[发明专利]海面风场模拟试验装置

说明书

技术领域

本发明涉及海洋环境试验装置，特别是涉及模拟海面风速和风向的海洋环境试验装置。

背景技术

在海洋开发过程中，海洋环境监测技术、海洋能开发利用技术等高新技术的研究和发展是促进海洋可持续开发利用的重要环节。

然而，海洋环境是复杂多变的，风、波浪、海流等要素直接作用于海洋环境监测仪器设备与海洋能发电装置之上，影响设备的强度和稳定性。因此，通过室内海洋环境模拟试验装置，检验海洋监测仪器设备和海洋能发电装置的技术指标和环境适应性，为海洋环境监测和海洋能开发利用技术发展提供科学依据，是促进海洋高新科技研发成果产业化进程的重要技术手段。

风是海洋中主要的动力现象之一，既是可以有效利用的可再生能源，又是影响海上设备强度和稳定性的重要动力环境要素。因此，模拟海上风动力环境的试验装置，在海洋环境监测技术、海洋能开发利用技术的研究和发展中得到进一步重视。

目前，已有的风动力环境模拟试验装置是将轴流风机组安装在水槽上方的移动平台上，通过平台的移动改变风机组位置和转动风机组的方向，从而变动风场区域和变化风向。但是，上述试验装置的缺点是无法改变风机组与水槽水面的距离，不能进行风向的三维变化，也影响风力对水面的作用控制，因此，对海洋环境监测仪器设备和海洋能发电装置不能全面详细的开展风力模拟试验。

发明内容

针对现有的风动力环境模拟试验装置所存在的问题，本发明推出一种新型结构的海面风场模拟试验装置，利用连接转轴的吊臂与轴流风机组的结合，进行全方位的风向、风速控制，全面模拟海洋环境中风场的变化状况，实现对海洋环境监测仪器设备和海洋能发电装置更好地进行海面风场模拟试验。

本发明所涉及的海面风场模拟试验装置包括可移动式机架、轴流风机组和计算机控制系统。

可移动式机架包括支柱、转轴、支撑柱和吊臂，由高强度结构钢制成。支柱呈圆筒状，支柱底部设置底板，支柱的底板通过螺栓固定于水槽一侧的浇注地脚上。转轴设置在支柱内，支柱的上部和下部均装有轴承，实现支柱与转轴的轴承接合。转轴与上部的支撑柱结合为一体，支撑柱下部支座置于转轴与支柱的顶面之上，支撑柱下部支座的外径大于支撑柱上部柱体外径。支柱外部设置驱动电机，驱动电机的电机轴与转轴齿轮联接，驱动电机的转动可带动转轴在支柱内沿轴向转动，与转轴结合一体的支撑柱同时转动。

吊臂固定在支撑柱下部支座的轴上，支座底部设置牵引电机。牵引电机的牵引钢丝绳穿过支撑柱顶部的滑轮连接吊臂的末端，牵引电机通过牵引钢丝绳可以使吊臂沿支座轴上下摆动。

吊臂的末端设置轴流风机组，轴流风机组固定在吊臂末端垂直引下的转动轴上，吊臂末端设置第二驱动电机，第二驱动电机的电机轴与转动轴齿轮连接，第二驱动电机带动转动轴及其固定的轴流风机组转动，角度测量仪会显示转动的角度。

计算机控制系统包括风速仪、变频器及计算机。风速仪、变频器连接计算机。变频器分别连接牵引电机、驱动电机、第二驱动电机和轴流风机。风速仪放置在水槽水面上的风场中，采集风速数值并传输给计算机，计算机通过变频器分别控制牵引电机、驱动电机、第二驱动电机和轴流风机的转速，使风速和风向稳定在预设值。风速仪、计算机、变频器之间，均采用软线连接和输送电信号。

本发明所述的海面风场模拟试验装置，实现了风与完全成长的波浪呈任意角度的可调节设计，实现了在试验室内模拟海洋环境中风动力环境变化的真实情况，为海洋环境监测仪器设备和海洋能发电装置进行风动力环境试验提供可靠的试验技术手段。另外，在非工作状态时本装置可以放置于水槽的一侧，有利于水槽做其他的试验。

附图说明

图1为本发明所涉及的海面风场模拟试验装置结构示意图。

图中标记说明：

1、底板                2、加强板

3、支柱                4、驱动电机

5、转轴                6、轴承

7、支座                8、支撑柱

9、滑轮                10、吊臂

11、牵引电机           12、钢丝绳

13、第二驱动电机       14、角度测量仪

15、第二轴承           16、转动轴

17、轴流风机           18、风机架。

具体实施方式