一种波浪能发电无水实验台架的制作方法

本发明属于海洋波浪能发电装置领域，尤其涉及一种波浪能发电无水实验台架。

背景技术：

波浪能发电是一种重要的海洋能发电形式，波浪能发电装置包括波能吸收器、pto(powertakeoff，发电)、电力变换等部分。现有研究中日常实验的费用高，实验效率较低。不便于日常研究，特别是对pto和电力变换部分的研究，有较大的困难。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，提供一种波浪能发电无水实验台架，能够有效地模拟波浪能发电装置在海洋环境中的动态受力情况，能在计算机软件的控制下自动开展实验过程，大幅度的降低了日常实验的费用，提高了实验效率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种波浪能发电无水实验台架，包括波浪力加载系统、海水浮力调节系统、海水阻尼调节系统、数据采集系统和测控软件系统，波浪力加载系统包括传动系统和伺服电机，传动系统由伺服电机驱动，传动系统与波浪能发电装置相连，伺服电机对传动系统施加模拟波浪运动的作用力；海水浮力调节系统模拟波浪能发电装置在海水中受到的静浮力和波浪能发电装置在海水中沿垂向运动时的动态浮力；海水阻尼调节系统模拟波浪能发电装置受到的海水阻尼；数据采集系统包括若干测量拉力的力学传感器，设置在波浪力加载系统、海水浮力调节系统中，还包括波浪能发电装置处设置的电学传感器；测控软件系统控制伺服电机的运行，采集力学传感器、电学传感器的数据，计算波浪能发电装置的受力情况和波浪能发电装置的实际发电功率并存储在计算机中。实验台架可以加装多套波浪力加载系统，模拟海水施加给波浪能发电装置不同运动机构的作用力。

按上述技术方案，伺服电机串接减速器。降低伺服电机转动速度，增大作用扭矩。

按上述技术方案，波浪力加载系统包括第一转轮，第一绳索，第一绳索与第一转轮固定连接，随第一转轮的转动而直线运动；还包括第二绳索，第二转轮，第二绳索与第二转轮固定连接，随第二转轮的转动而直线运动；第一绳索和第二绳索分别连接在波浪能发电装置的上、下两端，第一绳索和第二绳索在波浪能发电装置的上、下端对称设置；还包括第三转轮和第四转轮，第三转轮和第一转轮通过第一转轴固定连接，并同步转动，第四转轮和第二转轮通过第二转轴固定连接，并同步转动；第三转轮和第四转轮通过链条连接，并同步转动；第四转轮与伺服电机连接，第四转轮在伺服电机的带动下做周期性往复转动，从而带动第三转轮同步转动，并带动波浪能发电装置周期性往复直线运动，模拟在海洋波浪中的运动；波浪能发电装置的上表面通过第一弹簧和第二弹簧分别连接到第一固定杆和第二固定杆。第一弹簧和第二弹簧提供预紧力。

按上述技术方案，该波浪能发电无水实验台架为立体框架结构，立体框架结构的上、下表面平行，波浪力加载系统、海水浮力调节系统、海水阻尼调节系统和数据采集系统均设置在立体框架结构内部，第一固定杆和第二固定杆平行设置在立体框架结构的上表面。

按上述技术方案，海水浮力调节系统包括第三绳索、第五转轮、配重、第三弹簧，第三绳索的两端分别连接第五转轮和第一转轮，配重设置在第五转轮的下方，配重的下端通过第三弹簧与实验台架或者大地相连，配重与波浪能发电装置相连，模拟波浪能发电装置在静水中的静浮力；海水浮力调节系统模拟波浪能发电装置受到的浮力，包括静平衡时的静浮力，以及运动过程中的动浮力。静浮力通过固定质量的配重来模拟，可通过调节配重质量的大小模拟不同的静浮力。将配重的下端通过第三弹簧与实验台架或者大地相连，在波浪能发电装置带动配重运动的过程中，产生随位置变化的额外弹性力，模拟波浪能发电装置在运动过程中海水浮力的变动情况。第三弹簧结合第一弹簧和第二弹簧模拟波浪能发电装置在水中垂向运动时的动态浮力。

按上述技术方案，海水阻尼调节系统包括阻尼电机，将第四转轮连接阻尼电机，在第四转轮转动时，阻尼电机发电。从而模拟海水阻尼效果。可通过选用合适的速度特性的发电机，以及调整阻尼电机的外接电阻等参数调节阻尼电机的速度特性，模拟不同的阻尼参数。

按上述技术方案，在第五转轮和配重之间设置第一力传感器，用于测量配重的重力和第三弹簧的拉力。第三弹簧与锚点固接，锚点与实验台架或者大地固接。在第一转轮与波浪能发电装置之间的第一绳索上设置第二力传感器，在波浪能发电装置与第四转轮之间设置第三力传感器，两者的差值即为伺服电机施加到波浪能发电装置的净作用力。。通过加装力传感器，测量绳索的拉力，从而计算受力情况。第一力传感器、第二力传感器、第三力传感器，以及伺服电机联入计算机，在测控软件系统的控制下自动开展实验，控制伺服电机的运动，并记录受力情况。

按上述技术方案，伺服电机通过皮带及皮带轮传动，带动第四转轮转动。

按上述技术方案，伺服电机通过链条及链轮传动，带动第四转轮转动。

按上述技术方案，配重为水箱，通过调整水箱的水量调整波浪能发电装置受到的静浮力大小。

本发明产生的有益效果是：本发明提出一种波浪能发电无水实验台架，包括能够模拟海洋施加给波浪能发电装置的波浪作用力、海水浮力、海水阻尼，在计算机控制下自动采集力学和电学参数，自动进行实验过程，并能够灵活调节各种技术参数。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例波浪能发电无水实验台架的结构示意图；

