[发明专利]一种漂浮式海上风力发电装置的大尺度模型试验系统及制作方法

说明书

本发明公开了一种漂浮式海上风力发电装置的大尺度模型试验系统及制作方法，包括浮式风电装置模型、模型响应测量系统以及环境参数测量系统；浮式风电装置模型包括浮式基础和塔筒，塔筒顶部连接有风机；浮式基础侧表面连接有多条泊锚装置，模型响应测量系统包括IMU单元、风机监测单元和锚泊张力测量单元；环境参数测量系统包括浮标式浪高仪、风速风向仪和流速流向仪；该系统通过采用较大尺度的海上风力发电装置模型，并在真实海域中开展风浪联合作用下的模型试验，规避现有技术中在实验室水池中进行试验所产生的问题与缺陷；在有效控制成本的前提下，获取的测试数据可为海上风力发电装置的动力响应和发电效率评估提供真实可靠的数据来源。

技术领域

本发明属于海上风力发电技术领域，更具体地，涉及一种漂浮式海上风力发电装置的大尺度模型试验系统及制作方法。

背景技术

漂浮式海上风力发电装置的设计开发需要评估其在风浪联合作用下的动力响应和发电能力，涉及到空气动力和水动力性能的耦合分析，常用的研究手段包括势流理论计算、CFD数值模拟和模型试验。试验方法是漂浮式海上风力发电装置设计研发过程中不可或缺的技术手段，不仅可以验证理论计算与数值模拟方法的正确性，还可用于外推预报实尺度风力发电装置在真实海洋环境中服役时的动力性能和发电效率。

现有的海上风力发电装置的模型试验一般都是在实验室水池中开展的，例如专利号为“CN 109599015 A”、“CN 109406096 A”、“CN 109406087 A”及“CN 109377841 A”的中国专利，通过造波机和风机装置可以分别模拟自然海域中的波浪和风场，从而研究风浪环境作用下的海上风力发电装置的空气动力和水动力性能。但现有的在实验室水池中进行的模型试验存在一定问题：

1，采用小尺度模型的风力发电装置开展的流体力学试验存在一定的尺度效应；

2，实验室水池存在空间局限性，试验模型受限于试验空间，模型设置比较小；会导致雷诺数相似与弗劳德数相似之间的矛盾性较大，使得模型所受水动力与气动载荷无法同时完全满足相似关系；

3，实验室水池中所模拟的风浪环境与实际三维海浪环境存在较大的差异性，实验室水池的水深状况较浅，也无法有效进行系统的系泊系统模拟与受力分析；

4，实验室模拟测试的时间有限，难以准确外推预测实际海上风力发电装置在长期服役期间的极值运动与载荷响应；

5，在水池试验中，由于模型较小，试验模型往往采用玻璃钢或者木材进行制作，无法有效保证结构本身的刚度相似，且无法在试验过程中对于结构本身的结构应力以及振动模态信息进行监测分析。

综上所述，急需设计一种大尺度的漂浮式海上风力发电装置，用于在真实海域中进行模型试验，从而规避上述在实验室水池中存在的问题，在有效控制成本的基础上获得更精确的试验结果。

发明内容

本发明的目的是提供一种漂浮式海上风力发电装置的大尺度模型试验系统及制作方法，通过采用较大尺度的海上风力发电装置模型，并在真实海域中开展风浪联合作用下的模型试验，规避现有技术中在实验室水池中进行试验所产生的问题与缺陷；在有效控制成本的前提下，获取的测试数据可为海上风力发电装置的动力响应和发电效率评估提供真实可靠的数据来源。

为了实现上述的技术特征，本发明采用的技术方案是：一种漂浮式海上风力发电装置的大尺度模型试验系统，它包括浮式风电装置模型、模型响应测量系统以及环境参数测量系统；浮式风电装置模型包括浮式基础，浮式基础包括桩腿，桩腿之间连接有支架；浮式基础上表面中心处连接有塔筒，塔筒直径由底端至顶端逐渐缩小；塔筒顶部连接有风机；浮式基础侧表面连接有多条泊锚装置，泊锚装置包括连接在浮式基础上的锚链，以及锚链上连接的多个锚块；模型响应测量系统包括IMU单元、风机监测单元和锚泊张力测量单元。

优选地，IMU单元固定在塔筒侧表面下部。