CN115290306A - 一种海上风机-基础-地基相互作用试验装置 - Google Patents

一种海上风机-基础-地基相互作用试验装置 Download PDF

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吴甜宇
唐国强
吕林
王滨
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Abstract

本发明属于实验装置技术领域，提出了一种海上风机‑基础‑地基相互作用试验装置，包括混凝土墙、地面、地基土室、单桩、电动静液作动器和电动机；地基土室放置在混凝土墙前侧的地面上，地基土室底部中心处固定连接单桩，单桩、基座、塔身和电动机座依次连接；电动机固定于电动机座上，电动机的输出轴上固定连接有风机叶片；作动器安装座一端连接于混凝土墙上，另一端固定连接有电动静液作动器；电动静液作动器的作动杆末端与塔身连接。本发明可实现水平荷载作用下海上风机结构的长期性能评估，方便研究复杂的海上风机结构的动力相互作用机理，结构简单，易于操作，可调节度高。

Description

一种海上风机-基础-地基相互作用试验装置
技术领域
本发明涉及实验装置技术领域，尤其涉及一种海上风机-基础-地基相互作用试验装置。
背景技术
单桩基础支撑的海上风机结构具有动力敏感性，结构的整体固有频率接近于施加在其上水平荷载产生的不同强迫频率。海上风机结构的预期寿命为25至30年，但对其长期性能认识还存在明显不足。
目前，现有技术缺乏测试水平荷载作用下海上风机结构的固有频率和长期性能的实验装置，缺乏研究复杂的土-结构动力相互作用问题的实验装置。
因此，急需建立一种海上风机-基础-地基相互作用试验装置，评估水平荷载作用下海上风机结构的长期性能，揭示复杂的土-海上风机结构的动力相互作用机理。
发明内容
本发明的目的在于提供一种海上风机-基础-地基相互作用试验装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种海上风机-基础-地基相互作用试验装置，包括混凝土墙2、地面1、地基土室3、单桩4、电动静液作动器11和电动机8；
混凝土墙2和地面1垂直，地基土室3放置于地面1上；地基土室3底部中心处固定连接单桩4，单桩4、基座5、塔身6和电动机座7依次连接；电动机8固定于电动机座7上，电动机8的输出轴9上固定连接有风机叶片10；
作动器安装座17一端连接于混凝土墙2上，另一端固定连接有电动静液作动器11；电动静液作动器11的作动杆12末端与塔身6连接。
所述地基土室3为圆桶形结构，其内填入土壤。
所述作动器安装座17固定于混凝土墙2上。
所述混凝土墙2上装有开设安装槽22的钢柱21；作动器安装座17底部设置有背板18，背板18通过锁紧螺栓19于钢柱21上锁紧，锁紧螺栓19的头部20于安装槽22中滑动。
所述作动杆12通过锁套与塔身6固定连接；锁套包括固定半套13和活动半套14；固定半套13与作动杆12固定连接，其与作动杆12相连的一端转动连接有活动半套14；活动半套14和固定半套13的远离作动杆12端设置有连接座15，两个连接座15通过连接螺栓16固定连接。
所述塔身的底部焊接在基座上。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明可实现对海上风机-基础-地基相互作用的精确模拟，可模拟承受高于104到105次水平荷载循环高周荷载循环，通过监测模型的固有频率和阻尼变化，即可研究海上风机-基础-地基相互作用问题，得出其长期性能；
2、本发明中的作动器安装座可以根据实验需求调整高度，调整前松开锁紧螺栓，调整到合适位置后重新固定锁紧螺栓即可；
3、本发明中，作动杆通过锁套与塔身固定，锁套位置可随作动器安装座位置一起实现上下移动，使整个实验装置更加易于调节。
4、本发明可实现水平荷载作用下海上风机结构的长期性能评估，方便研究复杂的海上风机结构的动力相互作用机理，结构简单，易于操作，可调节度高。
附图说明
图1为一种海上风机-基础-地基相互作用试验装置的结构示意图；
图2为一种海上风机-基础-地基相互作用试验装置中地基土室的结构示意图；
图3为一种海上风机-基础-地基相互作用试验装置中锁套的结构示意图；
图4为一种海上风机-基础-地基相互作用试验装置中作动器安装座的安装结构示意图；
图5为一种海上风机-基础-地基相互作用试验装置中作动器安装座的安装结构分解示意图；(a)为作动器安装座部分；(b)为混凝土墙部分；
图中：1、地面；2、混凝土墙；3、地基土室；4、单桩；5、基座；6、塔身；7、电动机座；8、电动机；9、输出轴；10、风机叶片；11、电动静液作动器；12、作动杆；13、固定半套；14、活动半套；15、连接座；16、连接螺栓；17、作动器安装座；18、背板；19、锁紧螺栓；20、头部；21、钢柱；22、安装槽。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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，本领域普通技术人员在没有做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。
