[發明專利]一種海洋風電動態纜整體線型水動力響應實驗裝置

有效

• 申請號: 202011067827.6
• 申請日: 2020-10-07
• 公開（公告）號: CN112197937B
• 公開（公告）日: 2023-10-13
• 發明（設計）人: 楊志勛;王華琳;張世雄;毛彥東;閻軍;史冬巖;吳尚華;盧青針;袁振卿;鄒科;尹原超;胡海濤;英璽蓬;周保順;蘇琦;步宇峰;邢程程;王立夫;殷旭;朱鵬程
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明屬于海洋柔性管纜實驗測試技術領域，具體涉及一種海洋風電動態纜整體線型水動力響應實驗裝置。本發明通過水槽的回字形結構與造流機構實現水的循環流動，通過控制造流裝置、造浪裝置和六自由度機構，可以模擬多種海洋動態纜在位運行工況條件，既可以實驗模擬某一種工況條件，也可以實驗模擬多種工況組合的復雜條件下，管纜的整體線型水動力響應特征，能夠測試模擬穩定水流工況條件下海洋動態纜的整體線型水動力響應特征。

技術領域

本發明屬于海洋柔性管纜實驗測試技術領域，具體涉及一種海洋風電動態纜整體線型水動力響應實驗裝置。

背景技術

隨著能源需求增長及對可再生能源的追求，海上風電憑借其能源穩定、規模大等特點，得到了越來越多的關注。海底電纜在海上風力發電中起著不可或缺的作用，在電力系統中，由風機輸出的電能通過鋪設在海底的電纜匯集至海上變電站，再通過海底電纜連接岸上變電站，并入電網。在淺海水域，風電設備一般固定在海底，通過靜態設計的海底電纜即可用于淺水環境；在深水域則需使用漂浮式平臺，正常運行時各機組之間存在相對運動，海底電纜需要承受更嚴重的海洋環境負荷，因此在深水環境中鋪設海底電纜必須進行動態分析。動態電纜一般為復合電纜，具備傳輸電力和光信號的雙重功能，其結構通常為多束線纜纏繞而成，外側螺旋纏繞鎧裝鋼絲。

動態纜從浮體至觸地點處為動態段，管纜在位運行狀態的整體結構形式稱為管纜的線型，管纜的線型決定了管纜在動載荷下的響應，為了能夠使管纜在多種靜態和動態載荷作用下滿足管纜的強度要求，需要根據水深、浮體、海況和管纜性能等多種條件對線型進行針對性的設計。浮體在波浪作用下的運動和最大位移偏移量是影響動態管纜線型設計的重要因素，同時還需結合浮體的運動特性考慮波浪和海流的影響，因此海流、海浪和浮體運動是動態纜線型設計中要考慮的重要動態條件。

水下設備維修難度大，維修周期長，應在設計階段盡可能地確保其穩定性，考慮到管纜的多層螺旋纏繞結構特征，以及線型的幾何非線性特征，結構模型復雜，通過理論和數值模擬方法得到的結果，其準確性難以保證；而進行原型實驗周期長、成本高，實驗難度大。因此需要一種能夠同時模擬海流、海浪和浮體運動的縮比模型實驗裝置，通過實驗方法測試動態纜在位運行時的整體線型水動力響應特征，確保線型設計的合理性，提高管纜在位運行的穩定性，并為線型設計提出優化設計方案。目前國內類似模擬真實海況條件下動態纜運動的縮比模型實驗裝置中，沒有能同時模擬海流、海浪和浮體運動的裝置，亟需一種能夠完整復現真實的管纜在位運行工況的縮比模型實驗裝置，研究海洋風電動態纜在位運行整體線型的水動力響應特征，進而為我國動態纜的線型設計提供實驗方法支撐。

發明內容

本發明的目的在于提供一種海洋風電動態纜整體線型水動力響應實驗裝置。

本發明的目的通過如下技術方案來實現：包括實驗水槽、六自由度運動平臺和實驗線纜；所述的實驗水槽內部中央設有中央平臺，實驗水槽四周邊角處設有倒角裝置，實驗水槽整體水平橫截面為回字形；所述的實驗水槽內部為由兩個直線段區域和兩個半圓環形區域構成的封閉回環，其中一個直線段區域的前后兩端設有孔板，另一個直線段區域中設有造流系統，由兩塊孔板以及中央平臺和實驗水槽的壁面圍繞而成的區域設為實驗區域；所述的實驗區域內設有造浪系統，在實驗區域上方，中央平臺和實驗水槽壁面上端設有滑軌，在滑軌上方設有絲桿；所述的六自由度運動平臺包括六自由度作動器、頂部安裝板和底部安裝板；所述的六自由度作動器通過柔性鉸鏈安裝在頂部安裝板下端；所述的底部安裝板通過柔性鉸鏈安裝在六自由度作動器下端；所述的頂部安裝板兩側分別通過滑塊安裝在實驗區域上端的滑軌上，滑塊與絲桿通過絲桿螺母連接；所述的絲桿通過聯軸器與直線電機的輸出端連接；所述的實驗線纜上端通過防彎器安裝在底部安裝板的下端，根據實驗需要在實驗線纜下端安裝浮塊或定位裝置，使實驗線纜處于特定線型。

本發明還可以包括：

所述的造流系統由縱向平行布置在實驗區域對側直線段區域內的一排造流裝置構成；所述的造流裝置包括轉動軸，轉動軸一端穿過實驗水槽外側壁面與電機的輸出端通過聯軸器連接，轉動軸的另一端安裝有螺旋槳。