專利名稱：海面風場模擬試驗裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及海洋環(huán)境試驗裝置，特別是涉及模擬海面風速和風向的海洋環(huán)境試驗
直O(jiān)
背景技術：
在海洋開發(fā)過程中，海洋環(huán)境監(jiān)測技術、海洋能開發(fā)利用技術等高新技術的研究和發(fā)展是促進海洋可持續(xù)開發(fā)利用的重要環(huán)節(jié)。然而，海洋環(huán)境是復雜多變的，風、波浪、海流等要素直接作用于海洋環(huán)境監(jiān)測儀器設備與海洋能發(fā)電裝置之上，影響設備的強度和穩(wěn)定性。因此，通過室內(nèi)海洋環(huán)境模擬試驗裝置，檢驗海洋監(jiān)測儀器設備和海洋能發(fā)電裝置的技術指標和環(huán)境適應性，為海洋環(huán)境監(jiān)測和海洋能開發(fā)利用技術發(fā)展提供科學依據(jù)，是促進海洋高新科技研發(fā)成果產(chǎn)業(yè)化進程的重要技術手段。風是海洋中主要的動力現(xiàn)象之一，既是可以有效利用的可再生能源，又是影響海上設備強度和穩(wěn)定性的重要動力環(huán)境要素。因此，模擬海上風動力環(huán)境的試驗裝置，在海洋環(huán)境監(jiān)測技術、海洋能開發(fā)利用技術的研究和發(fā)展中得到進一步重視。目前，已有的風動力環(huán)境模擬試驗裝置是將軸流風機組安裝在水槽上方的移動平臺上，通過平臺的移動改變風機組位置和轉(zhuǎn)動風機組的方向，從而變動風場區(qū)域和變化風向。但是，上述試驗裝置的缺點是無法改變風機組與水槽水面的距離，不能進行風向的三維變化，也影響風力對水面的作用控制，因此，對海洋環(huán)境監(jiān)測儀器設備和海洋能發(fā)電裝置不能全面詳細的開展風力模擬試驗。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有的風動力環(huán)境模擬試驗裝置所存在的問題，本發(fā)明推出一種新型結(jié)構(gòu)的海面風場模擬試驗裝置，利用連接轉(zhuǎn)軸的吊臂與軸流風機組的結(jié)合，進行全方位的風向、風速控制，全面模擬海洋環(huán)境中風場的變化狀況，實現(xiàn)對海洋環(huán)境監(jiān)測儀器設備和海洋能發(fā)電裝置更好地進行海面風場模擬試驗。本發(fā)明所涉及的海面風場模擬試驗裝置包括可移動式機架、軸流風機組和計算機控制系統(tǒng)。可移動式機架包括支柱、轉(zhuǎn)軸、支撐柱和吊臂，由高強度結(jié)構(gòu)鋼制成。支柱呈圓筒狀，支柱底部設置底板，支柱的底板通過螺栓固定于水槽一側(cè)的澆注地腳上。轉(zhuǎn)軸設置在支柱內(nèi)，支柱的上部和下部均裝有軸承，實現(xiàn)支柱與轉(zhuǎn)軸的軸承接合。轉(zhuǎn)軸與上部的支撐柱結(jié)合為一體，支撐柱下部支座置于轉(zhuǎn)軸與支柱的頂面之上，支撐柱下部支座的外徑大于支撐柱上部柱體外徑。支柱外部設置驅(qū)動電機，驅(qū)動電機的電機軸與轉(zhuǎn)軸齒輪聯(lián)接，驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)動可帶動轉(zhuǎn)軸在支柱內(nèi)沿軸向轉(zhuǎn)動，與轉(zhuǎn)軸結(jié)合一體的支撐柱同時轉(zhuǎn)動。吊臂固定在支撐柱下部支座的軸上，支座底部設置牽引電機。牽引電機的牽引鋼絲繩穿過支撐柱頂部的滑輪連接吊臂的末端，牽引電機通過牽引鋼絲繩可以使吊臂沿支座軸上下擺動。吊臂的末端設置軸流風機組，軸流風機組固定在吊臂末端垂直引下的轉(zhuǎn)動軸上， 吊臂末端設置第二驅(qū)動電機，第二驅(qū)動電機的電機軸與轉(zhuǎn)動軸齒輪連接，第二驅(qū)動電機帶動轉(zhuǎn)動軸及其固定的軸流風機組轉(zhuǎn)動，角度測量儀會顯示轉(zhuǎn)動的角度。