一種浮式風機運動性能的試驗模型及試驗方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及風力發電機組的運動性能試驗技術領域，尤其是涉及一種浮式風機運 動性能的試驗模型及試驗方法。
【背景技術】
[0002] 浮式風機使用浮式結構作為海上風機的基礎平臺，基礎平臺則用系泊系統錨定于 海床。其成本較低，對地質條件沒有要求，且容易運輸，具有廣闊的應用前景。浮式風機處 于惡劣的海洋環境荷載中，使得受力機理和運動性能復雜。
[0003] 其中，模型試驗是提高浮式風力發電技術經濟有效的方式。然而，目前對浮式風機 模型試驗的研究甚少，且還未形成一套系統完善的模型試驗方法。
【發明內容】
[0004] 基于此，本發明在于克服現有技術的缺陷，提供一種浮式風機運動性能的試驗模 型，它能夠方便獲取與原型浮式風機相似的結構受力和運動性能，且模型成本低廉。
[0005] 其技術方案如下：
[0006] -種浮式風機運動性能的試驗模型，包括：水池；浮式風電機組模型，所述浮式風 電機組模型漂浮在所述水池內，所述浮式風電機組模型包括浮式平臺模型、系泊系統模型 與風力機模型，所述浮式平臺模型通過系泊系統模型與所述水池相連接，所述風力機模型 安裝在所述浮式平臺模型上方，所述風力機模型包括風輪葉片、用于驅動所述風輪葉片轉 動的電動機、安裝所述風輪葉片的機艙、支撐所述機艙的塔架、設置在所述塔架上的第一六 分力儀、設置在所述機艙上的第二六分力儀以及加速度儀，所述電動機、第一六分力儀、第 二六分力儀以及加速度儀均電性連接至控制裝置；造風系統，所述造風系統用于輸出風場， 所述造風系統與所述風力機模型的風輪葉片相對設置，且所述造風系統的輸出風場涵蓋了 所述風輪葉片所運行的區域，所述造風系統電性連接至所述控制裝置；造波系統以及造流 系統，所述造波系統用于使得所述水池內產生波浪，所述造流系統用于使得所述水池內產 生水流，所述造波系統以及所述造流系統均與所述風輪葉片相對設置、且位于所述風輪葉 片的同一側，所述造波系統以及所述造流系統位于所述水池的一端，所述造波系統及所述 造流系統電性連接至所述控制裝置。
[0007] 在其中一個實施例中，還包括消波系統，所述消波系統位于所述水池的另一端，所 述消波系統與所述造波系統相對設置。
[0008] 在其中一個實施例中，所述風輪葉片為碳纖維材料，所述風輪葉片內設有腔體，所 述腔體內設有碳纖維桿以及樹脂。
[0009] 在其中一個實施例中，所述塔架包括由鋁合金材料制成的第一中空桿以及由鋁制 材料制成的第二中空桿，所述浮式平臺模型由玻璃鋼制成，所述浮式平臺模型、第一中空桿 以及第二中空桿依次固定連接，所述第二中空桿與所述機艙固定連接，且所述第二中空桿 上安裝有所述第一六分力儀。
[0010] 在其中一個實施例中，所述系泊系統模型為系泊纜索或張力腿結構。
[0011] 在其中一個實施例中，所述系泊纜索包括鋼絲、彈簧以及若干鉛墜，所述鋼絲與彈 簧相連，若干所述鉛墜均勻布置在所述鋼絲與所述彈簧組成的纜線上，所述纜線的一端與 所述浮式平臺上的導纜孔相連，所述纜線的另一端與所述水池底板相連。
[0012] 本發明還提供一種浮式風機運動性能的試驗模型的試驗方法，包括如下步驟：獲 取風輪葉片所受到推力的推力信號以及獲取風輪葉片轉速的轉速信號；根據獲取的所述推 力信號與轉速信號，判斷所述風輪葉片的推力與轉速是否同時與理論推力以及理論轉速分 別相同，若是，則進入后續模型試驗，若否，則通過內設方法調整使得風輪葉片的推力與轉 速分別同時與理論推力以及理論轉速分別相同后再進入后續模型試驗。
