一种浮式风机运动性能的试验模型及试验方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及风力发电机组的运动性能试验技术领域，尤其是涉及一种浮式风机运 动性能的试验模型及试验方法。
【背景技术】
[0002] 浮式风机使用浮式结构作为海上风机的基础平台，基础平台则用系泊系统锚定于 海床。其成本较低，对地质条件没有要求，且容易运输，具有广阔的应用前景。浮式风机处 于恶劣的海洋环境荷载中，使得受力机理和运动性能复杂。
[0003] 其中，模型试验是提高浮式风力发电技术经济有效的方式。然而，目前对浮式风机 模型试验的研究甚少，且还未形成一套系统完善的模型试验方法。
【发明内容】
[0004] 基于此，本发明在于克服现有技术的缺陷，提供一种浮式风机运动性能的试验模 型，它能够方便获取与原型浮式风机相似的结构受力和运动性能，且模型成本低廉。
[0005] 其技术方案如下：
[0006] -种浮式风机运动性能的试验模型，包括：水池；浮式风电机组模型，所述浮式风 电机组模型漂浮在所述水池内，所述浮式风电机组模型包括浮式平台模型、系泊系统模型 与风力机模型，所述浮式平台模型通过系泊系统模型与所述水池相连接，所述风力机模型 安装在所述浮式平台模型上方，所述风力机模型包括风轮叶片、用于驱动所述风轮叶片转 动的电动机、安装所述风轮叶片的机舱、支撑所述机舱的塔架、设置在所述塔架上的第一六 分力仪、设置在所述机舱上的第二六分力仪以及加速度仪，所述电动机、第一六分力仪、第 二六分力仪以及加速度仪均电性连接至控制装置；造风系统，所述造风系统用于输出风场， 所述造风系统与所述风力机模型的风轮叶片相对设置，且所述造风系统的输出风场涵盖了 所述风轮叶片所运行的区域，所述造风系统电性连接至所述控制装置；造波系统以及造流 系统，所述造波系统用于使得所述水池内产生波浪，所述造流系统用于使得所述水池内产 生水流，所述造波系统以及所述造流系统均与所述风轮叶片相对设置、且位于所述风轮叶 片的同一侧，所述造波系统以及所述造流系统位于所述水池的一端，所述造波系统及所述 造流系统电性连接至所述控制装置。
[0007] 在其中一个实施例中，还包括消波系统，所述消波系统位于所述水池的另一端，所 述消波系统与所述造波系统相对设置。
[0008] 在其中一个实施例中，所述风轮叶片为碳纤维材料，所述风轮叶片内设有腔体，所 述腔体内设有碳纤维杆以及树脂。
[0009] 在其中一个实施例中，所述塔架包括由铝合金材料制成的第一中空杆以及由铝制 材料制成的第二中空杆，所述浮式平台模型由玻璃钢制成，所述浮式平台模型、第一中空杆 以及第二中空杆依次固定连接，所述第二中空杆与所述机舱固定连接，且所述第二中空杆 上安装有所述第一六分力仪。
[0010] 在其中一个实施例中，所述系泊系统模型为系泊缆索或张力腿结构。
[0011] 在其中一个实施例中，所述系泊缆索包括钢丝、弹簧以及若干铅坠，所述钢丝与弹 簧相连，若干所述铅坠均匀布置在所述钢丝与所述弹簧组成的缆线上，所述缆线的一端与 所述浮式平台上的导缆孔相连，所述缆线的另一端与所述水池底板相连。
[0012] 本发明还提供一种浮式风机运动性能的试验模型的试验方法，包括如下步骤：获 取风轮叶片所受到推力的推力信号以及获取风轮叶片转速的转速信号；根据获取的所述推 力信号与转速信号，判断所述风轮叶片的推力与转速是否同时与理论推力以及理论转速分 别相同，若是，则进入后续模型试验，若否，则通过内设方法调整使得风轮叶片的推力与转 速分别同时与理论推力以及理论转速分别相同后再进入后续模型试验。