計算機控制系統(tǒng)包括風速儀、變頻器及計算機。風速儀、變頻器連接計算機。變頻器分別連接牽引電機、驅(qū)動電機、第二驅(qū)動電機和軸流風機。風速儀放置在水槽水面上的風場中，采集風速數(shù)值并傳輸給計算機，計算機通過變頻器分別控制牽引電機、驅(qū)動電機、第二驅(qū)動電機和軸流風機的轉(zhuǎn)速，使風速和風向穩(wěn)定在預設值。風速儀、計算機、變頻器之間， 均采用軟線連接和輸送電信號。本發(fā)明所述的海面風場模擬試驗裝置，實現(xiàn)了風與完全成長的波浪呈任意角度的可調(diào)節(jié)設計，實現(xiàn)了在試驗室內(nèi)模擬海洋環(huán)境中風動力環(huán)境變化的真實情況，為海洋環(huán)境監(jiān)測儀器設備和海洋能發(fā)電裝置進行風動力環(huán)境試驗提供可靠的試驗技術手段。另外，在非工作狀態(tài)時本裝置可以放置于水槽的一側(cè)，有利于水槽做其他的試驗。


圖1為本發(fā)明所涉及的海面風場模擬試驗裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖中標記說明
1、底板2、加強板3、支柱4、驅(qū)動電機5、轉(zhuǎn)軸6、軸承7、支座8、支撐柱9、滑輪10、吊臂11、牽引電機12、鋼絲繩13、第二驅(qū)動電機14、角度測量儀15、第二軸承16、轉(zhuǎn)動軸17、軸流風機18、風機架。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術方案作進一步描述。圖1顯示本發(fā)明的主要結(jié)構(gòu)， 如圖所示，本發(fā)明所涉及的海面風場模擬試驗裝置包括可移動式機架、軸流風機組和計算機控制系統(tǒng)?？梢苿邮綑C架由高強度結(jié)構(gòu)鋼制成，包括支柱3、轉(zhuǎn)軸5、支撐柱8和吊臂10。支柱 3呈圓筒狀，支柱3的底部設置底板1，底板1通過螺栓固定于水槽一側(cè)的澆注地腳上，支柱 3的底部外側(cè)套有加強板2，加強板2將支柱3的底部和底板1禁錮在一起。轉(zhuǎn)軸5設置在支柱3內(nèi)，支柱3與轉(zhuǎn)軸5之間設置軸承6。轉(zhuǎn)軸5與上部的支撐柱8結(jié)合為一體，支撐柱 8下部的支座7置于轉(zhuǎn)軸5與支柱3的上面，支撐柱8下部支座7的外徑大于支撐柱8上部柱體外徑。轉(zhuǎn)軸5外部設置驅(qū)動電機4，驅(qū)動電機4的電機軸與轉(zhuǎn)軸5齒輪聯(lián)接，轉(zhuǎn)軸5可繞支柱3中心軸線做180°旋轉(zhuǎn)。吊臂10固定在支撐柱8下部支座7的軸上，支座7底部設置牽弓丨電機11。牽引電機11的牽引鋼絲繩12穿過支撐柱8頂部的滑輪9連接吊臂10的末端，牽引電機11通過牽引鋼絲繩12可以使吊臂10沿支座軸上下擺動。吊臂10的末端設置軸流風機組，軸流風機組固定在吊臂末端垂直引下的轉(zhuǎn)動軸 16上。軸流風機組由多個軸流風機17和固定軸流風機17的風機架18構(gòu)成。風機架18固定在吊臂10的轉(zhuǎn)動軸16上，吊臂10末端設置第二驅(qū)動電機13，第二驅(qū)動電機13的電機軸與轉(zhuǎn)動軸16齒輪聯(lián)接，轉(zhuǎn)動軸16可帶動軸流風機組沿軸向做180°旋轉(zhuǎn)，角度測量儀14 會顯示旋轉(zhuǎn)的角度。牽引電機11、驅(qū)動電機4、第二驅(qū)動電機13和軸流風機17分別連接計算機控制系統(tǒng)的變頻器。計算機控制系統(tǒng)包括風速儀、變頻器及計算機。風速儀放置在水槽水面上的風場中，采集風速數(shù)值并傳輸給計算機，計算機通過變頻器分別控制牽引電機11、驅(qū)動電機 4、第二驅(qū)動電機13和軸流風機17的轉(zhuǎn)速，使風速和風向穩(wěn)定在預設值。
