一种用于海洋工程模型试验的风场模拟装置的制造方法
【专利摘要】本发明涉及海洋工程技术领域，一种用于海洋工程模型试验的风场模拟装置，包括风机阵装置及测控系统，所述风机阵装置包括入口段、动力段、整流段、下弯收缩过渡段及稳定出口段，各段均由法兰相互连接，并在法兰连接处设有密封橡胶垫；所述测控系统包括稳定出口段的皮托管，动力段的风机组及电动机组，另外还包括外接微压差变送器，变频器，数据采集卡及工控机，所述稳定出口段的皮托管通过空心软管连接至外接微压差变送器输入端，所述微压差变送器输出端分别通过信号线与外接数据采集卡及工控机依次连接，所述外接数据采集卡通过导线分别与外接变频器、动力段的电动机组及风机组依次连接。本发明造风品质高，成本远小于风洞，其便捷性和适用性较强，对海洋工程技术的发展具有积极的推动作用。
【专利说明】
一种用于海洋工程模型试验的风场模拟装置
技术领域
[0001]本发明涉及一种用于海洋工程模型试验的风场模拟装置，属于海洋工程技术领域。
【背景技术】
[0002]海洋工程结构物，如海上采油平台、海上风电机组等长期承受风、浪、流复杂环境荷载作用，其相关研究更多地依赖波浪水池模型试验，而模型试验结果的准确性和可靠性与环境荷载模拟装置密切相关，其中风荷载模拟装置便是非常重要的环境荷载模拟装置之
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[0003]对海洋环境风荷载的模拟，通常采用两种基本办法，一种方法是风洞模拟，如哈尔滨工业大学风洞浪槽联合实验室，风洞可以模拟出较高品质的风场，但是其缺陷表现在(I)风洞建设费用和模型试验费用均非常高昂；(2)由于整体造风将干扰波浪的自由面运动而往往导致结构的动力响应失真；另一种方法是目前广泛采用的简易造风装置模拟，由一组或多组风机组成风机阵，放置在池边或拖车上面，靠近试验模型进行局部造风，对于简易造风装置，具有代表性的是文献[I]中描述的装置，其缺陷是没有整流措施品质差，噪音大，受池岸干扰，无测控系统;后来文献[2]做了进一步的改进，增加了整流装置，但是由于没有收缩段和消声器，风速下降非常快，能耗大，噪音大，且无测控系统；[l]HyUnky0Ung Shin,Pham Thanh DamjKwang Jin Jung etc.Model test of new floating offshore windturbine platforms ,Int.J.Naval Archit.0cean Eng.(2013)5:199?209.http://dx.doi.0rg/10.2478/1JNA0E-2013-0127
[0004][ 2]赵永生，何炎平，杨建民，顾敏童.海上浮动式风力机水池模型试验用造风装置，上海交通大学.申请号:201410152889.5申请日:2014-04-16
【发明内容】
[0005]为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明目的是提供一种用于海洋工程模型试验的风场模拟装置。该装置在动力段安放消声器，可以有效降低风机的噪音，利用下弯收缩过渡段可以有效排除池岸对模拟风场的干扰，使来自整流段的气流均匀加速，并改善出口段的流场品质，利用测控系统，可实现模拟海洋环境API风谱及垂向梯度风。
[0006]为了实现上述发明目的，解决已有技术中存在的向题，本发明采取的技术方案是:一种用于海洋工程模型试验的风场模拟装置，包括风机阵装置及测控系统，所述风机阵装置包括入口段、动力段、整流段、下弯收缩过渡段及稳定出口段，其中，所述入口段、动力段、整流段及稳定出口段的形状均为等截面矩形筒体，并均为水平设置，所述下弯收缩过渡段的形状为不规则矩形筒体，进气端和出气端均为矩形截面，上下面和两侧为曲面，所述动力段内部安装有上、中、底层风机组构成的风机阵，每层风机组由5台风机组成，风机阵中的每台风机均附带一台电动机，每层5台电动机为一组，构成上、中、底层电动机组，在靠近整流段位置安装有消声器;所述整流段内部安装有蜂窝器和阻尼网，阻尼网放置在蜂窝器下游，用于导直气流、降低湍流度，所述稳定出口段侧壁沿垂直方向均匀设置上、中、底层皮托管，所述各段均由法兰相互连接，并在法兰连接处设有密封橡胶垫;所述测控系统包括稳定出口段的上、中、底层皮托管，动力段的上、中、底层风机组及上、中、底层电动机组，另外还包括外接上、中、底层微压差变送器，上、中、底层变频器，数据采集卡及工控机，所述稳定出口段的上、中、底层皮托管通过空心软管连接至外接上、中、底层微压差变送器输入端，所述上、中、底层微压差变送器输出端分别通过信号线与外接数据采集卡及工控机依次连接，所述外接数据采集卡通过导线分别与外接上、中、底层变频器、动力段的上、中、底层电动机组及上、中、底层风机组依次连接。
