一種簡易風(fēng)場模擬系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種簡易風(fēng)場模擬系統(tǒng)，其屬于結(jié)構(gòu)動力模型試驗技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]風(fēng)荷載作為海洋工程結(jié)構(gòu)(如海上平臺、海上風(fēng)機)、高聳建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計及運行中的控制荷載之一，備受研宄人員關(guān)注。目前開展結(jié)構(gòu)動力模型試驗是進(jìn)行重大工程結(jié)構(gòu)安全評價的主要方法之一，而重大工程結(jié)構(gòu)往往受多種環(huán)境荷載聯(lián)合作用，包括風(fēng)、波浪、海流、地震、海冰等等，需進(jìn)行多環(huán)境荷載聯(lián)合作用下的結(jié)構(gòu)動力模型試驗。
[0003]在多環(huán)境荷載聯(lián)合作用中如何實現(xiàn)風(fēng)荷載的模擬，一直以來都是重大工程結(jié)構(gòu)動力模型試驗所需解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了在多環(huán)境荷載聯(lián)合作用下的結(jié)構(gòu)動力模型試驗中實現(xiàn)風(fēng)荷載的模擬，本實用新型提供一種簡易風(fēng)場模擬系統(tǒng)。該模擬系統(tǒng)不僅可以模擬穩(wěn)態(tài)風(fēng)場，還可以模擬依據(jù)不同風(fēng)譜類型自動生成的脈動風(fēng)場，并且實時對風(fēng)場的風(fēng)速和風(fēng)向進(jìn)行采樣；同時采用計算機數(shù)控，保證輸出的風(fēng)場具有足夠的精度，以滿足試驗要求。
[0005]本實用新型所采用的技術(shù)方案是:一種簡易風(fēng)場模擬系統(tǒng)，它包括一個造風(fēng)系統(tǒng)和一個控制系統(tǒng)，它還包括一個風(fēng)速時程模擬輸出模塊，包含風(fēng)機陣、支撐系統(tǒng)、升降系統(tǒng)、整流裝置和調(diào)頻裝置的造風(fēng)系統(tǒng)和包含主程序控制模塊、風(fēng)速標(biāo)定模塊和風(fēng)譜參數(shù)設(shè)置模塊的控制系統(tǒng)與風(fēng)速時程模擬輸出模塊進(jìn)行電連接；
[0006]所述風(fēng)機陣采用4臺低噪聲軸流風(fēng)機以二排二列方式布置在高度為5m、跨度為7m的桁架結(jié)構(gòu)的支撐系統(tǒng)上，支撐系統(tǒng)設(shè)有便于風(fēng)機陣升降的升降系統(tǒng)，風(fēng)機陣的有效覆蓋面積為 2.54m X 2.54m ；
[0007]所述升降系統(tǒng)把升降滑道固定在支撐系統(tǒng)上，位于風(fēng)機陣上的升降滑體與升降滑道相配合，升降滑體在升降滑道上的移動距離為2.0m ;
[0008]所述調(diào)頻系統(tǒng)控制風(fēng)機陣的風(fēng)機葉片轉(zhuǎn)速，包含整流罩和由平行管簇構(gòu)成順風(fēng)管的整流裝置設(shè)置在風(fēng)機陣的出口處；
[0009]所述控制系統(tǒng)采用風(fēng)速時程模擬輸出模塊來實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)風(fēng)場和脈動風(fēng)場的模擬輸出，首先運用風(fēng)速標(biāo)定模塊對風(fēng)場輸出風(fēng)速進(jìn)行標(biāo)定，得到的風(fēng)速-電流標(biāo)定參數(shù)提供給主程序控制模塊，主程序控制模塊基于最小二乘法擬合得到風(fēng)速-電流關(guān)系曲線，同時依據(jù)風(fēng)譜參數(shù)設(shè)置模塊提供的參數(shù)調(diào)整電流信號輸出控制調(diào)頻裝置，進(jìn)行穩(wěn)態(tài)風(fēng)場和脈動風(fēng)場更為精確的模擬。
