[发明专利]一种耦合冲刷过程的长期循环荷载加载装置及使用方法

说明书

本发明提供一种耦合冲刷过程的长期循环荷载加载装置及使用方法，属于海上风电技术另有。本发明的装置包括波流水槽，所述波流水槽里面具有一个沉砂池，所述沉砂池中安装有海上风机缩尺简化模型，所述海上风机缩尺简化模型上的指定加载点处设置有抱箍；所述波流水槽的护栏上通过支撑支架安装有水平循环荷载施加装置，所述水平循环荷载施加装置的加载杆通过弹簧连接所述抱箍。本发明对风机日常运行中所受的风浪流多种水平循环荷载等效为一点加载，实现荷载精确控制，弥补其他多场荷载耦合试验平台没有考虑循环荷载的缺陷，为探究风机日常服役过程灾毁原理奠定设备基础。

技术领域

本发明属于海上风电技术领域，具体涉及一种耦合冲刷过程的长期循环荷载加载装置及使用方法。

背景技术

与传统能源行业相比，海上风电具有清洁高效、对环境影响小、规模化开发难度低等优点。在海上风机服役期间，风浪流产生的水平循环荷载、水力作用下冲刷坑的形成都将改变基础周围土体的力学特性，进而改变上部结构-基础-土体系统的刚度，引起自振频率迁移，增加风机运营安全隐患；不仅如此，实际工程中这些荷载条件往往存在耦合：循环荷载将影响冲刷坑的发展，冲刷又将改变结构体系的动力特性；即单纯对这两种现象独立考虑还不足以完全揭示真实环境中的风机动力响应特性，有必要对长期循环荷载与冲刷演化过程的耦合效应进行更深入的研究。

然而，由于目前相关试验尚未大规模开展，大多循环荷载试验装置在设计时未考虑冲刷对土体产生的重要作用；这类装置多是试验桶上设支撑架，配合两边对称定滑轮与钢丝绳，通过向与钢丝绳相连的砝码盘加重物来回牵拉试验对象实现循环加载，整体较为笨重且不易精确控制施加力的大小和频率，无法与冲刷演化过程协调工作，故不适用于循环荷载与冲刷耦合的独特实验场景；即便考虑了冲刷，也多采取人工预估冲刷深度手工掘坑的方式，无法考虑循环荷载对冲刷的发展过程，耦合程度低且不符合真实工程环境；而对于一些考虑了多场耦合的实验平台，又没有深入地对风机日常运行中产生的循环荷载进行模拟；综上，建立一个轻便易实现的、专面向长期循环荷载与冲刷演化过程耦合试验场景的加载装置显得意义十分突出。

发明内容

技术问题：针对上述存在的问题，本发明提供一种耦合冲刷过程的长期循环荷载加载装置及使用方法，面向风机多遇循环荷载工况，对风机日常运行中所受的风浪流多种水平循环荷载等效为一点加载，实现荷载精确控制，弥补其他多场荷载耦合试验平台没有考虑循环荷载的缺陷，为探究风机日常服役过程灾毁原理奠定设备基础。

技术方案：为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种耦合冲刷过程的长期循环荷载加载装置，包括波流水槽，所述波流水槽里面具有一个沉砂池，所述沉砂池中安装有海上风机缩尺简化模型，所述海上风机缩尺简化模型上的指定加载点处设置有抱箍；所述波流水槽的护栏上通过支撑支架安装有水平循环荷载施加装置，所述水平循环荷载施加装置的加载杆通过弹簧连接所述抱箍；所述指定加载点的位置设置在海上风机缩尺简化模型上距离波流水槽的沉砂池泥面的高度为y处，且y通过以下公式计算得到：

P＝P₁+P₂+P₃

其中，P₁为风机叶片旋转产生荷载，P₂为塔身受到的风荷载，P₃为波流水槽的波流对海上风机缩尺简化模型产生的冲击力，P为水平循环荷载施加装置产生的正弦波形式的循环力，y₁、y₂、y₃分别为P₁、P₂、P₃各自从施加位置到沉砂池泥面的垂直距离。。

进一步地，所述抱箍、弹簧、加载杆处于同一水平线上。