漂浮式风电机组风-浪-流耦合试验加载机构

本发明涉及海洋工程，具体涉及一种漂浮式风电机组风-浪-流耦合试验加载机构。

背景技术：

1、海上风能资源作为理想的优质清洁能源，是当今世界可再生能源发展的重点研究方向。漂浮式风电机组已成为开拓深远海风电市场的关键技术。海洋平台结构失谐、振动抑制失效会造成海上风电机组故障率增加、发电效率降低，甚至是机组的倾覆。因此，恶劣复杂的海洋环境下整机动力学特性及运行稳定性成为了关键问题。漂浮式风电机组的模型试验研究是辅助机组设计的最经济、最理想的方案。

2、目前模拟海上风电机组载荷环境的方法主要是建造具有大型蓄水池及风洞等设施的重点海上实验室，这些实验室的建设投资、运营和维护成本很大，每天实验费用在几千元至几万元。本发明旨在简化浮式海上风电机组的环境载荷模拟，免除蓄水池、风洞、造浪机构、实验室空间及设备维护等成本，以结构简单、载荷控制灵活的加载装置来模拟海上浮式风电机组在真实海洋环境中所受载荷。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有技术中的问题，提供一种漂浮式风电机组风-浪-流耦合试验加载机构具有广泛的适应性，且异向加载容易，试验空间灵活。

2、本发明提供的漂浮式风电机组风-浪-流耦合试验加载机构，包括：

3、机组模型，包括机组底座和塔筒，所述塔筒竖直固定连接于机组底座的顶面上，所述机组底座底面上连接有弹性支承组；

4、两个波浪载荷加载组件，均包括支撑架和凸轮组；所述凸轮组转动连接于对应的支撑架上，所述凸轮组上均连接有第一驱动器，以驱动对应的凸轮组转动；一所述支撑架设于所述机组底座的一侧，对应的凸轮组的弧面抵接于所述机组底座的一侧；另一所述支撑架设于所述机组底座的下方，对应的凸轮组的弧面抵接于所述机组底座的底面上；

5、风载荷加载组件，包括固定支架和拉动组件，所述固定支架可拆卸设置，所述拉动组件设于固定支架上，且拉动组件与所述塔筒的顶部连接，以对塔筒的顶部施加水平方向上的拉力。

6、较佳地，所述塔筒的中部远离固定支架的一侧设有两个位移传感器，两个所述位移传感器沿塔筒的纵向依次间隔设置，所述塔筒的中部靠近固定支架的一侧设有力传感器，所述机组底座上设有两个转速检测装置，两个转速检测装置分别与一第一驱动器对应，以检测对应的第一驱动器的转速，所述第二驱动器上设有拉力检测装置，以检测第二驱动器对拉索输出的拉力，所述位移传感器、力传感器、转速检测装置、第一驱动器和第二驱动器均与控制器信号连接。

7、较佳地，所述弹性支承组的底部连接于一基座的顶面上，顶部与机组底座的底面连接，所述支撑架均固定连接于所述基座上，所述凸轮组均位于所述基座与机组底座之间，所述固定支架固定连接于所述基座上。

8、较佳地，所述基座上设有多个圆弧形状孔，各圆弧形状孔位于机组模型的四周，所述固定支架的底部通过地脚螺栓可拆卸连接于所述基座的圆弧形状孔上。

9、较佳地，所述弹性支承组包括n个弹簧和n个伸缩套筒，各所述弹簧均匀布设于所述机组底座底面靠近四角的位置，各所述弹簧均纵向设置，各伸缩套筒套与弹簧一一对应，所述伸缩套筒均套设于对应的弹簧外，所述伸缩套筒的两端分别与所述机组底座和基座固定连接。

10、较佳地，所述弹簧的劲度系数为k，原长为x，所述机组底座和塔筒的重力之和大于等于1/4n·kx，小于等于1/3n·kx。

11、较佳地，所述塔筒竖直固定连接于机组底座的顶面中部。

12、较佳地，所述拉动组件包括第二驱动器和拉索，所述固定支架上设有转心水平设置的定滑轮，所述拉索的一端固定连接于所述塔筒的顶部，另一端绕经所述定滑轮固定连接于所述第二驱动器的输出端，以通过第二驱动器拉动拉索。

13、较佳地，所述定滑轮最高处的切线与所述塔筒顶部的高度位置一致。

14、与现有技术相比，本发明至少具有以下优点：

15、本发明的漂浮式风电机组风-浪-流耦合试验加载机构具有广泛的适应性：当实验对象是不同尺寸和不同质量的浮式风电机组时，可以更换弹簧的规格完成浮台的浮动支撑；更换操作简单，人工成本和设备成本低。