[0010]采用上述的技術(shù)方案，以二排二列的大功率風(fēng)機陣作為強力風(fēng)源，為解決風(fēng)機陣的振動問題并保證風(fēng)場的穩(wěn)定輸出，設(shè)計了具有足夠質(zhì)量和剛度的支撐系統(tǒng)以及用于平順出流的整流裝置，包括整流罩和順風(fēng)管。為了風(fēng)場的靈活布置以滿足不同模型試驗的需求，在支撐系統(tǒng)上增加了升降系統(tǒng)，通過升降滑道將風(fēng)機陣固定到支撐系統(tǒng)上，以電機來控制風(fēng)陣的上下運動，以此來調(diào)節(jié)風(fēng)場的作用范圍。通過調(diào)頻裝置(頻率調(diào)節(jié)范圍為0-50HZ)來調(diào)節(jié)風(fēng)機陣葉片的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)不同風(fēng)速值的輸出。該簡易風(fēng)場模擬系統(tǒng)主要用于模擬穩(wěn)態(tài)風(fēng)場以及依據(jù)不同風(fēng)譜類型生成的脈動風(fēng)場。由于僅僅依靠調(diào)頻裝置很難保證模擬風(fēng)場的輸出精度，因此本實用新型基于Visual C++開發(fā)簡易風(fēng)場模擬控制系統(tǒng)，其主要包含三個模塊，分別為主程序控制模塊、風(fēng)速標(biāo)定模塊、風(fēng)譜參數(shù)設(shè)置模塊。整套控制系統(tǒng)將實際風(fēng)速轉(zhuǎn)化為電流信號來進(jìn)行模擬。同時讀入風(fēng)譜參數(shù)設(shè)置模塊的有關(guān)參數(shù)，參考風(fēng)速時程文件進(jìn)行風(fēng)速時程的模擬輸出。
[0011]本實用新型的有益效果是:這種簡易風(fēng)場模擬系統(tǒng)包括造風(fēng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和風(fēng)速時程模擬輸出模塊，包含風(fēng)機陣、支撐系統(tǒng)、升降系統(tǒng)、整流裝置和調(diào)頻裝置的造風(fēng)系統(tǒng)和包含主程序控制模塊、風(fēng)速標(biāo)定模塊和風(fēng)譜參數(shù)設(shè)置模塊的控制系統(tǒng)與風(fēng)速時程模擬輸出模塊進(jìn)行電連接。該模擬系統(tǒng)可以實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)風(fēng)場和脈動風(fēng)場的精確模擬輸出，控制系統(tǒng)是基于Visual C++開發(fā)，不僅具有足夠的穩(wěn)定性和模擬精度，還具有很好的可操作性。這對于重大工程結(jié)構(gòu)的試驗研宄具有重要意義。通過該簡易風(fēng)場模擬系統(tǒng)可以開展海洋工程結(jié)構(gòu)風(fēng)疲勞損傷模型試驗、海上風(fēng)機結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載動力模型試驗、海上風(fēng)機葉片氣動力特性研宄。特別是與波流-地震模擬系統(tǒng)相結(jié)合構(gòu)成復(fù)雜環(huán)境荷載聯(lián)合模擬系統(tǒng)后，可以開展固定式、浮式海洋工程結(jié)構(gòu)在風(fēng)、波浪、海流以及地震等環(huán)境荷載共同作用下的模型試驗研宄。
【附圖說明】
[0012]圖1是一種簡易風(fēng)場模擬系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
[0013]圖2是造風(fēng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)正視圖。
[0014]圖3是造風(fēng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)側(cè)視圖。
[0015]圖4是風(fēng)機陣和整流裝置示意圖。
[0016]圖5是圖4中的A-A剖視圖。
[0017]圖6是風(fēng)速-電流擬合關(guān)系曲線。
[0018]圖中:1、風(fēng)機陣，2、支撐系統(tǒng)，3、升降系統(tǒng)，3a、升降滑道，3b、升降滑體，4、整流罩，
5、順風(fēng)管。
【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖對本套簡易風(fēng)場模擬系統(tǒng)作進(jìn)一步的說明。
[0020]圖1示出了一種簡易風(fēng)場模擬系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。圖中，這種簡易風(fēng)場模擬系統(tǒng)包括一個造風(fēng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和風(fēng)速時程模擬輸出模塊，包含風(fēng)機陣1、支撐系統(tǒng)2、升降系統(tǒng)
