海上浮動(dòng)式風(fēng)力機(jī)水池模型試驗(yàn)用造風(fēng)裝置制造方法
【專利摘要】一種海上浮動(dòng)式風(fēng)力機(jī)水池模型試驗(yàn)用造風(fēng)裝置，包括基座、整體整流裝置和若干相互緊密并行排列且連接的造風(fēng)整流單元；其中，基座為方框結(jié)構(gòu)，具有進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口；整體整流裝置安裝在出風(fēng)口的方框內(nèi)且充滿該方框的橫截面，用以對(duì)風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行整流；造風(fēng)整流單元連接于進(jìn)風(fēng)口的方框內(nèi)，包括造風(fēng)單元、圓轉(zhuǎn)方接頭和造風(fēng)單元整流裝置，造風(fēng)單元用以生成圓形的原始風(fēng)場(chǎng)，圓轉(zhuǎn)方接頭為圓轉(zhuǎn)方形結(jié)構(gòu)，用以將造風(fēng)單元所生成的圓形風(fēng)場(chǎng)轉(zhuǎn)換成方形風(fēng)場(chǎng)，其園端靠近進(jìn)風(fēng)口并連接造風(fēng)單元，方端靠近出風(fēng)口，造風(fēng)單元整流裝置安裝在該方端內(nèi)，用以對(duì)原始風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行整流。本發(fā)明將圓形風(fēng)場(chǎng)轉(zhuǎn)換成方形風(fēng)場(chǎng)，消除了相鄰風(fēng)場(chǎng)間的間隙，對(duì)原始風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行兩次有效的整流，提高了所生成風(fēng)場(chǎng)的精度。
【專利說(shuō)明】海上浮動(dòng)式風(fēng)力機(jī)水池模型試驗(yàn)用造風(fēng)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于海洋工程【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種新型試驗(yàn)用造風(fēng)裝置，具體涉及一種海上浮動(dòng)式風(fēng)力機(jī)水池模型試驗(yàn)用造風(fēng)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]風(fēng)能是目前發(fā)展最迅速、最具潛力的可再生能源，全球可利用的風(fēng)能資源非常豐富，風(fēng)能總量比地球上可開發(fā)利用的水能總量大10倍以上，其中大部分高品質(zhì)的風(fēng)能資源集中在海上深水區(qū)域。海上風(fēng)能大國(guó)如:美國(guó)、中國(guó)、日本、挪威等的風(fēng)能資源都集中在水深超過(guò)30m的非淺水區(qū)域。深水浮動(dòng)式風(fēng)力機(jī)作為一種替代傳統(tǒng)固定式風(fēng)機(jī)的新裝備具有廣闊的應(yīng)用前景，已成為國(guó)外海上風(fēng)能研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域。
[0003]浮動(dòng)式風(fēng)力機(jī)主要由三部分組成，即位于頂部的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、底部的浮式基礎(chǔ)和用以連接二者的塔筒結(jié)構(gòu)。底部的浮式基礎(chǔ)與海洋石油平臺(tái)下浮體相似，可劃分為三種主要類型:單柱式平臺(tái)，半潛式平臺(tái)和張力腿式平臺(tái)。單柱式平臺(tái)通過(guò)壓載使重心高度遠(yuǎn)低于浮心高度以獲得穩(wěn)性和優(yōu)良的垂蕩性能。半潛式平臺(tái)通過(guò)合理布置水線面以取得較大的水線面慣性矩，從而獲得穩(wěn)性和較好的運(yùn)動(dòng)性能。張力腿式平臺(tái)通過(guò)設(shè)置張力腿預(yù)張力以獲得穩(wěn)性和優(yōu)良的運(yùn)動(dòng)性能。美國(guó)、歐洲和日本等對(duì)此進(jìn)行了比較廣泛的研究，紛紛提出了新型的浮式風(fēng)機(jī)概念，目前處于不同的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證階段，并對(duì)其分別開展了相關(guān)海洋工程水池模型試驗(yàn)。
