所述风控模块包括控制电芯和驱动电机，所述控制电芯与所述驱动电机电性连接，所述驱动电机的驱动端与所述螺杆件的另一端连接。

优选的，所述长度角度调节装置包括驱动气缸、活塞柄、连接套块、连接档块和角度调节控制器；所述活塞柄一端固定在驱动气缸上，另一端与连接档块相连接；所述连接档块通过角度调节控制器设置在连接套块上。

优选的，所述角度调节控制器包括角度调节转轴、角度调节限位器；所述角度调节限位器通过角度调节转轴可旋转的设置在连接套块上。

优选的，所述底座上设有第一铰接座，所述第一铰接座与所述驱动气缸铰接，所述模拟浮台上且对应所述连接套块的位置设有第二铰接座，所述第二铰接座与所述驱动气缸铰接。

优选的，所述角度调节控制器还包括卡位挡块，所述卡位挡块设置在连接套块内，并在半径的范围内与角度调节限位器相抵靠。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提出的适用于浮式风机主动式实时混合模型试验的试验设备，以多个长度角度调节装置作为底座和模拟浮台之间的自由度调节结构，实现浮式基础运动追踪的执行机构，同时风机控制模块可以实现对风机叶片的桨距角、转速的控制，使得风机模型可以在机舱质量满足要求的前提下控制桨距角和转速，从而开展弗洛德数相似条件下的随机风试验。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的视图；

图2为本发明的长度角度调节装置的结构视图；

图3为本发明的进行风机试验状态的示意图；

附图标记说明：

1-底座，2-模拟浮台，3-长度角度调节装置，4-风机机舱，5-风机叶片，6-塔筒，7-螺杆件，8-风机控制模块，9-驱动气缸，10-活塞柄，11-连接套块，12-连接档块，13-角度调节转轴，14-角度调节限位器，15-第一铰接座，16-第二铰接座，17-卡位挡块。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

参照图1至图3，本发明实施例提供一种适用于浮式风机主动式实时混合模型试验的试验设备，包括：

漂浮模拟装置、风机装置、风机控制模块8，

所述漂浮模拟装置包括底座1和模拟浮台2，在所述底座1和所述模拟浮台2之间连接有若干长度角度调节装置3，所述长度角度调节装置3的一端与所述底座1铰接，所述长度角度调节装置3的另一端为驱动端并与所述模拟浮台2铰接，所述长度角度调节装置3通过驱动端可调节自身长度；

所述风机装置设置于所述模拟浮台2，所述风机控制模块8与所述风机装置电性连接。

具体的，所述底座1为三角形结构，在所述底座1的尖角端各设有两个长度角度调节装置3，设于所述底座1的尖角端的两个长度角度调节装置3与所述模拟浮台2的铰接处相互远离设置，且设于所述底座1的尖角端的两个长度角度调节装置3与所述模拟浮台2形成三角形结构。

具体的，所述模拟浮台2为圆形结构。

具体的，所述风机装置包括风机机舱4，所述风机机舱4内设有变速齿轮箱，所述变速齿轮箱的输出端设有风机叶片5。

具体的，所述风机叶片5的数量为三片。

具体的，所述风机机舱4上设有与所述模拟浮台2连接的塔筒6，所述塔筒6为空心结构，在所述塔筒6内设有与所述变速齿轮箱连接的螺杆件7，所述螺杆件7的另一端与所述风机控制模块8连接，所述风控模块包括控制电芯和驱动电机，所述控制电芯与所述驱动电机电性连接，所述驱动电机的驱动端与所述螺杆件7的另一端连接。

具体的，所述长度角度调节装置3包括驱动气缸9、活塞柄10、连接套块11、连接档块12和角度调节控制器；所述活塞柄10一端固定在驱动气缸9上，另一端与连接档块12相连接；所述连接档块12通过角度调节控制器设置在连接套块11上。

具体的，所述角度调节控制器包括角度调节转轴13、角度调节限位器14；所述角度调节限位器14通过角度调节转轴13可旋转的设置在连接套块11上。

具体的，所述底座1上设有第一铰接座15，所述第一铰接座15与所述驱动气缸9铰接，所述模拟浮台2上且对应所述连接套块11的位置设有第二铰接座16，所述第二铰接座16与所述驱动气缸9铰接。

