一种应用风浪等效装置的浮式海上风电机组实验装置的制作方法

本实用新型涉及一种应用风浪等效装置的浮式海上风电机组实验装置，属于海洋工程技术领域。

背景技术：

海上风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视，当海水水深超过50m时，浮式海上风电机组(FOWT)将具有更好的经济可行性。FOWT作为新兴的前沿学科领域，其耦合的风浪环境物理特性极其复杂且实际建设工程经验匮乏，相关数值研究需要更多地依赖物理模型试验进行验证，而如何真实地重现海上环境，提高FOWT模型试验研究的精度，是国内外学者普遍关注的问题。

对于浮式海上风电机组模型试验，目前波浪水池的风场普遍由可移动式风扇阵列产生，但是存在两大挑战：其一波浪水池试验中对造风装置的功能和风场品质要求非常高；其二弗劳德数与雷诺数相似准则不匹配。如何真实地重现海上环境，提高浮式海上风机模型试验研究的精度，成为国内外学者非常关注的一个问题，先进的浮式海上风电机组模型试验技术是我国海上风电开发的迫切需求。

技术实现要素：

为了克服现有技术中存在的不足，本实用新型目的是提供一种应用风浪等效装置的浮式海上风电机组实验装置。该实验装置中的实验模型部分是针对浮式海上风电机组的运动特征，设计出六自由度平台用来模拟波浪代替造风装置，模拟风电机组在具有不同浪高、周期的波浪荷载下的真实运动状态。

为了实现上述发明目的，解决己有技术中存在的问题，本实用新型采取的技术方案是：一种应用风浪等效装置的浮式海上风电机组实验装置，它包括实验模型部分，所述实验模型部分，包括六自由度平台，所述六自由度平台上面安装有风机、第一、二、三电动缸及第一、二、三、四、五、六滑轮道组，所述第一电动缸通过第一滑轮道组及牵引线与风机叶片端点A连接，第一电动缸还通过第二滑轮道组及牵引线与风机叶片端点C连接，当第一电动缸工作时，带动与其相连的第一、二滑轮道组工作，通过牵引线将力传递给与其相连的风机叶片，进而来模拟风的推力；所述第二电动缸通过第五滑轮道组及牵引线与风机叶片连接，第二电动缸还通过第六滑轮道组及牵引线与风机叶片连接，当第二电动缸工作时，带动与其相连的第五、六滑轮道组工作，通过牵引线将力传递给与其相连的风机叶片，进而来模拟风机的恢复力；所述第三电动缸通过第三滑轮道组及牵引线与风机叶片端点B连接，第三电动缸还通过第四滑轮道组及牵引线与风机叶片端点D连接，当第三电动缸工作时，分别带动与其相连的第三滑轮道组和第四滑轮道组工作，通过牵引线将力传递给与其相连的风机叶片上，进而来模拟风机的扭矩；所述六自由度平台依靠六个折返式电动缸支承，每个折返式电动缸的顶部安装有万向节并与六自由度平台的底部铰链连接，每个折返式电动缸的底部安装有万向节并与底座铰链连接，所述折返式电动缸，包括伺服电机、高强度伺服同步带、滚珠丝杠、丝杠螺母、轴承及推杆，伺服电机通过高强度伺服同步带驱动与高强度伺服同步带连接的滚珠丝杠、滚珠丝杠通过钢珠带动与滚珠丝杠连接的丝杠螺母、丝杠螺母与安装有轴承的推杆直接相连从而驱动推杆作往返直线运动，实验通过力加载折返式电动缸并对六自由度平台进行力加载，模拟风电机组在具有不同浪高、周期的波浪荷载下的运动状态，即横荡、纵荡、垂荡、艏摇、横摇和纵摇典型的六种运动。

所述的实验装置，还包括波浪等效装置的操作系统部分及风等效装置的操作系统部分，所述波浪等效装置的操作系统部分，包括监控单元1、运动控制计算机1、编码器接口1和伺服驱动器1，所述风等效装置的操作系统部分，包括监控单元2、运动控制计算机2、编码器接口2、伺服驱动器2及气动荷载模拟系统，其中气动荷载模拟系统分别与监控单元1、2相连，所述监控单元1、2分别与运动控制计算机1、2之间通过以太网连接，运动控制计算机1、2与编码器接口1、2之间通过ISA总线连接，所述伺服驱动器1还分别与运动控制计算机1、编码器接口1及实验模型部分相连，所述伺服驱动器2还分别与运动控制计算机2、编码器接口2及实验模型部分相连，由运动控制计算机1、2对伺服驱动器1、2发送控制信号，伺服驱动器1、2会通过伺服驱动来控制实验模型部分，同时，实验模型部分会将编码器信号通过伺服驱动器1、2反馈给编码器接口1、2，最终传给监控单元1、2，实现监控单元1、2与实验模型部分之间的信息传递；所述六个折返式电动缸中的每个折返式电动缸分别与伺服驱动器1、2相连，所述第一、二、三电动缸分别与伺服驱动器1、2相连。