[0013] 在其中一个实施例中，所述内设方法包括如下步骤：步骤a、通过所述电动机调整 所述风轮叶片的转速，使得所述风轮叶片的转速与所述理论转速相同；步骤b、判断所述风 轮叶片受到的推力与所述理论推力是否相同，若是，则进入后续模型试验；若不是，则调整 所述造风系统的输出风速，使得所述风轮叶片受到的推力与所述理论推力相同；步骤c、判 断所述风轮叶片的转速是否与所述理论转速相同，若是，则进入后续模型试验；若不是，则 通过所述电动机调整所述风轮叶片的转速与所述理论转速一致，并进入步骤b。
[0014] 在其中一个实施例中，当所述风轮叶片的转速与所述理论转速相同、并判断出所 述风轮叶片受到的推力小于所述理论推力时，则对所述风轮叶片的边缘进行粗糙化处理或 者加装激流丝。
[0015] 下面结合上述技术方案对本发明的原理、效果进一步说明：
[0016] 1、本发明所述的浮式风机运动性能的试验模型，能通过水池、浮式风电机组模型、 造风系统、造波系统以及造流系统精确模拟风浪流海洋环境、结构柔性和风机气动性能，因 此具有较高的综合模型试验技术。相对于原型浮式风电机组测试试验，通过本发明试验模 型进行试验，能够提供相对真实准确的模型验证数据，如此能够评价原型浮式风电机组的 动力性能，且本发明试验模型试验周期短、成本低和风险小。
[0017] 2、造波系统产生的波浪以及造流系统产生的水流经过浮式风电机组模型后，通过 消波系统来吸收波浪的能量，能避免波浪反射至浮式风电机组，使得本发明浮式风机的运 动性能的测试数据与原型中的运动性能数据更加接近。
[0018] 3、所述风轮叶片为碳纤维材料，所述风轮叶片内设有腔体，所述腔体内采用碳纤 维杆进行支撑并在腔体内部填充树脂。如此，能够保证风轮叶片的刚度与强度，且质量轻。 塔架模型的第一中空杆选择6061铝合金材料制作，防腐性能好，且质量轻。浮式平台模型 采用玻璃钢制作，使得刚度与水密性好。
[0019] 4、反复调整电动机的转速以及造风系统的输出风速，使得风轮叶片的转速与风轮 叶片受到的推力能够同时与原型中的相似，使得通过本发明所述浮式风机运动性能试验模 型所获得的模型试验数据能够准确反映原型浮式风机的运动性能。同时记录下此时电动 机的工作状态以及造风系统的工作频率。在后续进行相同原型风速下的模型试验时，可以 按照标定好的电动机状态和造风系统的工作频率进行模型试验，使得模型试验更加快速方 便，缩短了模型试验的时间。
【附图说明】
[0020] 图1为本发明实施例所述浮式风机运动性能的试验模型结构示意图；
[0021] 图2为本发明实施例所述浮式风机运动性能的试验模型中的浮式风力机模型的 结构示意图；
[0022] 图3为本发明实施例所述浮式风机运动性能的试验模型的试验方法流程图。
[0023] 附图标记说明：
[0024] 10、水池，20、浮式风电机组模型，21、浮式平台模型，22、风力机模型，221、风轮叶 片，222、电动机，223、机舱，224、塔架，225、第一六分力仪，226、第二六分力仪，227、加速度 仪，30、造风系统，40、造波系统，50、造流系统，60、系泊缆索。
【具体实施方式】
[0025] 下面对本发明的实施例进行详细说明：
[0026] 如图1及2所示，本发明所述的浮式风机运动性能的试验模型，包括水池10、浮式 风电机组模型20、造风系统30、造波系统40以及造流系统50。
[0027] 所述浮式风电机组模型20漂浮在所述水池10内，所述浮式风电机组模型20包括 浮式平台模型21、系泊系统模型