權(quán)利要求
1.一種海面風場模擬試驗裝置，其特征在于包括可移動式機架、軸流風機組和計算機控制系統(tǒng)；可移動式機架包括支柱(3)、轉(zhuǎn)軸(5)、支撐柱(8)和吊臂(10)，由高強度結(jié)構(gòu)鋼制成；支柱(3)呈圓筒狀，轉(zhuǎn)軸(5)設置在支柱(3)內(nèi)，支柱(3)與轉(zhuǎn)軸(5)之間設置軸承 (6)；轉(zhuǎn)軸(5)外部設置驅(qū)動電機(4)，驅(qū)動電機(4)與轉(zhuǎn)軸(5)齒輪聯(lián)接；轉(zhuǎn)軸(5)與上部的支撐柱(8)結(jié)合為一體，吊臂(10)固定在支撐柱(8)下部支座(7)的軸上，支座(7)底部設置牽引電機(11)，牽引電機(11)的牽引鋼絲繩(12)穿過支撐柱(8)頂部的滑輪(9)連接吊臂(10)的末端；吊臂(10)的末端設置軸流風機組，軸流風機組固定在吊臂(10)末端垂直引下的轉(zhuǎn)動軸(16)上，吊臂(10)末端設置第二驅(qū)動電機(13)，第二驅(qū)動電機(13)的電機軸與轉(zhuǎn)動軸(16)齒輪聯(lián)接；牽引電機(11)、驅(qū)動電機(4)、第二驅(qū)動電機(13)和軸流風機 (17)分別連接計算機控制系統(tǒng)的變頻器，計算機通過變頻器分別控制牽引電機(11)、驅(qū)動電機(4 )、第二驅(qū)動電機(13 )和軸流風機(17 )的轉(zhuǎn)速。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海面風場模擬試驗裝置，其特征在于，所述的支柱(3)的底部設置底板(1)，底板(1)通過螺栓固定于水槽一側(cè)的澆注地腳上，支柱(3)的底部外側(cè)套有加強板(2)，加強板(2)將支柱(3)的底部和底板(1)禁錮在一起。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海面風場模擬試驗裝置，其特征在于，所述支撐柱(8)下部支座(7)的外徑大于支撐柱(8)上部柱體外徑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海面風場模擬試驗裝置，其特征在于，所述的軸流風機組由多個軸流風機(17)和固定軸流風機(17)的風機架(18)構(gòu)成，風機架(18)固定在吊臂(10) 末端垂直引下的轉(zhuǎn)動軸(16)上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種室內(nèi)海面風場模擬試驗裝置，包括可移動式機架、軸流風機組和計算機控制系統(tǒng)。軸流風機組固定在吊臂末端垂直引下的轉(zhuǎn)動軸上，吊臂固定在可轉(zhuǎn)動的支撐柱支座的軸上，計算機控制吊臂沿支座軸上下擺動、固定吊臂的支撐柱轉(zhuǎn)動、固定軸流風機組的轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)動，使軸流風機組吹出的風呈任意角度可調(diào)節(jié)設計，實現(xiàn)了在試驗室內(nèi)模擬海洋環(huán)境中風動力環(huán)境變化的真實情況，為海洋環(huán)境監(jiān)測儀器設備和海洋能發(fā)電裝置進行風動力環(huán)境試驗提供可靠的試驗技術手段。
文檔編號G01M9/00GK102435409SQ20111027386
公開日2012年5月2日 申請日期2011年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月15日
發(fā)明者司惠民, 宋雨澤, 朱曉陽, 李彥, 李超, 楊寧, 楊磊, 熊焰, 王士一, 王春誼, 王花梅, 王項南, 石建軍, 路寬 申請人:國家海洋技術中心