具体的，所述角度调节控制器还包括卡位挡块17，所述卡位挡块17设置在连接套块11内，并在半径的范围内与角度调节限位器14相抵靠。

采用上述结构，通过活塞柄10与连接档块12相连接，可以快速通过活塞柄10控制连接档块12转动或伸缩，方便调节角度，而角度调节控制器的设置，可以对活塞柄10的活动角度进行调节；通过卡位挡块17的设置，可以对角度调节限位器14在角度调节转轴13上旋转的角度进行定位，使得角度调节限位器14能在一定的范围内转动并定位，从而对所述模拟浮台的自由度进行调整。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提出的适用于浮式风机主动式实时混合模型试验的试验设备，针对在在风洞开展的新型浮式风机实时混合模型试验，风载荷由风机机舱4、塔筒6物理模型以及风洞提供的风场所模拟，浮式基础、锚泊系统等结构利用数值模拟代替并通过六个长度角度调节装置3实现自由度调节，将浮式基础的运动加载到风机塔基截面处，从而获得浮式风机整体耦合运动响应，以六个长度角度调节装置3作为底座1和模拟浮台2之间的自由度调节结构，实现浮式基础运动追踪的执行机构，同时风机控制模块8可以实现对风机叶片5的桨距角、转速的控制，使得风机模型可以在机舱质量满足要求的前提下控制桨距角和转速，从而开展弗洛德数相似条件下的随机风试验。

于本文的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、等方位或位置关系,仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”，仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种适用于浮式风机主动式实时混合模型试验的试验设备，其特征在于，包括：

漂浮模拟装置、风机装置、风机控制模块；

所述漂浮模拟装置包括底座和模拟浮台，在所述底座和所述模拟浮台之间连接有若干长度角度调节装置，所述长度角度调节装置的一端与所述底座铰接，所述长度角度调节装置的另一端为驱动端并与所述模拟浮台铰接，所述长度角度调节装置通过驱动端可调节自身长度；

所述风机装置设置于所述模拟浮台，所述风机控制模块与所述风机装置电性连接；

所述长度角度调节装置包括驱动气缸、活塞柄、连接套块、连接档块和角度调节控制器；所述活塞柄一端固定在驱动气缸上，另一端与连接档块相连接；所述连接档块通过角度调节控制器设置在连接套块上；

所述角度调节控制器包括角度调节转轴、角度调节限位器；所述角度调节限位器通过角度调节转轴可旋转的设置在连接套块上；

所述底座上设有第一铰接座，所述第一铰接座与所述驱动气缸铰接，所述模拟浮台上且对应所述连接套块的位置设有第二铰接座，所述第二铰接座与所述驱动气缸铰接；

所述风机装置包括风机机舱，所述风机机舱内设有变速齿轮箱，所述变速齿轮箱的输出端设有风机叶片，所述风机机舱上设有与所述模拟浮台连接的塔筒，所述塔筒为空心结构，在所述塔筒内设有与所述变速齿轮箱连接的螺杆件，所述螺杆件的另一端与所述风机控制模块连接，所述风控模块包括控制电芯和驱动电机，所述控制电芯与所述驱动电机电性连接，所述驱动电机的驱动端与所述螺杆件的另一端连接。

2.根据权利要求1所述的适用于浮式风机主动式实时混合模型试验的试验设备，其特征在于，所述底座为三角形结构，在所述底座的尖角端各设有两个长度角度调节装置，设于所述底座的尖角端的两个长度角度调节装置与所述模拟浮台的铰接处相互远离设置，且设于所述底座的尖角端的两个长度角度调节装置与所述模拟浮台形成三角形结构。

3.根据权利要求2所述的适用于浮式风机主动式实时混合模型试验的试验设备，其特征在于，所述模拟浮台为圆形结构。

4.根据权利要求1所述的适用于浮式风机主动式实时混合模型试验的试验设备，其特征在于，所述风机叶片的数量为三片。

5.根据权利要求1所述的适用于浮式风机主动式实时混合模型试验的试验设备，其特征在于，所述角度调节控制器还包括卡位挡块，所述卡位挡块设置在连接套块内，并在半径的范围内与角度调节限位器相抵靠。

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