[0004]挪威Marintek水池于2005年對(duì)5麗“Hywind”概念進(jìn)行了風(fēng)、浪聯(lián)合作用模型試驗(yàn)。試驗(yàn)中模型幾何縮尺比為1:47，水動(dòng)力模型滿足弗勞德相似，空氣動(dòng)力學(xué)模型采用NACA44XX翼型剖面，并進(jìn)行了雷諾數(shù)(Re)修正。為滿足重量縮尺比關(guān)系，模型葉片材料采用碳纖維+環(huán)氧樹脂，并且局部中空處理。美國(guó)加州伯克利分校(UC Berkeley)船模拖曳水池對(duì)5MW “WindFloat”概念進(jìn)行了風(fēng)、浪聯(lián)合作用模型試驗(yàn)，試驗(yàn)共先后進(jìn)行了 2組，對(duì)應(yīng)模型幾何縮尺比分別為1:105和1:67。與常規(guī)海洋工程模型試驗(yàn)一樣，該模型滿足弗勞德相似和斯特勞哈爾相似，沒(méi)有考慮空氣動(dòng)力學(xué)相似，采用了簡(jiǎn)化的空氣動(dòng)力學(xué)模型。日本東京大學(xué)工業(yè)科學(xué)學(xué)院海洋工程水池對(duì)5MW張力腿式(TLP)風(fēng)力發(fā)電機(jī)概念進(jìn)行了風(fēng)、浪聯(lián)合作用模型試驗(yàn)。該TLP基礎(chǔ)由一個(gè)主體圓柱和3個(gè)等角度布置的長(zhǎng)方形下浮體組成。模型縮尺比為1:100，水動(dòng)力學(xué)模型滿足弗勞德相似和斯特勞哈爾相似。風(fēng)機(jī)槳葉翼型剖面采用NACA4412，材料為碳纖維復(fù)合材料(CFRP)。
[0005]經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，日本Toshiki等人于2013年的OMAE會(huì)議上發(fā)表了一種海上單柱式浮動(dòng)式風(fēng)機(jī)水池模型試驗(yàn)(0MAE2013-10649)。該水池模型試驗(yàn)中的造風(fēng)裝置采用的是將多組傳統(tǒng)圓形造風(fēng)單元簡(jiǎn)單累加后而成的結(jié)構(gòu)，并不能滿足高精度的造風(fēng)需求。該造風(fēng)裝置存在如下問(wèn)題:1)相鄰圓形造風(fēng)單元間存在空隙，不能生成平面內(nèi)均勻的風(fēng)場(chǎng)；2)傳統(tǒng)圓形造風(fēng)單元所產(chǎn)生的風(fēng)場(chǎng)存在多余的周向速度。因此，若要生成海上浮動(dòng)式風(fēng)力機(jī)水池模型試驗(yàn)所需要的高精度風(fēng)場(chǎng)，迫切需要開發(fā)一種新型的造風(fēng)裝置。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有海洋工程水池模型試驗(yàn)造風(fēng)裝置的上述不足和缺陷，提供一種海上浮動(dòng)式風(fēng)力機(jī)水池模型試驗(yàn)用造風(fēng)裝置，消除了相鄰造風(fēng)單元所生成的風(fēng)場(chǎng)間的間隙，將圓形風(fēng)場(chǎng)轉(zhuǎn)換成方形風(fēng)場(chǎng)，并能夠?qū)υ硷L(fēng)場(chǎng)進(jìn)行有效的整流。
[0007]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案是:
[0008]一種海上浮動(dòng)式風(fēng)力機(jī)水池模型試驗(yàn)用造風(fēng)裝置，其包括:
[0009]基座，為板梁式方框結(jié)構(gòu)，一端為進(jìn)風(fēng)口，另一端為出風(fēng)口 ；
