[發(fā)明專利]用于測(cè)量海上風(fēng)機(jī)桶形基礎(chǔ)動(dòng)阻抗復(fù)合試驗(yàn)裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810043637.7
• 申請(qǐng)日: 2018-01-17
• 公開（公告）號(hào): CN108343096B
• 公開（公告）日: 2019-06-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 栗珂;林捷;朱濤;鄭金海;嚴(yán)士常
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河海大學(xué)
• 主分類號(hào): E02D33/00
• 分類號(hào): E02D33/00
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 石艷紅

本發(fā)明公開了一種用于測(cè)量海上風(fēng)機(jī)桶形基礎(chǔ)動(dòng)阻抗復(fù)合試驗(yàn)裝置及方法，包括實(shí)驗(yàn)箱、復(fù)合受力加載裝置、動(dòng)彎矩加載裝置和數(shù)據(jù)采集分析裝置；實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)填充有試驗(yàn)砂和海水，實(shí)驗(yàn)箱底部設(shè)有排水管；復(fù)合受力加載裝置包括復(fù)合受力加載架、豎直伺服電動(dòng)缸、傾斜伺服電動(dòng)缸、豎直力傳感器和傾斜力傳感器；動(dòng)彎矩加載裝置包括動(dòng)彎矩加載架、橫向伺服電動(dòng)缸、橫向力傳感器、傳力結(jié)構(gòu)、A形架、彎矩力傳感器和配重塊；實(shí)驗(yàn)箱頂部能與復(fù)合受力加載架或動(dòng)彎矩加載架可拆卸連接。本發(fā)明通過兩種不同類型的循環(huán)荷載加載裝置，在桶基模型上施加不同的外荷載，研究了桶基動(dòng)阻抗的影響因素及其機(jī)理，為風(fēng)機(jī)實(shí)際設(shè)計(jì)過程中桶基動(dòng)阻抗的取值提供依據(jù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法，特別是一種用于測(cè)量海上風(fēng)機(jī)桶形基礎(chǔ)動(dòng)阻抗復(fù)合試驗(yàn)裝置及方法。

背景技術(shù)

隨著化石能源的使用，其所帶來的環(huán)境問題日益突出，很多國(guó)家開始積極探索和開發(fā)可再生能源。作為可再生能源的代表，海上風(fēng)能因其具有節(jié)約土地資源、風(fēng)能平穩(wěn)、無噪音、無污染等特點(diǎn)成為了新能源開發(fā)的的研究重點(diǎn)。根據(jù)國(guó)際能源署（IEA）的研究資料，預(yù)計(jì)到2030年，全球的非化石能源占比將提高到23.8%，可再生能源將是未來增長(zhǎng)最快的能源，其中風(fēng)電的發(fā)電量占比將達(dá)到11%，成為可再生能源的主力軍。

多桶基海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)是一種很有潛力的基礎(chǔ)，各桶基通過承受豎向反力來抵抗風(fēng)機(jī)塔架受到的水平荷載。由于風(fēng)機(jī)塔架越來越高，風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)變得更加“柔”，在低頻荷載作用下桶動(dòng)阻抗對(duì)風(fēng)機(jī)振動(dòng)特性影響更加顯著。研究清楚桶基動(dòng)阻抗的影響因素，能更好地深入了解風(fēng)機(jī)壽命周期內(nèi)桶基動(dòng)阻抗的變化過程，有利于準(zhǔn)確計(jì)算風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行下的動(dòng)阻抗。

海上風(fēng)機(jī)受到的環(huán)境荷載頻率和風(fēng)機(jī)自振頻率很接近，同時(shí)在風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)還需要預(yù)留10%的安全度，所以可供風(fēng)機(jī)安全運(yùn)行的頻率十分狹窄。而桶形基礎(chǔ)動(dòng)阻抗的準(zhǔn)確計(jì)算對(duì)風(fēng)機(jī)整體振動(dòng)特性的設(shè)計(jì)起著至關(guān)重要的作用。目前海上風(fēng)電在設(shè)計(jì)時(shí)采用了遠(yuǎn)小于真實(shí)情況的基礎(chǔ)阻抗值，保守的設(shè)計(jì)導(dǎo)致海上風(fēng)險(xiǎn)成本增加，同時(shí)實(shí)測(cè)值與設(shè)計(jì)值的偏差也會(huì)帶來一定的安全隱患。因此精確考慮桶基和土體動(dòng)力相互作用的過程，深入了解桶基動(dòng)阻抗的影響因素和演變情況，無論從經(jīng)濟(jì)角度還是從安全角度都有很重要的意義。

由于海上風(fēng)機(jī)塔架很高，在風(fēng)浪流等橫向荷載作用下產(chǎn)生的彎矩將成倍增加，根據(jù)估算，作用于一座5MW的海上風(fēng)機(jī)所承受的水平力為16MN，傳遞到基礎(chǔ)底部的彎矩達(dá)到了562MNm。在風(fēng)浪流等循環(huán)荷載作用下，易導(dǎo)致基礎(chǔ)的側(cè)向變形，包括基礎(chǔ)的位移和轉(zhuǎn)角。當(dāng)基礎(chǔ)轉(zhuǎn)角超過0.5°，海上風(fēng)機(jī)頂部的位移偏差就會(huì)很大，很可能導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電機(jī)無法正常運(yùn)作，而與基礎(chǔ)轉(zhuǎn)角密切相關(guān)的正是桶基的搖擺動(dòng)阻抗，因此必須充分了解桶型基礎(chǔ)在動(dòng)力彎矩作用下的搖擺振動(dòng)特性。

目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)桶形基礎(chǔ)的研究多集中在桶形基礎(chǔ)的承載力特性和安裝特性方面，對(duì)桶形基礎(chǔ)的使用情況有了一個(gè)比較深刻的認(rèn)識(shí)。但是對(duì)于桶形基礎(chǔ)動(dòng)阻抗的研究則遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，特別對(duì)于動(dòng)阻抗的模型試驗(yàn)仍很匱乏，亟需進(jìn)行深入研究。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種用于測(cè)量海上風(fēng)機(jī)桶形基礎(chǔ)動(dòng)阻抗復(fù)合試驗(yàn)裝置，該用于測(cè)量海上風(fēng)機(jī)桶形基礎(chǔ)動(dòng)阻抗復(fù)合試驗(yàn)裝置通過兩種不同類型的循環(huán)荷載加載裝置，在桶基模型上施加不同的外荷載，研究了桶基動(dòng)阻抗的影響因素及其機(jī)理，為風(fēng)機(jī)實(shí)際設(shè)計(jì)過程中桶基動(dòng)阻抗的取值提供依據(jù)。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種用于測(cè)量海上風(fēng)機(jī)桶形基礎(chǔ)動(dòng)阻抗復(fù)合試驗(yàn)裝置，包括實(shí)驗(yàn)箱、復(fù)合受力加載裝置、動(dòng)彎矩加載裝置、伺服電動(dòng)缸控制儀和數(shù)據(jù)采集分析裝置。

實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)填充有試驗(yàn)砂和海水，實(shí)驗(yàn)箱底部設(shè)置有排水管。

桶形基礎(chǔ)開口向下插設(shè)在實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)的試驗(yàn)砂中。

復(fù)合受力加載裝置用于對(duì)設(shè)于實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)的桶形基礎(chǔ)施加水平力和豎向力，復(fù)合受力加載裝置包括復(fù)合受力加載架、豎直伺服電動(dòng)缸、傾斜伺服電動(dòng)缸、豎直力傳感器和傾斜力傳感器。