本实用新型有益效果是：一种应用风浪等效装置的浮式海上风电机组实验装置，包括波浪等效装置的操作系统部分、风等效装置的操作系统部分及实验模型部分。与已有技术相比，本实用新型无需依赖波浪水池和造风装置，操控电动缸对六自由度平台加载力来模拟不同浪高、周期的波浪荷载下的运动状态，解决了对造风装置的功能和风场品质要求高的问题，整个实验装置结构简单,易安装,操作方便,安全可靠。

附图说明

图1是本实用新型结构示意图。

图2是本实用新型中的实验模型部分结构示意图。

图3是本实用新型中的第一、二、三电动缸及六个折返式电动缸中的每个折返式电动缸分别与伺服驱动器1、2连接示意框图。

图4是本实用新型中的折返式电动缸结构示意图。

图中：1、六自由度平台，1a、风机模型，1b、第一电动缸，1c、第二电动缸，1d、第三电动缸，1e、第一滑轮道组，1f、第二滑轮道组，1g、第三滑轮道组，1h、第四滑轮道组，1i、第五滑轮道组，1j、第六滑轮道组，2、折返式电动缸，2a、伺服电机，2b、高强度伺服同步带，2c、滚珠丝杠，2d、丝杠螺母，2e、轴承，2f、推杆，3、万向节，4、底座。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

如图1、2、3、4所示，一种应用风浪等效装置的浮式海上风电机组实验装置，包括波浪等效装置的操作系统部分、风等效装置的操作系统部分及实验模型部分，所述波浪等效装置的操作系统部分，包括监控单元1、运动控制计算机1、编码器接口卡1和伺服驱动器1，所述风等效装置的操作系统部分，包括监控单元2、运动控制计算机2、编码器接口卡2、伺服驱动器2及气动荷载模拟系统，其中气动荷载模拟系统分别与监控单元1、2相连，所述监控单元1、2分别与运动控制计算机1、2之间通过以太网连接，运动控制计算机1、2与编码器接口卡1、2之间通过ISA总线连接，所述伺服驱动器1还分别与运动控制计算机1、编码器接口卡1及实验模型部分相连，所述伺服驱动器2还分别与运动控制计算机2、编码器接口卡2及实验模型部分相连，由运动控制计算机1、2对伺服驱动器1、2发送控制信号，伺服驱动器1、2会通过伺服驱动来控制实验模型部分，同时，实验模型部分会将编码器信号通过伺服驱动器1、2反馈给编码器接口卡1、2，最终传给监控单元1、2，实现监控单元1、2与实验模型部分之间的信息传递；所述实验模型部分，包括六自由度平台1，所述六自由度平台1上面安装有风机模型1a、第一、二、三电动缸1b、1c、1d及第一、二、三、四、五、六滑轮道组1e、1f、1g、1h、1i、1j，所述第一电动缸1b通过第一滑轮道组1e及牵引线与风机模型1a叶片端点A连接，第一电动缸1b还通过第二滑轮道组1f及牵引线与风机模型1a叶片端点C连接，当第一电动缸1b工作时，带动与其相连的第一、二滑轮道组1e、1f工作，通过牵引线将力传递给与其相连的风机模型1a叶片上，进而来模拟风机模型1a的推力；所述第二电动缸1c通过第五滑轮道组1i及牵引线与风机模型1a叶片连接，第二电动缸1c还通过第六滑轮道组1j及牵引线与风机模型1a叶片连接，当第二电动缸1c工作时，带动与其相连的第五、六滑轮道组1i、1j工作，通过牵引线将力传递给与其相连的风机模型1a叶片上，进而来模拟风机模型1a的恢复力；所述第三电动缸1d通过第三滑轮道组1g及牵引线与风机模型1a叶片端点B连接，第三电动缸1d还通过第四滑轮道组1h及牵引线与风机模型1a叶片端点D连接，当第三电动缸1d工作时，分别带动与其相连的第三滑轮道组1g和第四滑轮道组1h工作，通过牵引线将力传递给与其相连的风机模型1a叶片上，进而来模拟风机模型1a的扭矩，所述第一、二、三电动缸1b、1c、1d分别与伺服驱动器1、2相连；所述六自由度平台1依靠六个折返式电动缸2支承，每个折返式电动缸2的顶部安装有万向节3并与六自由度平台1的底部铰链连接，每个折返式电动缸2的底部安装有万向节3并与底座4铰链连接，所述折返式电动缸2，包括伺服电机2a、高强度伺服同步带2b、滚珠丝杠2c、丝杠螺母2d、轴承2e及推杆2f，伺服电机2a通过高强度伺服同步带2b驱动与高强度伺服同步带2b连接的滚珠丝杠2c、滚珠丝杠2c通过钢珠带动与滚珠丝杠2c连接的丝杠螺母2d、丝杠螺母2d与安装有轴承2e的推杆2f直接相连从而驱动推杆2f作往返直线运动，所述六个折返式电动缸2中的每个折返式电动缸分别与伺服驱动器1、2相连；实验通过力加载折返式电动缸2并对六自由度平台1进行力加载，模拟风电机组在具有不同浪高、周期的波浪荷载下的运动状态，即横荡、纵荡、垂荡、艏摇、横摇和纵摇典型的六种运动。