专利名称：海面风场模拟试验装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及海洋环境试验装置，特别是涉及模拟海面风速和风向的海洋环境试验
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背景技术：
在海洋开发过程中，海洋环境监测技术、海洋能开发利用技术等高新技术的研究和发展是促进海洋可持续开发利用的重要环节。然而，海洋环境是复杂多变的，风、波浪、海流等要素直接作用于海洋环境监测仪器设备与海洋能发电装置之上，影响设备的强度和稳定性。因此，通过室内海洋环境模拟试验装置，检验海洋监测仪器设备和海洋能发电装置的技术指标和环境适应性，为海洋环境监测和海洋能开发利用技术发展提供科学依据，是促进海洋高新科技研发成果产业化进程的重要技术手段。风是海洋中主要的动力现象之一，既是可以有效利用的可再生能源，又是影响海上设备强度和稳定性的重要动力环境要素。因此，模拟海上风动力环境的试验装置，在海洋环境监测技术、海洋能开发利用技术的研究和发展中得到进一步重视。目前，已有的风动力环境模拟试验装置是将轴流风机组安装在水槽上方的移动平台上，通过平台的移动改变风机组位置和转动风机组的方向，从而变动风场区域和变化风向。但是，上述试验装置的缺点是无法改变风机组与水槽水面的距离，不能进行风向的三维变化，也影响风力对水面的作用控制，因此，对海洋环境监测仪器设备和海洋能发电装置不能全面详细的开展风力模拟试验。
发明内容
针对现有的风动力环境模拟试验装置所存在的问题，本发明推出一种新型结构的海面风场模拟试验装置，利用连接转轴的吊臂与轴流风机组的结合，进行全方位的风向、风速控制，全面模拟海洋环境中风场的变化状况，实现对海洋环境监测仪器设备和海洋能发电装置更好地进行海面风场模拟试验。本发明所涉及的海面风场模拟试验装置包括可移动式机架、轴流风机组和计算机控制系统。可移动式机架包括支柱、转轴、支撑柱和吊臂，由高强度结构钢制成。支柱呈圆筒状，支柱底部设置底板，支柱的底板通过螺栓固定于水槽一侧的浇注地脚上。转轴设置在支柱内，支柱的上部和下部均装有轴承，实现支柱与转轴的轴承接合。转轴与上部的支撑柱结合为一体，支撑柱下部支座置于转轴与支柱的顶面之上，支撑柱下部支座的外径大于支撑柱上部柱体外径。支柱外部设置驱动电机，驱动电机的电机轴与转轴齿轮联接，驱动电机的转动可带动转轴在支柱内沿轴向转动，与转轴结合一体的支撑柱同时转动。吊臂固定在支撑柱下部支座的轴上，支座底部设置牵引电机。牵引电机的牵引钢丝绳穿过支撑柱顶部的滑轮连接吊臂的末端，牵引电机通过牵引钢丝绳可以使吊臂沿支座轴上下摆动。吊臂的末端设置轴流风机组，轴流风机组固定在吊臂末端垂直引下的转动轴上， 吊臂末端设置第二驱动电机，第二驱动电机的电机轴与转动轴齿轮连接，第二驱动电机带动转动轴及其固定的轴流风机组转动，角度测量仪会显示转动的角度。计算机控制系统包括风速仪、变频器及计算机。风速仪、变频器连接计算机。变频器分别连接牵引电机、驱动电机、第二驱动电机和轴流风机。风速仪放置在水槽水面上的风场中，采集风速数值并传输给计算机，计算机通过变频器分别控制牵引电机、驱动电机、第二驱动电机和轴流风机的转速，使风速和风向稳定在预设值。风速仪、计算机、变频器之间， 均采用软线连接和输送电信号。本发明所述的海面风场模拟试验装置，实现了风与完全成长的波浪呈任意角度的可调节设计，实现了在试验室内模拟海洋环境中风动力环境变化的真实情况，为海洋环境监测仪器设备和海洋能发电装置进行风动力环境试验提供可靠的试验技术手段。另外，在非工作状态时本装置可以放置于水槽的一侧，有利于水槽做其他的试验。
图1为本发明所涉及的海面风场模拟试验装置结构示意图。图中标记说明