[0010]若干相互緊密并行排列且連接的造風(fēng)整流單元，固定連接于所述基座的進(jìn)風(fēng)口的方框內(nèi)并充滿該方框的橫截面，該造風(fēng)整流單元包括造風(fēng)單元、圓轉(zhuǎn)方接頭和造風(fēng)單元整流裝置，該造風(fēng)單元的截面為圓形，用以生成圓形的原始風(fēng)場(chǎng)，該圓轉(zhuǎn)方接頭相互連接且與所述基座的方框內(nèi)壁相連，所述圓轉(zhuǎn)方接頭為圓轉(zhuǎn)方形結(jié)構(gòu)，其園端靠近所述基座的進(jìn)風(fēng)口并連接所述造風(fēng)單元，方端靠近所述基座的出風(fēng)口，用以將所述造風(fēng)單元所生成的圓形的原始風(fēng)場(chǎng)轉(zhuǎn)換成方形的風(fēng)場(chǎng)，所述造風(fēng)單元整流裝置安裝在所述圓轉(zhuǎn)方接頭的方端內(nèi)，用以對(duì)所述原始風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行整流；
[0011]整體整流裝置，安裝在所述基座的出風(fēng)口的方框內(nèi)且充滿該方框的橫截面，用以對(duì)所述風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行整流。
[0012]進(jìn)一步地，所述的造風(fēng)單元包含有風(fēng)扇、槳轂、電動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)基座和控制器。
[0013]進(jìn)一步地,每一所述的造風(fēng)整流單元包括一造風(fēng)單元、一圓轉(zhuǎn)方接頭和一造風(fēng)單元整流裝置。
[0014]進(jìn)一步地，所述的整體整流裝置為格柵式或蜂窩式。
[0015]進(jìn)一步地，所述的造風(fēng)單元整流裝置為格柵式或蜂窩式。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0017]I)采用了圓轉(zhuǎn)方接頭，將造風(fēng)單元所生成的圓形風(fēng)場(chǎng)轉(zhuǎn)換成了方形風(fēng)場(chǎng)，并且該圓轉(zhuǎn)方接頭相互連接且充滿了基座的橫截面，從而根本上消除了相鄰風(fēng)場(chǎng)間的間隙；2)由于采用了造風(fēng)單元整流裝置和整體整流裝置，可以對(duì)造風(fēng)單元所生成的原始風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行先后兩次有效的整流，因此提高了所生成的試驗(yàn)需要風(fēng)場(chǎng)的精度。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1是本發(fā)明的主視圖。
[0019]圖2是本發(fā)明的側(cè)視圖。
[0020]圖3是圖2的A-A剖視圖。
[0021]圖4是本發(fā)明圓轉(zhuǎn)方接頭的側(cè)視圖。
[0022]圖5是圖4的B-B剖視圖。
[0023]其中，I一基座，2—整體整流裝置，3—造風(fēng)單元，4一圓轉(zhuǎn)方接頭，5—造風(fēng)單元整流裝置。
【具體實(shí)施方式】
[0024]以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述，本實(shí)施例以本發(fā)明的技術(shù)方案為前提，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
[0025]如圖1和圖2所示，本實(shí)施例所述海上浮動(dòng)式風(fēng)力機(jī)水池模型試驗(yàn)用造風(fēng)裝置包括:基座1、25組造風(fēng)整流單元和整體整流裝置2 ;所述基座I用以支撐和安裝整體整流裝置2和造風(fēng)整流單元，該基座I為板梁式方框結(jié)構(gòu)，中間中心區(qū)域設(shè)有正方形開孔，其前后方向一端為進(jìn)風(fēng)口，另一端為出風(fēng)口(見圖2)。構(gòu)件的連接關(guān)系為:所述整體整流裝置2安裝在所述基座I的出風(fēng)口的方框內(nèi)，并且充滿該方框的橫截面，用以對(duì)所述風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行整流，生成試驗(yàn)所需要的高精度風(fēng)場(chǎng)；所述25組造風(fēng)整流單元相互緊密并行排列成5行5列，并且相互連接，其外周的造風(fēng)整流單元固定連接于所述基座I的進(jìn)風(fēng)口的方框內(nèi)，并且充滿該方框的橫截面，各造風(fēng)整流單元之間不留空隙，從而根本上消除了相鄰風(fēng)場(chǎng)間的間隙，能夠形成平面上均勻的風(fēng)場(chǎng)。