实施例1：请参阅图1～5，一种海上风机-基础-地基相互作用试验装置，包括混凝土墙2、地面1、地基土室3、单桩4、电动静液作动器11和电动机8；地基土室3底部的中心处固定连接有单桩4，单桩4的顶部固定连接有塔身6，塔身6的顶部固定连接有电动机座7，电动机座7上固定连接有电动机8，电动机8的输出轴9上固定连接有一组风机叶片10，地基土室3放置在混凝土墙2前侧的地面1上，混凝土墙2上固定安装有作动器安装座17，作动器安装座17上固定连接有电动静液作动器11，电动静液作动器11的作动杆12末端与塔身6固定连接。
地基土室3设置为圆桶形结构，地基土室3中填入土壤。
单桩4的顶部设置有基座5，塔身6的底部焊接在基座5上。
本发明通过设置地基土室3并在地基土室3中填入土壤模拟海上风机地基，通过与地基土室3固定连接的单桩4模拟海上风机基础，利用电动机8驱动风机叶片10转动模拟风机在风力作用下的转动，通过电动静液作动器11对塔身作用实现对塔身6水平载荷模拟，本发明基于力的阻抗控制，实现了对海上风机-基础-地基相互作用的精确模拟。本发明可模拟承受高于104到105次水平荷载循环高周荷载循环，通过监测模型的固有频率和阻尼变化，即可研究海上风机-基础-地基相互作用问题，得出其长期性能。阻抗控制作为一种柔顺控制方式,能够实现力与位置的协同控制，在作动系统需要与外部环境发生接触的应用中具有一定优势。在集成高效的电动静液作动器(EHA)上实现基于力的阻抗控制具有良好的应用前景。
实施例2：请参阅图4～5，一种海上风机-基础-地基相互作用试验装置，与实施例1的区别在于，混凝土墙2上固定连接有竖向设置的钢柱21，作动器安装座17固定安装在钢柱21中。
钢柱21内设置有安装槽22，作动器安装座17底部设置有背板18，背板18通过一组锁紧螺栓19固定连接在钢柱21上，锁紧螺栓19的头部20卡接在安装槽22中实现滑动。
本实施例中，作动器安装座17可以根据实验需求调整高度，调整前松开锁紧螺栓19，调整到合适位置后重新固定锁紧螺栓19即可。
实施例3：请参阅图3，一种海上风机-基础-地基相互作用试验装置，与实施例1的区别在于，作动杆12通过锁套与塔身6固定连接。
锁套包括固定半套13和活动半套14，固定半套13与作动杆12固定连接，固定半套13与作动杆12相连的一端转动连接有活动半套14，活动半套14和固定半套13远离作动杆12的一端设置有连接座15，两侧的连接座15通过连接螺栓16固定连接。
本实施例中，作动杆12通过锁套与塔身6固定，锁套位置可随作动器安装座17位置一起实现上下移动，使整个实验装置更加易于调节。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种海上风机-基础-地基相互作用试验装置，其特征在于，该海上风机-基础-地基相互作用试验装置包括混凝土墙(2)、地面(1)、地基土室(3)、单桩(4)、电动静液作动器(11)和电动机(8)；
混凝土墙(2)和地面(1)垂直，地基土室(3)放置于地面(1)上；地基土室(3)底部中心处固定连接单桩(4)，单桩(4)、基座(5)、塔身(6)和电动机座(7)依次连接；电动机(8)固定于电动机座(7)上，电动机(8)的输出轴(9)上固定连接有风机叶片(10)；
作动器安装座(17)一端连接于混凝土墙(2)上，另一端固定连接有电动静液作动器(11)；电动静液作动器(11)的作动杆(12)末端与塔身(6)连接。
2.根据权利要求1所述的海上风机-基础-地基相互作用试验装置，其特征在于，所述地基土室(3)为圆桶形结构，其内填入土壤。
3.根据权利要求1所述的海上风机-基础-地基相互作用试验装置，其特征在于，所述作动器安装座(17)固定于混凝土墙(2)上。
4.根据权利要求1所述的海上风机-基础-地基相互作用试验装置，其特征在于，所述混凝土墙(2)上装有开设安装槽(22)的钢柱(21)；作动器安装座(17)底部设置有背板(18)，背板(18)通过锁紧螺栓(19)于钢柱(21)上锁紧，锁紧螺栓(19)的头部(20)于安装槽(22)中滑动。
5.根据权利要求3或4所述的海上风机-基础-地基相互作用试验装置，其特征在于，所述作动杆(12)通过锁套与塔身(6)固定连接；锁套包括固定半套(13)和活动半套(14)；固定半套(13)与作动杆(12)固定连接，其与作动杆(12)相连的一端转动连接有活动半套(14)；活动半套(14)和固定半套(13)的远离作动杆(12)端设置有连接座(15)，两个连接座(15)通过连接螺栓(16)固定连接。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN116357525A (zh) * 2023-03-22 2023-06-30 同济大学 一种固定式海上风机模型试验装置
CN116558792A (zh) * 2023-03-30 2023-08-08 同济大学 用于海上风机地震-波浪耦合作用的测试装置及测试方法

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