[0007]所述下弯收缩过渡段的下弯角度为20-30°，用于排除池岸对模拟风场的干扰。
[0008]所述下弯收缩过度段出气端与进气端矩形截面面积之比为1:1.4-1.6。
[0009]所述蜂窝器为正六边形格子结构，半径与边长比为1:4.5-5.5。
[0010]所述阻尼网为不锈钢丝网，网眼密度为15-24目。
[0011]所述稳定出口段水平轴线要低于入口段、动力段、整流段的水平轴线0.15-0.3m。
[0012]本发明有益效果是:一种用于海洋工程模型试验的风场模拟装置，包括风机阵装置及测控系统，所述风机阵装置包括入口段、动力段、整流段、下弯收缩过渡段及稳定出口段，其中，所述入口段、动力段、整流段及稳定出口段的形状均为等截面矩形筒体，并均为水平设置，所述下弯收缩过渡段的形状为不规则矩形筒体，进气端和出气端均为矩形截面，上下面和两侧为曲面，所述动力段内部安装有上、中、底层风机组构成的风机阵，每层风机组由5台风机组成，风机阵中的每台风机均附带一台电动机，每层5台电动机为一组，构成上、中、底层电动机组，在靠近整流段位置安装有消声器;所述整流段内部安装有蜂窝器和阻尼网，阻尼网放置在蜂窝器下游，用于导直气流、降低湍流度，所述稳定出口段侧壁沿垂直方向均匀设置上、中、底层皮托管，所述各段均由法兰相互连接，并在法兰连接处设有密封橡胶垫;所述测控系统包括稳定出口段的上、中、底层皮托管，动力段的上、中、底层风机组及上、中、底层电动机组，另外还包括外接上、中、底层微压差变送器，上、中、底层变频器，数据采集卡及工控机，所述稳定出口段的上、中、底层皮托管通过空心软管连接至外接上、中、底层微压差变送器输入端，所述上、中、底层微压差变送器输出端分别通过信号线与外接数据采集卡及工控机依次连接，所述外接数据采集卡通过导线分别与外接上、中、底层变频器、动力段的上、中、底层电动机组及上、中、底层风机组依次连接。与已有技术相比，本发明造风品质高，而且成本远小于风洞，因此其便捷性和适用性较强，对海洋工程技术的发展具有积极的推动作用。
【附图说明】
[0013]图1是本发明侧视剖面结构示意图。
[0014]图2是本发明俯视剖面结构示意图。
[0015]图3是本发明中的风机阵布置图。
[0016]图4是本发明中的测控系统结构框图。
[0017]图中:1、入口段，2、动力段，3、整流段，4、下弯收缩过渡段，5、稳定出口段，6、消声器，7、上层风机组，7a、中层风机组，7b、底层风机组，8、上层电动机组，8a、中层电动机组，8b、底层电动机组，9、蜂窝器，10、阻尼网，11、上层皮托管，11a、中层皮托管，11b、底层皮托管。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图对本发明作进一步说明。
[0019]如图1、2、3、4所示，一种用于海洋工程模型试验的风场模拟装置，包括风机阵装置及测控系统，所述风机阵装置包括入口段1、动力段2、整流段3、下弯收缩过渡段4及稳定出口段5，所述入口段1、动力段2、整流段3及稳定出口段5的形状均为等截面矩形筒体，并均为水平设置，其中，入口段I长为0.3m、宽为3.8m、高为2.4m;动力段2、整流段3长均为1.5m、宽均为3.Sm、高均为2.4m;所述下弯收缩过渡段4的形状为不规则矩形筒体，进气端和出气端均为矩形截面，上下面和两侧为曲面，进气端宽为3.Sm、高为2.4m，出气端宽为3.0m、高为2.0m，所述动力段2内部安装有上、中、底层风机组7、7a、7b构成的风机阵，每台风机均采用为6桨叶风扇，直径为0.7m，每层风机组由5台风机组成，风机阵中的每台风机均附带一台电动机，均采用为三相异步交流电动机，每台功率为5.5KW，每层5台电动机为一组，构成上、中、底层电动机组8、8a、Sb，在靠近整流段3位置安装有消声器6;所述整流段3内部安装有蜂窝器9和阻尼网10，阻尼网10放置在蜂窝器9的下游，间距为0.2m，用于导直气流、降低湍流度，所述稳定出口段5侧壁沿垂直方向均匀设置上、中、底层皮托管ll、lla、llb，所述各段均由法兰相互连接，并在法兰连接处设有密封橡胶垫;所述测控系统包括稳定出口段5的上、中、底层皮托管11、I Ia、I Ib，动力段2的上、中、底层风机组7、7a、7b及上、中、底层电动机组