3、整流裝置和調(diào)頻裝置的造風(fēng)系統(tǒng)和包含主程序控制模塊、風(fēng)速標(biāo)定模塊和風(fēng)譜參數(shù)設(shè)置模塊的控制系統(tǒng)與風(fēng)速時程模擬輸出模塊進(jìn)行電連接。
[0021]圖2、3示出了造風(fēng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。風(fēng)機陣I采用4臺低噪聲軸流風(fēng)機以二排二列方式布置在高度為5m、跨度為7m的桁架結(jié)構(gòu)的支撐系統(tǒng)2上，支撐系統(tǒng)2設(shè)有便于風(fēng)機陣I升降的升降系統(tǒng)3，升降系統(tǒng)3的最大調(diào)整幅度為2.0m，風(fēng)機陣I的有效覆蓋面積為2.54mX2.54m。二排二列的風(fēng)機陣I作為強力風(fēng)源，構(gòu)成了該模擬系統(tǒng)的核心。
[0022]升降系統(tǒng)3把升降滑道3a固定在支撐系統(tǒng)2上，位于風(fēng)機陣I上的升降滑體3b與升降滑道3a相配合，升降滑體3b在升降滑道3a上的移動距離為2.0m。
[0023]調(diào)頻系統(tǒng)控制風(fēng)機陣I的風(fēng)機葉片轉(zhuǎn)速，包含整流罩4和由平行管簇構(gòu)成順風(fēng)管5的整流裝置設(shè)置在風(fēng)機陣I的出口處。
[0024]支撐系統(tǒng)必須具有足夠大的質(zhì)量和剛度來保證風(fēng)機陣I在造風(fēng)時具有足夠的穩(wěn)定性，從而保證模擬風(fēng)場的質(zhì)量。
[0025]圖4、5示出了風(fēng)機陣和整流裝置的結(jié)構(gòu)圖。調(diào)頻裝置(頻率調(diào)節(jié)范圍為0-50HZ)受控制系統(tǒng)的控制，通過調(diào)節(jié)風(fēng)機葉片的轉(zhuǎn)速，達(dá)到控制風(fēng)速的目的，從而實現(xiàn)不同風(fēng)速值的輸出。包含整流罩4和順風(fēng)管5的整流裝置設(shè)置在風(fēng)機陣I的出口處，為了保證模擬風(fēng)場在出口處能夠平順出流，以確保模擬風(fēng)場的精度。
[0026]該簡易風(fēng)場模擬系統(tǒng)可以參考某一具體的風(fēng)速時程文件來進(jìn)行風(fēng)速時程的輸出，因此該模擬系統(tǒng)的輸出風(fēng)速必須具有足夠的精度。為了達(dá)到精度上的要求，基于VisualC++開發(fā)了簡易風(fēng)場模擬系統(tǒng)的控制系統(tǒng)。
[0027]該控制系統(tǒng)主要有主程序控制模塊、風(fēng)速標(biāo)定模塊和風(fēng)譜參數(shù)設(shè)置模塊組成。該控制系統(tǒng)通過電流信號對模擬系統(tǒng)輸出的風(fēng)速進(jìn)行實時調(diào)節(jié)。該控制系統(tǒng)首先通過風(fēng)速標(biāo)定模塊得到風(fēng)速-電流的標(biāo)定參數(shù)，主程序控制模塊依據(jù)該標(biāo)定參數(shù)采用最小二乘法擬合得到風(fēng)速-電流關(guān)系曲線，同時調(diào)用風(fēng)譜參數(shù)設(shè)置模塊的相關(guān)風(fēng)譜參數(shù)，來進(jìn)行風(fēng)速時程的模擬輸出。控制系統(tǒng)首先根據(jù)風(fēng)速文件的風(fēng)速值，依據(jù)風(fēng)速-電流關(guān)系曲線得到其所需的電流值，而后將該電流值作用于調(diào)頻裝置，以此來控制風(fēng)機葉片的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)對風(fēng)速時程的模擬。圖6示出了風(fēng)速-電流擬合關(guān)系曲線，是一一對應(yīng)的映射關(guān)系，因此該簡易風(fēng)場模擬系統(tǒng)具有足夠的精度來進(jìn)行試驗風(fēng)場的模擬輸出。
[0028]上述的簡易風(fēng)場模擬系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)如下:
[0029]風(fēng)機陣:二排二列方式布置的低噪聲軸流風(fēng)機，有效覆蓋面積2.54mX 2.54m ;單個風(fēng)機:進(jìn)出口直徑400mm，電機功率120W，電機轉(zhuǎn)速1450r/min，額定風(fēng)量3000m3/h。
[0030]支撐系統(tǒng):桁架結(jié)構(gòu)形式，高度5m，跨度7m ;升降系統(tǒng):最大升降幅度為2.0m,控制方式:電機控制。
