[发明专利]一种海上浮式风机非定常气动特性试验研究系统及方法

说明书

本发明公开了一种海上浮式风机非定常气动特性试验研究的系统及方法，包括造风系统、模型风机系统、六自由度运动平台、风轮尾迹探测系统、高性能控制系统和高集成信号采集系统；所述造风系统用于产生各种复杂的定常或非定常入流风场；所述模型风机系统用于实现在不同入流风场下对风机运行状况的控制；所述六自由度运动平台用于模拟海上浮式风机在海洋环境作用下的静态浮体姿态和动态浮体姿态；所述风轮尾迹探测系统用于监测风轮尾迹在不同空间位置处的风速和风向。通过本发明的实施，能够有效模拟海洋环境下风机的各种工况，获得丰富的浮式风机在各种非定常因素作用下的风机气动响应特征及载荷信息，提升海上浮式风机空气动力学的研究。

技术领域

本发明涉及海上漂浮式风力发电技术领域，尤其涉及一种海上浮式风机非定常气动特性试验研究系统及方法。

背景技术

随着化石能源的消耗殆尽和全球气候的恶化，风力发电技术得到了越来越广泛的关注。经过多年发展，陆地优质风资源的开发逐渐饱和，加之陆地运输条件及土地使用的限制，风力发电技术逐渐从陆地向海上发展。对于深海区域，传统的固定式塔基技术在技术上和经济上均不可行。海上漂浮式风力发电技术应运而生，近年来成为了学术界和工业界的研究热点。

由于海洋环境的复杂性和不确定性，海上浮式风机呈现出与传统固定式风机截然不同的气动特性。浮式平台在风-浪-流的耦合作用下，将不可避免地在各自由度上发生振荡。上部旋转风轮在平台振荡诱导下将经历复杂的非定常气动载荷，目前学术界和产业界对此尚缺乏深入认识，这极大程度地限制了海上浮式风机技术的发展。

为深入认识浮式风机非定常气动特性，更好地为大型海上浮式风机技术发展服务，急需一套完整的用于研究海上浮式风机非定常气动特性系统及方法。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种海上浮式风机非定常气动特性试验研究系统及方法，可以有效模拟海洋环境下风机的各种工况，获得丰富的浮式风机在各种非定常因素作用下的风机气动响应特征及载荷信息。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何提供一种海上浮式风机非定常气动特性试验研究系统及方法，能够有效模拟海洋环境下风机的各种工况，获得丰富的浮式风机在各种非定常因素作用下的风机气动响应特征及载荷信息。

为实现上述目的，本发明提供了一种海上浮式风机非定常气动特性试验研究系统，包括造风系统、六自由度运动平台、模型风机系统、风轮尾迹探测系统、控制系统和集成信号采集系统；所述模型风机系统固定安装于所述六自由度运动平台上，所述模型风机系统设置于所述造风系统的下游；所述模型风机系统的工作面与所述造风系统的出风方向相对设置；所述风轮尾迹探测系统设置于所述模型风机系统的下游并处在所述模型风机系统的风轮尾迹的区域内；所述造风系统被配置为产生定常或非定常入流风场；所述六自由度运动平台被配置为模拟海上浮式风机在海洋环境作用下的静态浮体姿态和动态浮体姿态。

进一步地，所述造风系统包括轴流风机、圆转方整流器、蜂窝状整流罩，所述轴流风机的数量大于等于1，所述圆转方整流器的数量与所述轴流风机的数量相等，所述圆转方整流器的圆形入口固定设置在所述轴流风机的出风口，所述蜂窝状整流罩设置在所述圆转方整流器的方形出口处。

可选地，所述轴流风机的数量为16，16个所述轴流风机以4×4布局排列，所述蜂窝状整流罩包括第一整流罩、第二整流罩，所述第一整流罩的右侧设置在各个所述圆转方整流器的方形出口处，所述第二整流罩设置在所述第一整流罩左侧。

进一步地，所述六自由度运动平台包括电缸、上工作平台和下工作平台；所述下工作平台固定设置，所述电缸的第一端与所述上工作平台球铰连接，所述电缸的第二端与所述下工作平台球铰连接；所述电缸的数量为6个，6个所述电缸均布设置在所述上工作平台和所述下工作平台之间。

可选地，所述电缸包括丝杆和驱动电机，所述丝杆为滚珠丝杆或滚柱丝杠，所述驱动电机为伺服电机，所述电缸的第二端为非伸长端。