[0026]所述造風(fēng)整流單元包括造風(fēng)單元3、圓轉(zhuǎn)方接頭4和造風(fēng)單元整流裝置5 ;所述造風(fēng)單元3的截面為圓形,用以生成圓形的原始風(fēng)場(chǎng)；所述圓轉(zhuǎn)方接頭4為圓轉(zhuǎn)方形結(jié)構(gòu)，一端為園端，該園端為進(jìn)風(fēng)端，另一端為方端，該方端為出風(fēng)端，該圓轉(zhuǎn)方接頭4用以將所述造風(fēng)單元3所生成的圓形的原始風(fēng)場(chǎng)轉(zhuǎn)換成方形的風(fēng)場(chǎng)；所述造風(fēng)單元整流裝置5，用以對(duì)所述原始風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行整流。構(gòu)件的連接關(guān)系為:相鄰的圓轉(zhuǎn)方接頭4相互連接，并且外周的圓轉(zhuǎn)方接頭4通過(guò)螺栓與所述基座I的方框內(nèi)壁相連，從而使全部25組造風(fēng)整流單元固定連接于所述基座I內(nèi)；該圓轉(zhuǎn)方接頭4的園端靠近所述基座I的進(jìn)風(fēng)口，并且連接所述造風(fēng)單元3，方端靠近所述基座I的出風(fēng)口 ；所述造風(fēng)單元整流裝置5安裝在所述圓轉(zhuǎn)方接頭2的方端內(nèi)，見圖4。每一所述的造風(fēng)整流單元包括一造風(fēng)單元3、一圓轉(zhuǎn)方接頭4和一造風(fēng)單元整流裝置5，該造風(fēng)單元3、圓轉(zhuǎn)方接頭4和造風(fēng)單元整流裝置5的位置沿所述基座I的進(jìn)風(fēng)口向出風(fēng)口方向依次排列，從而形成自圓形的原始風(fēng)場(chǎng)轉(zhuǎn)換為方形的風(fēng)場(chǎng)的路徑。
[0027]所述的基座I總長(zhǎng)約1.7m，其中心區(qū)域的正方形開孔的邊長(zhǎng)為3m。
[0028]所述的整體整流裝置2為格柵式，請(qǐng)參閱圖3，格柵的開孔為正方形，邊長(zhǎng)75mm;該整體整流裝置2也可以為蜂窩式。
[0029]所述的造風(fēng)單元3包含有風(fēng)扇、槳轂、電動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)基座、控制器等，配用3種轉(zhuǎn)速:2900r/min、1450r/min或960r/min,面對(duì)進(jìn)風(fēng)口方向看風(fēng)扇葉輪為逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為2900r/min時(shí)，額定流量為8513m3/h。
[0030]所述的圓轉(zhuǎn)方接頭4的園端內(nèi)徑為410mm,方端邊長(zhǎng)為600mm。
[0031]所述的造風(fēng)單元整流裝置5為格柵式，格柵的開孔為正方形，邊長(zhǎng)25mm;該造風(fēng)單元整流裝置5也可以為蜂窩式。
[0032]本實(shí)施例的安裝和工作過(guò)程如下:
[0033]I)將造風(fēng)單元整流裝置5安裝在圓轉(zhuǎn)方接頭4的方端內(nèi)；
[0034]2)將整體整流裝置2和圓轉(zhuǎn)方接頭4分別安裝在基座I的出風(fēng)口和進(jìn)風(fēng)口上，將25組造風(fēng)單元3分別連接在圓轉(zhuǎn)方接頭4的園端上；
[0035]3)海上浮動(dòng)式風(fēng)力機(jī)水池模型試驗(yàn)用造風(fēng)裝置安裝完畢后，接通電源，25組造風(fēng)單元3開始工作，同時(shí)生成圓形的原始風(fēng)場(chǎng)；
[0036]4)造風(fēng)單元3生成的圓形的原始風(fēng)場(chǎng)經(jīng)圓轉(zhuǎn)方接頭4轉(zhuǎn)換為方形的風(fēng)場(chǎng)，并由造風(fēng)單元整流裝置5進(jìn)行初步整流；
[0037]5)由造風(fēng)單元整流裝置5初步整流后的風(fēng)場(chǎng)經(jīng)由整體整流裝置2進(jìn)一步整流，進(jìn)而生成試驗(yàn)所需要的高精度風(fēng)場(chǎng)。