16、异向加载容易：风-波载荷异向时，通过改变风载荷加载机构的拉索与塔筒顶部质量块的连接位置即可实现。

17、空间的灵活性：加载机构的拆装工作简单、方便；不需要水池提供机组的浮力，节省了试验的空间，并且支持更换实验场地。

技术特征：

1.一种漂浮式风电机组风-浪-流耦合试验加载机构，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的漂浮式风电机组风-浪-流耦合试验加载机构，其特征在于，所述塔筒(13)的中部远离固定支架(10)的一侧设有两个位移传感器，两个所述位移传感器沿塔筒(13)的纵向依次间隔设置，所述塔筒(13)的中部靠近固定支架(10)的一侧设有力传感器，所述机组底座(7)上设有两个转速检测装置，两个转速检测装置分别与一第一驱动器对应，以检测对应的第一驱动器的转速，所述第二驱动器上设有拉力检测装置，以检测第二驱动器对拉索(8)输出的拉力，所述位移传感器、力传感器、转速检测装置、第一驱动器和第二驱动器均与控制器信号连接。

3.如权利要求1所述的漂浮式风电机组风-浪-流耦合试验加载机构，其特征在于，所述弹性支承组(6)的底部连接于一基座(14)的顶面上，顶部与机组底座(7)的底面连接，所述支撑架(5)均固定连接于所述基座(14)上，所述凸轮组(4)均位于所述基座(14)与机组底座(7)之间，所述固定支架(10)固定连接于所述基座(14)上。

4.如权利要求3所述的漂浮式风电机组风-浪-流耦合试验加载机构，其特征在于，所述基座(14)上设有多个圆弧形状孔(15)，各圆弧形状孔(15)位于机组模型的四周，所述固定支架(10)的底部通过地脚螺栓可拆卸连接于所述基座(14)的圆弧形状孔(15)上。

5.如权利要求1所述的漂浮式风电机组风-浪-流耦合试验加载机构，其特征在于，所述弹性支承组(6)包括n个弹簧和n个伸缩套筒，各所述弹簧均匀布设于所述机组底座(7)底面靠近四角的位置，各所述弹簧均纵向设置，各伸缩套筒套与弹簧一一对应，所述伸缩套筒均套设于对应的弹簧外，所述伸缩套筒的两端分别与所述机组底座(7)和基座(14)固定连接。

6.如权利要求5所述的漂浮式风电机组风-浪-流耦合试验加载机构，其特征在于，所述弹簧的劲度系数为k，原长为x，所述机组底座(7)和塔筒(13)的重力之和大于等于1/4n·kx，小于等于1/3n·kx。

7.如权利要求5所述的漂浮式风电机组风-浪-流耦合试验加载机构，其特征在于，所述塔筒(13)竖直固定连接于机组底座(7)的顶面中部。

8.如权利要求1所述的漂浮式风电机组风-浪-流耦合试验加载机构，其特征在于，所述拉动组件包括第二驱动器和拉索(8)，所述固定支架(10)上设有转心水平设置的定滑轮(9)，所述拉索(8)的一端固定连接于所述塔筒(13)的顶部，另一端绕经所述定滑轮(9)固定连接于所述第二驱动器的输出端，以通过第二驱动器拉动拉索(8)。

9.如权利要求8所述的漂浮式风电机组风-浪-流耦合试验加载机构，其特征在于，所述定滑轮(9)最高处的切线与所述塔筒(13)顶部的高度位置一致。

技术总结本发明公开了一种漂浮式风电机组风‑浪‑流耦合试验加载机构，属于海洋工程技术领域。该漂浮式风电机组风‑浪‑流耦合试验加载机构包括机组模型、两个波浪载荷加载组件和风载荷加载组件，机组模型包括机组底座和塔筒，所述塔筒竖直固定连接于机组底座的顶面上，所述机组底座底面上连接有弹性支承组，两个波浪载荷加载组件均包括支撑架和凸轮组，风载荷加载组件包括固定支架、第二驱动器和拉索。本发明的漂浮式风电机组风‑浪‑流耦合试验加载机构具有广泛的适应性，且异向加载容易，试验空间灵活。技术研发人员：田浩男,丛鑫,霍泽,孙传宗,刘颖明受保护的技术使用者：沈阳工业大学技术研发日：技术公布日：2024/10/17