用于浮式风机模型试验的造风整流系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及浮式风机模型试验技术领域，特别涉及一种用于浮式风机模型试验的造风整流系统。
【背景技术】
[0002]风能是一种可以大规模开发利用的绿色能源，相比于陆上风能，海上风资源更加丰富，具有风速大、风切变小、湍流度小等优点，并且不占用陆地面积，可避免噪声、电磁波和视觉对居民的影响，对环境更友好。而海上风电场包括浅海风电场和50m以上水深的深海风电场。其中，浅海风电场一般采用固定式基础来固定风电机组，而固定式基础可包括重力式基础、吸力筒基础、粧承式基础等。对于深海风电场，一般采用更加经济的漂浮式基础来固定风电机组，该漂浮式基础可包括Spar (单柱式平台)、Semi (半潜式平台)、TLP (张力腿式平台)或者组合型式。
[0003]风力发电机组的研究一般通过理论分析、数值模拟、原型测试和物理模型试验等手段来开展。浮式风电机组处于多种恶劣的海洋环境荷载中，受力机理和运动性能复杂，开展深海浮式风电场建设的基础理论、数值模拟和试验技术的研究，为我国在更广阔的海域建设更大型风电场，实现节能减排的目标，具有重要的理论价值和长远的战略意义。为了获得巨大的深海风能资源，浮式风电技术得到了长足的进步，在这一发展过程中，模型试验是提高这一技术必不可少且经济有效的方式。与原型测试相比，水池模型试验具有周期短、成本低和风险小的特点，并且能够提供相对真实准确的模型验证数据。浮式风电机组的比例模型测试要求精确模拟风浪流海洋环境、结构柔性和风机气动性能，因此要求具有较高的综合试验技术。对于浮式风电机组的模型试验，在室内造出高质量的风场是试验结果准确可靠的关键点之一，因此需要设计一套专用的造风整流系统，使生成的风场具有均匀稳定、湍流度低的特点，输出风场的面积必须涵盖浮式风电机组运动范围内整个风轮可能行经的区域。
【实用新型内容】
[0004]基于此，针对上述的问题，本实用新型提出一种用于浮式风机模型试验的造风整流系统，能够使生成的风场均匀稳定、湍流度低，而且输出风场的面积可涵盖浮式风电机组运动范围内整个风轮可能行经的区域。
[0005]其技术方案如下:
[0006]—种用于浮式风机模型试验的造风整流系统，包括矩形筒状外框，依次设置于所述外框内的造风装置和整流装置；所述造风装置包括多个在同一平面上布置为多排的轴流式造风机，且所述造风机均设置于所述外框的端部；所述整流装置包括依次设置于所述外框内并位于所述造风机外侧的蜂窝板整流罩和格栅窗整流罩；还包括沿着所述外框端部向外延伸的出风口延长段，所述出风口延长段位于所述格栅窗整流罩外侧出风口处。
[0007]通过在筒状外框中设置包括造风机的造风装置，可产生试验所需风场。再通过设置包括蜂窝板整流罩和格栅窗整流罩的整流装置，造风机制造的风场通过整流装置整流作用，可以使输出的风场质量明显提高，风速分布更加均匀、稳定性更好、湍流度更低，而且输出的风场的面积可涵盖浮式风电机组运动范围内整个风轮可能行经的区域。另外，通过在外框端部出口处设置出风口延长段，使风场经过一定距离的过渡后再吹向浮式风电机组试验模型，可减少风场损失并保持风场的均匀度。
[0008]下面对其进一步技术方案进行说明:
[0009]进一步地，所述出风口延长段向外延伸并逐渐收缩形成收缩喷口，所述收缩喷口的截面形状由矩形逐渐过渡为椭圆形或者圆形。通过设置收缩喷口，可进一步增大风速，而且将收缩喷口的截面形状设置为由矩形逐渐过渡为椭圆形或者圆形的形式，可使收缩喷口中的风场在增大的同时过渡稳定，减小风场的湍流度。
[0010]进一步地，所述外框采用木板或钢板制成，而所述收缩喷口采用薄铁板或铝板制成。矩形筒状的外框形成风道，还用于支撑设置在风道中的造风机、蜂窝板整流罩和格栅窗整流罩，木材会更轻但强度稍差，而钢板较重但强度较高，可结合实验室的安装承受能力来选择外框的材质。而收缩喷口处的风场较强，需要采用铁板或铝板这些强度较高但重量稍轻的材料。
[0011]进一步地，所述造风装置还包括与所述造风机连接的控制装置。造风机与控制装置进行连接，可通过改变造风机的操作频率来改变输出风场的风速。
[0012]进一步地，所述造风机设置为轴流式风机，多排所述造风机呈矩阵式布置或两两相互交错布置，且所有所述造风机安装为一体。轴流式风机的造风范围大、风速稳定，可根据输出风场的面积要求和单个轴流式风机的尺寸来确定轴流式风机的个数和排列方式。将造风机矩形阵列式布置时，方便安装外框的矩形构造设置造风机。而将造风机相互交错布置时，可使布置的造风机之间间隙更小，能布置的造风机数量更多。另外，造风装置位于外框的最后方，通过将所有造风机安装为一体，可消除相邻造风机形成的风场之间的间隙，使产生的风场均勾。