8、8a、8b，另外还包括外接上、中、底层微压差变送器，上、中、底层变频器，数据采集卡及工控机，所述稳定出口段5的上、中、底层皮托管ll、lla、llb通过空心软管连接至外接上、中、底层微压差变送器输入端，所述上、中、底层微压差变送器输出端分别通过信号线与外接数据采集卡及工控机依次连接，所述外接数据采集卡通过导线分别与外接上、中、底层变频器、动力段的上、中、底层电动机组8、8a、8b及上、中、底层风机组7、7a、7b依次连接。具体工作过程如下:当风荷载模拟装置使用时，接通风荷载模拟装置的主电路，将外接上、中、底层变频器通电，并启动上、中、底层电动机组8、8a、8b及上、中、底层皮托管11、I Ia、I Ib，将风场测量信息由外接上、中、底层微压差变送器转换成电压信号输送给外接数据采集卡，经处理后传输给外接工控机，进行监视和控制运行状态，并按设定值反馈给外接上、中、底层变频器，通过变频器的信号接收进行频率改变，整个控制系统不断接收反馈，从而实现试验要求的风荷载特征。所述下弯收缩过渡段的下弯角度为30°，用于排除池岸对模拟风场的干扰，所述蜂窝器9为正六边形格子结构，半径与边长比为1:5。所述阻尼网10为不锈钢丝网，网眼密度为18目，所述稳定出口段5水平轴线要低于入口段1、动力段2、整流段3的水平轴线0.2mo
[0020]本发明优点在于:一种用于海洋工程模型试验的风场模拟装置，造风品质高，而且成本远小于风洞，因此其便捷性和适用性较强，对海洋工程技术的发展具有积极的推动作用。
【主权项】
1.一种用于海洋工程模型试验的风场模拟装置，包括风机阵装置及测控系统，其特征在于:所述风机阵装置包括入口段、动力段、整流段、下弯收缩过渡段及稳定出口段，其中，所述入口段、动力段、整流段及稳定出口段的形状均为等截面矩形筒体，并均为水平设置，所述下弯收缩过渡段的形状为不规则矩形筒体，进气端和出气端均为矩形截面，上下面和两侧为曲面，所述动力段内部安装有上、中、底层风机组构成的风机阵，每层风机组由5台风机组成，风机阵中的每台风机均附带一台电动机，每层5台电动机为一组，构成上、中、底层电动机组，在靠近整流段位置安装有消声器;所述整流段内部安装有蜂窝器和阻尼网，阻尼网放置在蜂窝器下游，用于导直气流、降低湍流度，所述稳定出口段侧壁沿垂直方向均匀设置上、中、底层皮托管，所述各段均由法兰相互连接，并在法兰连接处设有密封橡胶垫;所述测控系统包括稳定出口段的上、中、底层皮托管，动力段的上、中、底层风机组及上、中、底层电动机组，另外还包括外接上、中、底层微压差变送器，上、中、底层变频器，数据采集卡及工控机，所述稳定出口段的上、中、底层皮托管通过空心软管连接至外接上、中、底层微压差变送器输入端，所述上、中、底层微压差变送器输出端分别通过信号线与外接数据采集卡及工控机依次连接，所述外接数据采集卡通过导线分别与外接上、中、底层变频器、动力段的上、中、底层电动机组及上、中、底层风机组依次连接。2.根据权利要求1所述一种用于海洋工程模型试验的风场模拟装置，其特征在于:所述下弯收缩过渡段的下弯角度为20-30°，用于排除池岸对模拟风场的干扰。3.根据权利要求1所述一种用于海洋工程模型试验的风场模拟装置，其特征在于:所述下弯收缩过度段出气端与进气端矩形截面面积之比为1: 1.4-1.6。4.根据权利要求1所述一种用于海洋工程模型试验的风场模拟装置，其特征在于:所述蜂窝器为正六边形格子结构，半径与边长比为1:4.5-5.5。5.根据权利要求1所述一种用于海洋工程模型试验的风场模拟装置，其特征在于:所述阻尼网为不锈钢丝网，网眼密度为15-24目。6.根据权利要求1所述一种用于海洋工程模型试验的风场模拟装置，其特征在于:所述稳定出口段水平轴线要低于入口段、动力段、整流段的水平轴线0.15-0.3m。
【文档编号】G01M9/08GK105954001SQ201610379997
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年6月1日
【发明人】李玉刚, 李光里, 马震岳, 徐让书, 滕斌
【申请人】大连理工大学