[发明专利]一种适用于海上风机复杂荷载模拟的非接触式变频加载系统

说明书

本发明公开了一种适用于海上风机复杂荷载模拟的非接触式变频加载系统，包括模型槽、造波机、潜水泵、风机以及电磁加载系统；本发明基于非接触加载原理，设计了电磁式变频控制系统模拟风荷载的作用，实现了荷载施加系统与风机结构的完全分离；采用造波机上下运动产生不同波长和波高的波浪；采用潜水泵形成压力差并将水排入出水池，打开模型箱底部阀门，在模型内部形成循环水流，可模拟潮流对风机基础的作用。上述系统可单独模拟风、波浪、潮流荷载，也可对耦合工况进行同步或异步模拟。

技术领域

本发明涉及岩土力学、结构动力学、海洋动力学、近海风电工程等领域，具体涉及一种适用于海上风机复杂荷载模拟的非接触式变频加载系统。

背景技术

近海海上风机在风、浪、潮流作用下的振动与控制研究至关重要。然而，由于风洞试验昂贵，大型水槽试验只能较好模拟波浪。目前可模拟风、浪、潮流共同作用的试验系统较少，部分研究所提出的伺服电机拉线加载属于接触式模拟，该方式只能较好输出的稳态正弦波，与实际脉动风的非平稳特征不同。此外，潮流的模拟往往需要在大量水流作用，在试验条件下很不经济。

基于上述情况，本发明提出了一种适用于海上风机复杂荷载模拟的非接触式变频加载系统，可有效解决以上问题。

发明内容

针对上述关键难题，本发明提出了一种适用于海上风机复杂荷载模拟的非接触式变频加载系统。该系统构建了近海海上风机在脉动风、波浪、潮流等复杂荷载的加载模拟系统，可实现单独及耦合加载，并能实现长期非接触式变频加载，满足海上风机各类复杂工况的模拟。

为解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案实现：

本发明提供一种适用于海上风机复杂荷载模拟的非接触式变频加载系统，包括：

模型槽，所述模型槽的左右两侧分别设有第一通水箱和第二通水箱，且两侧通水箱通过设置在模型槽底部的连接通道相连通；

造波机，靠近第一通水箱附近设置，通过调节造波机上下运行的幅值和频率产生不同浪高和波长的波浪；

潜水泵，靠近第二通水箱附近设置，用于模拟潮流不同的流向，在系统内部实现水流正循环或反循环；

风机，设置于第一通水箱和第二通水箱之间；以及

电磁加载系统，与风机相隔一定距离设置，用于在非接触条件下模拟脉动风的非稳态特征。

本发明潮流作用的模拟是通过在模型内部实现循环水流模拟的，水流的循环通过潜水泵产生水头差实现，潮流流速的控制是通过调整阀门大小改变系统总流量实现的。

本发明潜水泵的数量根据实际工况计算得出，当流速较大时可采用较大功率的潜水泵。

本发明可以模拟潮流不同的流向，当需要模拟涨、退潮时潮流方向的不同，改可变潜水泵泵出方向，调整进水口为出水口，在系统内部实现水流反循环。

本发明风荷载的非接触模拟是通过在电磁加载系统实现的，通过调节交流电源的电压和频率产生不同的交变电磁场，进而模拟不同脉动风形成的非稳态水平循环荷载。

本发明风、波浪、潮流荷载可以单一施加，也可耦合施加，各加载装置均有单一模块控制，荷载单一控制模块可在任意时刻启闭。

优选的是，所述造波机包括造波板、连接臂和伺服电机，可通过伺服电机带动连接臂上下运动，使得与水平一定夹角的造波板产生波浪。

优选的是，所述风机的机舱内部设有强力磁铁，在远离强力磁铁一定距离处设有电磁加载系统的变频电磁加载装置，该变频电磁加载装置对强力磁铁产生作用，进而实现非接触式变频加载。

进一步优选的是，所述风机还包括叶片和基础支撑结构。