[发明专利]浮式海上风电机组的混合模型实验装置及其实验方法

摘要

本发明涉及海洋工程技术领域，一种浮式海上风电机组的混合模型实验装置及其实验方法，其中实验方法包括以下步骤：(1)实验模型的制作，(2)气动荷载模拟系统参数的设定，(3)气动荷载模拟系统与监控单元的搭接，(4)控制指令的发送，(5)波浪的模拟，(6)运动状态的反馈。本发明能高精度的模拟风荷载对海上浮式风电机组的作用，贴近真实状态。可以根据需要操控电动缸对实验模型加载力来实时模拟不同风向、风速。解决了对造风装置的功能和风场品质要求高的问题以及弗劳德数与雷诺数相似准则不匹配的问题，整个装置结构简单,易安装,操作方便,安全可靠。

主权项

1.一种浮式海上风电机组的混合模型实验装置的实验方法，其特征在于包括以下步骤:步骤1、实验模型的制作，为保证实验模型与实体严格符合几何相似条件，需要在实验模型的制作与模拟过程中，要按照统一的实验模型缩尺比，实验模型在海洋工程水池中试验时，需对这些尺度参数以及外形设计尺寸进行换算，通过公式(1)进行描述，式中，hm为实验模型在试验时的水深、Hm为实验模型在试验时的波高、λm为实验模型在试验时的波长、hs为实体在海上的实际水深、Hs为实体在海上的实际波高、λs为实体在海上的实际波长；步骤2、气动荷载模拟系统参数的设定，在气动荷载模拟系统中进行浮式风电机组实际工作状态下叶片所受到风向、风速参数的设定；步骤3、气动荷载模拟系统与监控单元的搭接，将气动荷载模拟系统与监控单元进行有效的搭接，便于实时监控浮式风机的工作状态，从而调整气动荷载模拟系统中的参数，进而更好地模拟实际工程中的工作状态；步骤4、控制指令的发送，通过运动控制计算机向伺服驱动器发送控制指令，操控电动缸的运动来带动牵引绳，进而使风机叶片产生运动；步骤5、波浪的模拟，包括规则波的模拟和不规则波的模拟，其中规则波的模拟思路包括以下子步骤：(a)根据造波机能产生规则波的频率上限，即短周期的短波和频率下限，即长周期的长波，在此范围内等距分成10‑12个造波的频率；(b)计算各频率相应的规则波周期和波长；(c)根据合适的波高与波长之比，确定各频率相应的规则波的波高；(d)对造波机的控制系统确定相应于各频率的摇板运动周期和振幅；(e)在水池中对10‑12个造波频率逐一模拟相应的规则波，即总共需要模拟10‑12个规则波，并以浪高仪测量所模拟规则波的时历曲线；不规则波的模拟思路包括以下子步骤：(a)根据给定的条件，应用计算机控制程序，产生造波机控制信号的时间序列，以此控制造波板的振幅与频率，从而在水池中产生不规则的波浪；(b)采用浪高仪在试验持续时间内测量水池中不规则波的数据，进行谱分析后便得到模拟的波谱，如果模拟的波谱与给定的目标波谱差别较大，则应修正控制信号的时间序列，重新造波；(c)谱的迭代修正，在不规则波的模拟过程中，第一次是以给定的目标谱作为驱动谱生成驱动信号，由此在水池中产生的不规则波的实测波谱，如果实测波谱与给定的目标谱有差异，需对驱动谱通过公式(2)进行修正，式中，Sd1为驱动谱、Sm1为实测波谱、Sd2为修正后的驱动谱、ST为目标谱；采用修正后的驱动谱Sd2生成驱动信号，在水池中第二次模拟不规则波浪，测量分析得到的实测波谱是Sm2，如果Sm2能够满足目标谱ST的要求，便完成了给定条件不规则波浪的模拟工作，否则要重新修正，再次在水池中模拟不规则波浪，如此反复迭代修正，直到满意为止；步骤6、运动状态的反馈，浮式风机模型通过编码器信号的形式将运动的信息传递给伺服驱动器，接下来，伺服驱动器将编码器信号传递给编码器接口卡，编码器接口卡通过ISA总线与运动控制计算机相连，从而使风机运动的信息得以传送给计算机，以实现风机运动信息的有效反馈。