1、底板2、加强板3、支柱4、驱动电机5、转轴6、轴承7、支座8、支撑柱9、滑轮10、吊臂11、牵引电机12、钢丝绳13、第二驱动电机14、角度测量仪15、第二轴承16、转动轴17、轴流风机18、风机架。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的技术方案作进一步描述。图1显示本发明的主要结构， 如图所示，本发明所涉及的海面风场模拟试验装置包括可移动式机架、轴流风机组和计算机控制系统。可移动式机架由高强度结构钢制成，包括支柱3、转轴5、支撑柱8和吊臂10。支柱 3呈圆筒状，支柱3的底部设置底板1，底板1通过螺栓固定于水槽一侧的浇注地脚上，支柱 3的底部外侧套有加强板2，加强板2将支柱3的底部和底板1禁锢在一起。转轴5设置在支柱3内，支柱3与转轴5之间设置轴承6。转轴5与上部的支撑柱8结合为一体，支撑柱 8下部的支座7置于转轴5与支柱3的上面，支撑柱8下部支座7的外径大于支撑柱8上部柱体外径。转轴5外部设置驱动电机4，驱动电机4的电机轴与转轴5齿轮联接，转轴5可绕支柱3中心轴线做180°旋转。吊臂10固定在支撑柱8下部支座7的轴上，支座7底部设置牵弓丨电机11。牵引电机11的牵引钢丝绳12穿过支撑柱8顶部的滑轮9连接吊臂10的末端，牵引电机11通过牵引钢丝绳12可以使吊臂10沿支座轴上下摆动。吊臂10的末端设置轴流风机组，轴流风机组固定在吊臂末端垂直引下的转动轴 16上。轴流风机组由多个轴流风机17和固定轴流风机17的风机架18构成。风机架18固定在吊臂10的转动轴16上，吊臂10末端设置第二驱动电机13，第二驱动电机13的电机轴与转动轴16齿轮联接，转动轴16可带动轴流风机组沿轴向做180°旋转，角度测量仪14 会显示旋转的角度。牵引电机11、驱动电机4、第二驱动电机13和轴流风机17分别连接计算机控制系统的变频器。计算机控制系统包括风速仪、变频器及计算机。风速仪放置在水槽水面上的风场中，采集风速数值并传输给计算机，计算机通过变频器分别控制牵引电机11、驱动电机 4、第二驱动电机13和轴流风机17的转速，使风速和风向稳定在预设值。
权利要求
1.一种海面风场模拟试验装置，其特征在于包括可移动式机架、轴流风机组和计算机控制系统；可移动式机架包括支柱(3)、转轴(5)、支撑柱(8)和吊臂(10)，由高强度结构钢制成；支柱(3)呈圆筒状，转轴(5)设置在支柱(3)内，支柱(3)与转轴(5)之间设置轴承 (6)；转轴(5)外部设置驱动电机(4)，驱动电机(4)与转轴(5)齿轮联接；转轴(5)与上部的支撑柱(8)结合为一体，吊臂(10)固定在支撑柱(8)下部支座(7)的轴上，支座(7)底部设置牵引电机(11)，牵引电机(11)的牵引钢丝绳(12)穿过支撑柱(8)顶部的滑轮(9)连接吊臂(10)的末端；吊臂(10)的末端设置轴流风机组，轴流风机组固定在吊臂(10)末端垂直引下的转动轴(16)上，吊臂(10)末端设置第二驱动电机(13)，第二驱动电机(13)的电机轴与转动轴(16)齿轮联接；牵引电机(11)、驱动电机(4)、第二驱动电机(13)和轴流风机 (17)分别连接计算机控制系统的变频器，计算机通过变频器分别控制牵引电机(11)、驱动电机(4 )、第二驱动电机(13 )和轴流风机(17 )的转速。
2.根据权利要求1所述的海面风场模拟试验装置，其特征在于，所述的支柱(3)的底部设置底板(1)，底板(1)通过螺栓固定于水槽一侧的浇注地脚上，支柱(3)的底部外侧套有加强板(2)，加强板(2)将支柱(3)的底部和底板(1)禁锢在一起。
3.根据权利要求1所述的海面风场模拟试验装置，其特征在于，所述支撑柱(8)下部支座(7)的外径大于支撑柱(8)上部柱体外径。
4.根据权利要求1所述的海面风场模拟试验装置，其特征在于，所述的轴流风机组由多个轴流风机(17)和固定轴流风机(17)的风机架(18)构成，风机架(18)固定在吊臂(10) 末端垂直引下的转动轴(16)上。
全文摘要
本发明公开了一种室内海面风场模拟试验装置，包括可移动式机架、轴流风机组和计算机控制系统。轴流风机组固定在吊臂末端垂直引下的转动轴上，吊臂固定在可转动的支撑柱支座的轴上，计算机控制吊臂沿支座轴上下摆动、固定吊臂的支撑柱转动、固定轴流风机组的转动轴转动，使轴流风机组吹出的风呈任意角度可调节设计，实现了在试验室内模拟海洋环境中风动力环境变化的真实情况，为海洋环境监测仪器设备和海洋能发电装置进行风动力环境试验提供可靠的试验技术手段。
文档编号G01M9/00GK102435409SQ20111027386
公开日2012年5月2日 申请日期2011年9月15日 优先权日2011年9月15日
发明者司惠民, 宋雨泽, 朱晓阳, 李彦, 李超, 杨宁, 杨磊, 熊焰, 王士一, 王春谊, 王花梅, 王项南, 石建军, 路宽 申请人:国家海洋技术中心