图2是本发明实施例中波浪力加载系统、海水浮力调节系统的局部结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例中，提供一种波浪能发电无水实验台架，包括波浪力加载系统、海水浮力调节系统、海水阻尼调节系统、数据采集系统和测控软件系统，波浪力加载系统包括传动系统和伺服电机，传动系统由伺服电机驱动，传动系统与波浪能发电装置相连，伺服电机对传动系统施加模拟波浪运动的作用力；海水浮力调节系统模拟波浪能发电装置在海水中受到的静浮力和波浪能发电装置在海水中沿垂向运动时的动态浮力；海水阻尼调节系统模拟波浪能发电装置受到的海水阻尼；数据采集系统包括若干测量拉力的力学传感器，设置在波浪力加载系统、海水浮力调节系统中，还包括波浪能发电装置处设置的电学传感器；测控软件系统控制伺服电机的运行，采集力学传感器、电学传感器的数据，计算波浪能发电装置的受力情况和波浪能发电装置的实际发电功率并存储在计算机中。实验台架可以加装多套波浪力加载系统，模拟海水施加给波浪能发电装置不同运动机制的作用力。

进一步地，伺服电机串接减速器。降低伺服电机转动速度，增大作用扭矩。

进一步地，如图1、图2示，波浪力加载系统包括第一转轮105，第一绳索106，第一绳索106与第一转轮105固定连接，随第一转轮105的转动而直线运动；还包括第二绳索115，第二转轮116，第二绳索115与第二转轮116固定连接，随第二转轮116的转动而直线运动；第一绳索106和第二绳索115分别连接在波浪能发电装置109的上、下两端，第一绳索106和第二绳索115在波浪能发电装置的上、下端对称设置；还包括第三转轮107和第四转轮118，第三转轮107和第一转轮105通过第一转轴固定连接，并同步转动，第四转轮118和第二转轮116通过第二转轴固定连接，并同步转动；第三转轮107和第四转轮118通过链条连接，并同步转动；第四转轮118与伺服电机121连接，第四转轮在伺服电机121的带动下做周期性往复转动，从而带动第三转轮107同步转动，并带动波浪能发电装置109周期性往复直线运动，模拟在海洋波浪中的运动；波浪能发电装置的上表面通过第一弹簧102和第二弹簧104分别连接到第一固定杆101和第二固定杆103。第一弹簧102和第二弹簧104提供预紧力。

进一步地，该波浪能发电无水实验台架为立体框架结构，立体框架结构的上、下表面平行，波浪力加载系统、海水浮力调节系统、海水阻尼调节系统、数据采集系统均设置在立体框架结构内部，第一固定杆101和第二固定杆103平行设置在立体框架结构的上表面。

进一步地，海水浮力调节系统包括第三绳索111、第五转轮112、配重113、第三弹簧114，第三绳索的两端分别连接第五转轮和第一转轮，配重设置在第五转轮的下方，配重的下端通过第三弹簧与实验台架或者大地相连，配重113与波浪能发电装置相连，模拟波浪能发电装置109在静水中的静浮力；第三弹簧114结合第一弹簧102和第二弹簧104模拟波浪能发电装置109在水中垂向运动时的动态浮力。

进一步地，海水阻尼调节系统包括阻尼电机，将第四转轮118连接阻尼电机119，在第四转轮118转动时，阻尼电机119发电。从而模拟海水阻尼效果。可通过选用合适的速度特性的发电机，以及调整阻尼电机119的外接电阻等参数调节阻尼电机的速度特性，模拟不同的阻尼参数。

进一步地，在第五转轮112和配重113之间设置第一力传感器201，用于测量配重113的重力和第三弹簧114的拉力。第三弹簧114与锚点131固接，锚点131与实验台架或者大地固接。在第一转轮与波浪能发电装置之间的第一绳索上设置第二力传感器206，在波浪能发电装置与第四转轮之间设置第三力传感器207，两者的差值即为伺服电机121施加到波浪能发电装置109的净作用力。通过加装力传感器，测量绳索的拉力，从而计算受力情况。第一力传感器、第二力传感器、第三力传感器，以及伺服电机121联入计算机，在测控软件系统的控制下自动开展实验，控制伺服电机121的运动，并记录受力情况。

进一步地，伺服电机通过皮带及皮带轮传动，带动第四转轮转动。

进一步地，伺服电机通过链条及链轮传动，带动第四转轮转动。

进一步地，配重为水箱，通过调整水箱的水量调整波浪能发电装置受到的静浮力大小。海水浮力调节系统模拟波浪能发电装置受到的浮力，包括静平衡时的静浮力，以及运动过程中的动浮力。静浮力通过固定质量的配重来模拟，可通过调节配重质量的大小模拟不同的静浮力。将配重的下端通过第三弹簧与实验台架或者大地相连，在波浪能发电装置带动配重运动的过程中，产生随位置变化的额外弹性力，模拟波浪能发电装置在运动过程中海水浮力的变动情况。

本发明包括能够模拟海洋施加给波浪能发电装置的波浪作用力、海水浮力、海水阻尼，在计算机控制下自动采集力学和电学参数，自动进行实验过程，并能够灵活调节各种技术参数。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。