[發明專利]置于風洞中的浮式海上風電機組混合模型實驗裝置及方法

在審

• 申請號: 201811387227.0
• 申請日: 2018-11-21
• 公開（公告）號: CN109406087A
• 公開（公告）日: 2019-03-01
• 發明（設計）人: 李玉剛;遲鳳東;陳景杰;倪藝萍;翟鋼軍;歐進萍
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01M9/00
• 分類號: G01M9/00
• 代理公司: 大連星海專利事務所有限公司 21208
• 代理人: 王樹本;徐雪蓮

本發明屬于海洋工程技術領域，一種置于風洞中的浮式海上風電機組混合模型實驗裝置及方法，其中實驗方法包括以下步驟：(1)實驗模型的制作，(2)監控單元與運動控制計算機的連接，(3)控制指令的發送，(4)定常風的模擬，(5)運動狀態的反饋。實驗裝置包括操縱系統部分、實驗模型部分及風箱。與已有技術相比，本發明裝置中的實驗模型部分可以放置在風洞內進行試驗，無需依賴波浪水池，并能夠更好的揭示水動力對風機氣動性能的影響。

技術領域

本發明涉及一種置于風洞中的浮式海上風電機組混合模型實驗裝置及方法，屬于海洋工程技術領域。

背景技術

海上風能作為一種清潔的可再生能源，越來越受到世界各國的重視，當海水水深超過50m時，浮式海上風電機組(FOWT)將具有更好的經濟可行性。FOWT作為新興的前沿學科領域，其耦合的風浪環境物理特性極其復雜且實際建設工程經驗匱乏，相關數值研究需要更多地依賴物理模型試驗進行驗證，而如何真實地重現海上環境，提高FOWT模型試驗研究的精度，是國內外學者普遍關注的問題。當前基于嚴格的弗勞德數相似準則的風機模型不能真實重現風機原型的物理特征，進而不能有效模擬風機荷載以及FOWT系統運動對風機性能的影響等一系列重要試驗。

發明內容

為了克服現有技術中存在的不足，本發明目的是提供一種置于風洞中的浮式海上風電機組混合模型實驗裝置及方法。該實驗裝置是針對典型浮式海上風電機組的運動特征，設計實驗模型來模擬波浪的作用，并將浮式海上風電機組實驗模型放置在風洞內進行試驗，其目的是為了更好地揭示水動力對風機氣動性能的影響。

為了實現上述發明目的，解決已有技術中所存在的問題，本發明采取的技術方案是：一種置于風洞中的浮式海上風電機組混合模型實驗裝置的實驗方法，包括以下步驟：

步驟1、實驗模型的制作，為保證實驗模型與實體嚴格符合幾何相似條件，需要在實驗模型的制作與模擬過程中，要按照統一的實驗模型縮尺比，實驗模型在海洋工程水池中試驗時，需對這些尺度參數以及外形設計尺寸進行換算，通過公式(1)進行描述，

式中，h_m為實驗模型在試驗時的水深、H_m為實驗模型在試驗時的波高、λ_m為實驗模型在試驗時的波長、h_s為實體在海上的實際水深、H_s為實體在海上的實際波高、λ_s為實體在海上的實際波長；

步驟2、監控單元與運動控制計算機的連接，將監控單元與運動控制計算機通過以太網進行連接，便于實時監控浮式海上風電機組的工作狀態，通過運動控制計算機對六自由度平臺進行操控，進而更好地模擬浮式海上風電機組在實際工程中的工作狀態；

步驟3、控制指令的發送，通過運動控制計算機向伺服驅動器發送控制指令，操控電動缸的運動來帶動六自由度平臺產生運動；

步驟4、定常風的模擬，實驗模型中需要模擬的風速通過公式(2)進行描述，

式中：V_Wm為實驗模型中需要模擬的風速、V_Ws為實體平均風速、λ為實驗模型的縮尺比；

步驟5、運動狀態的反饋，六自由度平臺通過編碼器信號的形式將運動的信息傳遞給伺服驅動器，接下來，伺服驅動器將編碼器信號傳遞給編碼器接口，編碼器接口通過ISA總線與運動控制計算機相連，從而使六自由度平臺運動的信息傳送給運動控制計算機，以實現實驗模型運動信息的有效反饋。