[0038]本實(shí)施例所提供的海上浮動(dòng)式風(fēng)力機(jī)水池模型試驗(yàn)用造風(fēng)裝置與日本Toshiki等人所采用的造風(fēng)裝置相比，由于采用了圓轉(zhuǎn)方接頭，將造風(fēng)單元所生成的圓形風(fēng)場(chǎng)轉(zhuǎn)換成方形風(fēng)場(chǎng)，根本上消除了相鄰風(fēng)場(chǎng)間的間隙；采用了造風(fēng)單元整流裝置和整體整流裝置，可以對(duì)造風(fēng)單元所生成的原始風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行兩次有效的整流，進(jìn)而生成試驗(yàn)所需要的高精度風(fēng)場(chǎng)。
【權(quán)利要求】
1.一種海上浮動(dòng)式風(fēng)力機(jī)水池模型試驗(yàn)用造風(fēng)裝置，其特征是，所述造風(fēng)裝置包括: 基座，為板梁式方框結(jié)構(gòu)，一端為進(jìn)風(fēng)口，另一端為出風(fēng)口 ； 若干相互緊密并行排列且連接的造風(fēng)整流單元，固定連接于所述基座的進(jìn)風(fēng)口的方框內(nèi)并充滿該方框的橫截面，該造風(fēng)整流單元包括造風(fēng)單元、圓轉(zhuǎn)方接頭和造風(fēng)單元整流裝置，該造風(fēng)單元的截面為圓形，用以生成圓形的原始風(fēng)場(chǎng)，該圓轉(zhuǎn)方接頭相互連接且與所述基座的方框內(nèi)壁相連，所述圓轉(zhuǎn)方接頭為圓轉(zhuǎn)方形結(jié)構(gòu)，其園端靠近所述基座的進(jìn)風(fēng)口并連接所述造風(fēng)單元，方端靠近所述基座的出風(fēng)口，用以將所述造風(fēng)單元所生成的圓形的原始風(fēng)場(chǎng)轉(zhuǎn)換成方形的風(fēng)場(chǎng)，所述造風(fēng)單元整流裝置安裝在所述圓轉(zhuǎn)方接頭的方端內(nèi)，用以對(duì)所述原始風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行整流； 整體整流裝置，安裝在所述基座的出風(fēng)口的方框內(nèi)且充滿該方框的橫截面，用以對(duì)所述風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行整流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海上浮動(dòng)式風(fēng)力機(jī)水池模型試驗(yàn)用造風(fēng)裝置，其特征是，所述的造風(fēng)單元包含有風(fēng)扇、槳轂、電動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)基座和控制器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海上浮動(dòng)式風(fēng)力機(jī)水池模型試驗(yàn)用造風(fēng)裝置，其特征是，每一所述的造風(fēng)整流單元包括一造風(fēng)單元、一圓轉(zhuǎn)方接頭和一造風(fēng)單元整流裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海上浮動(dòng)式風(fēng)力機(jī)水池模型試驗(yàn)用造風(fēng)裝置，其特征是，所述的整體整流裝置為格柵式或蜂窩式。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海上浮動(dòng)式風(fēng)力機(jī)水池模型試驗(yàn)用造風(fēng)裝置，其特征是，所述的造風(fēng)單元整流裝置為格柵式或蜂窩式。
【文檔編號(hào)】G01M15/02GK103926080SQ201410152889
【公開日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2014年4月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月16日
【發(fā)明者】趙永生, 何炎平, 楊建民, 顧敏童 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)