[0031]整流裝置:整流罩長度644mm，整流面積2.59mX2.59m，順風(fēng)管長度400mm，外直徑40mm，布置面積 2.54m X 2.54m。
[0032]調(diào)頻裝置:三相供電電壓380V-480V ;工作頻率范圍0_50Hz ;最大工作溫度范圍0-500C ;相對濕度小于95%。
[0033]輸出風(fēng)場類型:穩(wěn)態(tài)風(fēng)場、依據(jù)不同風(fēng)譜生成的脈動風(fēng)場；風(fēng)速輸出范圍:0-7m/s ;控制方式:計算機數(shù)控；風(fēng)場模擬精度:正/負(fù)5%。
【主權(quán)項】
1.一種簡易風(fēng)場模擬系統(tǒng)，它包括一個造風(fēng)系統(tǒng)和一個控制系統(tǒng)，其特征是:包含風(fēng)機陣(1)、支撐系統(tǒng)(2)、升降系統(tǒng)(3)、整流裝置和調(diào)頻裝置的造風(fēng)系統(tǒng)和包含主程序控制模塊、風(fēng)速標(biāo)定模塊和風(fēng)譜參數(shù)設(shè)置模塊的控制系統(tǒng)與其所特有的風(fēng)速時程模擬輸出模塊進(jìn)行電連接； 所述風(fēng)機陣(I)采用4臺低噪聲軸流風(fēng)機以二排二列方式布置在高度為5m、跨度為7m的桁架結(jié)構(gòu)的支撐系統(tǒng)(2)上，支撐系統(tǒng)(2)設(shè)有便于風(fēng)機陣(I)升降的升降系統(tǒng)(3)，風(fēng)機陣(I)的有效覆蓋面積為2.54mX2.54m ； 所述升降系統(tǒng)(3)把升降滑道(3a)固定在支撐系統(tǒng)(2)上，位于風(fēng)機陣(I)上的升降滑體(3b)與升降滑道(3a)相配合，升降滑體(3b)在升降滑道(3a)上的移動距離為2.0m ; 所述調(diào)頻系統(tǒng)控制風(fēng)機陣(I)的風(fēng)機葉片轉(zhuǎn)速，包含整流罩(4)和由平行管簇構(gòu)成順風(fēng)管(5)的整流裝置設(shè)置在風(fēng)機陣(I)的出口處； 所述控制系統(tǒng)采用風(fēng)速時程模擬輸出模塊來控制風(fēng)速輸出，模擬輸出穩(wěn)態(tài)風(fēng)場和脈動風(fēng)場，首先運用風(fēng)速標(biāo)定模塊對風(fēng)場輸出風(fēng)速進(jìn)行標(biāo)定，得到的風(fēng)速-電流標(biāo)定參數(shù)提供給主程序控制模塊，主程序控制模塊基于最小二乘法擬合得到風(fēng)速-電流關(guān)系曲線，同時依據(jù)風(fēng)譜參數(shù)設(shè)置模塊提供的參數(shù)調(diào)整電流信號輸出控制調(diào)頻裝置，進(jìn)行穩(wěn)態(tài)風(fēng)場和脈動風(fēng)場更為精確的模擬。
【專利摘要】一種簡易風(fēng)場模擬系統(tǒng)，其屬于結(jié)構(gòu)動力模型試驗技術(shù)領(lǐng)域。這種模擬系統(tǒng)把包含風(fēng)機陣、支撐系統(tǒng)、升降系統(tǒng)、整流裝置和調(diào)頻裝置的造風(fēng)系統(tǒng)和包含主程序控制模塊、風(fēng)速標(biāo)定模塊和風(fēng)譜參數(shù)設(shè)置模塊的控制系統(tǒng)與風(fēng)速時程模擬輸出模塊進(jìn)行電連接。該模擬系統(tǒng)可以實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)風(fēng)場和脈動風(fēng)場的精確模擬輸出，不僅具有足夠的穩(wěn)定性和模擬精度，還具有很好的可操作性。可以開展海洋工程結(jié)構(gòu)風(fēng)疲勞損傷模型試驗、海上風(fēng)機結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載動力模型試驗、海上風(fēng)機葉片氣動力特性研究。特別是與波流-地震模擬系統(tǒng)相結(jié)合構(gòu)成復(fù)雜環(huán)境荷載聯(lián)合模擬系統(tǒng)后，可以開展固定式、浮式海洋工程結(jié)構(gòu)在風(fēng)、波浪、海流以及地震等環(huán)境荷載共同作用下的模型試驗研究。
【IPC分類】G01M9-08
【公開號】CN204514566
【申請?zhí)枴緾N201520153418
【發(fā)明人】王濱, 李昕, 王文華, 李木國, 徐建強, 周永
【申請人】中國電建集團華東勘測設(shè)計研究院有限公司, 大連理工大學(xué)
【公開日】2015年7月29日
【申請日】2015年3月18日