[0013]进一步地，所述蜂窝板整流罩包括一块整体式矩形蜂窝板；或者所述蜂窝板整流罩包括多块相互连接的分体式矩形蜂窝板，且相邻两块所述蜂窝板之间设置有加固条。整块式的蜂窝板整流能力更好，不会对风场造成阻碍。但是考虑到刚度和加工制造情况，也可以通过加固条将多块蜂窝板连接形成一整块。
[0014]进一步地，每块所述蜂窝板上均匀设置有多个相互相连的正六边形孔，且所述蜂窝板整流罩厚度与所述蜂窝板正六边形孔的外接圆直径的比值位于8?10之间。这种结构的蜂窝板整流罩整流效果好，整流得到的风场均匀、稳定性好、湍流度低。
[0015]进一步地，所述格栅窗整流罩包括矩形格栅窗板，所述格栅窗板上均匀设置有多个正方形孔，且所述格栅窗板的孔隙率大于58%。格栅窗板的孔隙率是指格栅窗板上的总孔径面积与格栅窗板总面积的比值。格栅窗板孔隙率越大整流效果越好，但是刚度也要满足要求，使格栅窗板应尽量满足刚度大、厚度薄、孔隙率大的特点。若整个格栅窗板的刚度较小，可以在格栅窗板竖向和横向用木条或钢条进行加固处理。
[0016]进一步地，所述蜂窝板整流罩设置于所述造风机和所述格栅窗整流罩之间，且所述蜂窝板整流罩上的正六边形孔的孔径比所述格栅窗整流罩上的正方形孔的孔径大。风场经过孔径较大的蜂窝板整流罩整流后，再流过孔径较小的格栅窗整流罩对风场进一步进行整流，从而使风场更加均匀稳定。
[0017]本实用新型具有如下突出的优点:通过蜂窝板整流罩和格栅窗整流罩两层整流罩的整流作用，再经过出风口延长段的作用，使输出风场的质量明显提高，风速分布更加均匀、稳定性更好、湍流度更低，有效提高了模型试验风场的模拟质量，保证了模型试验结果的准确可靠性。
【附图说明】
[0018]图1是本实用新型实施例中所述用于浮式风机模型试验的造风整流系统设置出风口延长段时的结构示意图；
[0019]图2是本实用新型实施例中所述用于浮式风机模型试验的造风整流系统设置收缩喷口时的结构示意图；
[0020]图3是本实用新型实施例中所述用于浮式风机模型试验的造风整流系统的造风装置中造风机排列一时的结构示意图；
[0021]图4是本实用新型实施例中所述用于浮式风机模型试验的造风整流系统的造风装置中造风机排列二时的结构示意图；
[0022]图5是本实用新型实施例中所述用于浮式风机模型试验的造风整流系统的整流装置中蜂窝板整流罩的蜂窝板的局部结构示意图；
[0023]图6是本实用新型实施例中所述用于浮式风机模型试验的造风整流系统的整流装置中格栅窗整流罩的格栅窗的局部结构示意图。
[0024]附图标记说明:100-外框，200-造风装置，210-造风机，300-蜂窝板整流罩，310-蜂窝板，312-正六边形孔，400-格栅窗整流罩，410-格栅窗板，412-正方形孔，500-出风口延长段，600-收缩喷口。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明。
[0026]如图1所示，一种用于浮式风机模型试验的造风整流系统，包括矩形筒状外框100，依次设置于该外框100内的造风装置200和整流装置。该造风装置200包括多个在同一平面上布置为多排的轴流式造风机210，且该造风机210均设置于外框100的端部。该整流装置包括依次设置于外框100内并位于造风机210外侧的蜂窝板整流罩300和格栅窗整流罩400。该用于浮式风机模型试验的造风整流系统还包括沿着外框100端部向外延伸的出风口延长段500，该出风口延长段500位于格栅窗整流罩400外侧出风口处。
[0027]通过在筒状外框100中设置包括造风机210的造风装置200，可产生试验所需风场。再通过设置包括蜂窝板整流罩300和格栅窗整流罩400的整流装置，造风机210制造的风场通过整流装置整流作用，可以使输出的风场质量明显提高，风速分布更加均匀、稳定性更好、湍流度更低，而且输出的风场的面积可涵盖浮式风电机组运动范围内整个风轮可能行经的区域。另外，通过在外框100端部出口处设置出风口延长段500，整流后风场的出风口区域在不影响浮式风电机组运动的情况下，其长度可尽量延长，使风场经过一定距离的过渡后再吹向浮式风电机组试验模型，可减少风场损失并保持风场的均匀度。
[0028]具体地，上述矩形筒状外框100采用木板或钢板制成，矩形筒状的外框100形成风场输出通道，并起到对造风装置200和整流装置的加固作用，即还用于支撑设置在风道中的造风机210、蜂窝板整流罩300和格栅窗整流罩400，木材会更轻但强度稍差，而钢板较重但强度较高，可结合实验室的安装承受能力来选择外框的材质。此外，外框还可采用不同材料组合制成，可根据实验室安装造风整流系统的承重能力来进行设置。在本具体实施例中，外框100的外围长宽尺寸为4mX4m的矩形，造风机210位于外框100的端部，在距离造风机210外侧Im处安装蜂窝板整流罩300，而在蜂窝板整流罩300的前方0.4m处安装格栅窗整流罩400，在格