[0013] 在其中一個實施例中，所述內設方法包括如下步驟：步驟a、通過所述電動機調整 所述風輪葉片的轉速，使得所述風輪葉片的轉速與所述理論轉速相同；步驟b、判斷所述風 輪葉片受到的推力與所述理論推力是否相同，若是，則進入后續模型試驗；若不是，則調整 所述造風系統的輸出風速，使得所述風輪葉片受到的推力與所述理論推力相同；步驟c、判 斷所述風輪葉片的轉速是否與所述理論轉速相同，若是，則進入后續模型試驗；若不是，則 通過所述電動機調整所述風輪葉片的轉速與所述理論轉速一致，并進入步驟b。
[0014] 在其中一個實施例中，當所述風輪葉片的轉速與所述理論轉速相同、并判斷出所 述風輪葉片受到的推力小于所述理論推力時，則對所述風輪葉片的邊緣進行粗糙化處理或 者加裝激流絲。
[0015] 下面結合上述技術方案對本發明的原理、效果進一步說明：
[0016] 1、本發明所述的浮式風機運動性能的試驗模型，能通過水池、浮式風電機組模型、 造風系統、造波系統以及造流系統精確模擬風浪流海洋環境、結構柔性和風機氣動性能，因 此具有較高的綜合模型試驗技術。相對于原型浮式風電機組測試試驗，通過本發明試驗模 型進行試驗，能夠提供相對真實準確的模型驗證數據，如此能夠評價原型浮式風電機組的 動力性能，且本發明試驗模型試驗周期短、成本低和風險小。
[0017] 2、造波系統產生的波浪以及造流系統產生的水流經過浮式風電機組模型后，通過 消波系統來吸收波浪的能量，能避免波浪反射至浮式風電機組，使得本發明浮式風機的運 動性能的測試數據與原型中的運動性能數據更加接近。
[0018] 3、所述風輪葉片為碳纖維材料，所述風輪葉片內設有腔體，所述腔體內采用碳纖 維桿進行支撐并在腔體內部填充樹脂。如此，能夠保證風輪葉片的剛度與強度，且質量輕。 塔架模型的第一中空桿選擇6061鋁合金材料制作，防腐性能好，且質量輕。浮式平臺模型 采用玻璃鋼制作，使得剛度與水密性好。
[0019] 4、反復調整電動機的轉速以及造風系統的輸出風速，使得風輪葉片的轉速與風輪 葉片受到的推力能夠同時與原型中的相似，使得通過本發明所述浮式風機運動性能試驗模 型所獲得的模型試驗數據能夠準確反映原型浮式風機的運動性能。同時記錄下此時電動 機的工作狀態以及造風系統的工作頻率。在后續進行相同原型風速下的模型試驗時，可以 按照標定好的電動機狀態和造風系統的工作頻率進行模型試驗，使得模型試驗更加快速方 便，縮短了模型試驗的時間。
【附圖說明】
[0020] 圖1為本發明實施例所述浮式風機運動性能的試驗模型結構示意圖；
[0021] 圖2為本發明實施例所述浮式風機運動性能的試驗模型中的浮式風力機模型的 結構示意圖；
[0022] 圖3為本發明實施例所述浮式風機運動性能的試驗模型的試驗方法流程圖。
[0023] 附圖標記說明：
[0024] 10、水池，20、浮式風電機組模型，21、浮式平臺模型，22、風力機模型，221、風輪葉 片，222、電動機，223、機艙，224、塔架，225、第一六分力儀，226、第二六分力儀，227、加速度 儀，30、造風系統，40、造波系統，50、造流系統，60、系泊纜索。
【具體實施方式】
[0025] 下面對本發明的實施例進行詳細說明：
[0026] 如圖1及2所示，本發明所述的浮式風機運動性能的試驗模型，包括水池10、浮式 風電機組模型20、造風系統30、造波系統40以及造流系統50。
[0027] 所述浮式風電機組模型20漂浮在所述水池10內，所述浮式風電機組模型20包括 浮式平臺模型21、系泊系統模型