本實(shí)用新型涉及一種用于海洋工程模型試驗(yàn)的風(fēng)場模擬裝置，屬于海洋工程技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

海洋工程結(jié)構(gòu)物，如海上采油平臺、海上風(fēng)電機(jī)組等長期承受風(fēng)、浪、流復(fù)雜環(huán)境荷載作用，其相關(guān)研究更多地依賴波浪水池模型試驗(yàn)，而模型試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性與環(huán)境荷載模擬裝置密切相關(guān)，其中風(fēng)荷載模擬裝置便是非常重要的環(huán)境荷載模擬裝置之一。

對海洋環(huán)境風(fēng)荷載的模擬，通常采用兩種基本辦法，一種方法是風(fēng)洞模擬，如哈爾濱工業(yè)大學(xué)風(fēng)洞浪槽聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，風(fēng)洞可以模擬出較高品質(zhì)的風(fēng)場，但是其缺陷表現(xiàn)在(1)風(fēng)洞建設(shè)費(fèi)用和模型試驗(yàn)費(fèi)用均非常高昂；(2)由于整體造風(fēng)將干擾波浪的自由面運(yùn)動而往往導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)失真；另一種方法是目前廣泛采用的簡易造風(fēng)裝置模擬，由一組或多組風(fēng)機(jī)組成風(fēng)機(jī)陣，放置在池邊或拖車上面，靠近試驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行局部造風(fēng)，對于簡易造風(fēng)裝置，具有代表性的是文獻(xiàn)[1]中描述的裝置，其缺陷是沒有整流措施品質(zhì)差，噪音大，受池岸干擾，無測控系統(tǒng)；后來文獻(xiàn)[2]做了進(jìn)一步的改進(jìn)，增加了整流裝置，但是由于沒有收縮段和消聲器，風(fēng)速下降非?？?，能耗大，噪音大，且無測控系統(tǒng)；

[1]Hyunkyoung Shin,Pham Thanh Dam,Kwang Jin Jung etc.Model test of new floating offshore wind turbine platforms,Int.J.Naval Archit.Ocean Eng.(2013)5:199～209.http://dx.doi.org/10.2478/IJNAOE-2013-0127

[2]趙永生,何炎平,楊建民,顧敏童.海上浮動式風(fēng)力機(jī)水池模型試驗(yàn)用造風(fēng)裝置,上海交通大學(xué).申請?zhí)枺?01410152889.5申請日：2014-04-16

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本實(shí)用新型目的是提供一種用于海洋工程模型試驗(yàn)的風(fēng)場模擬裝置。該裝置在動力段安放消聲器，可以有效降低風(fēng)機(jī)的噪音，利用下彎收縮過渡段可以有效排除池岸對模擬風(fēng)場的干擾，使來自整流段的氣流均勻加速，并改善出口段的流場品質(zhì)，利用測控系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)模擬海洋環(huán)境API風(fēng)譜及垂向梯度風(fēng)。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，解決已有技術(shù)中存在的向題，本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案是：一種用于海洋工程模型試驗(yàn)的風(fēng)場模擬裝置，包括風(fēng)機(jī)陣裝置及測控系統(tǒng)，所述風(fēng)機(jī)陣裝置包括入口段、動力段、整流段、下彎收縮過渡段及穩(wěn)定出口段，其中，所述入口段、動力段、整流段及穩(wěn)定出口段的形狀均為等截面矩形筒體，并均為水平設(shè)置，所述下彎收縮過渡段的形狀為不規(guī)則矩形筒體，進(jìn)氣端和出氣端均為矩形截面，上下面和兩側(cè)為曲面，所述動力段內(nèi)部安裝有上、中、底層風(fēng)機(jī)組構(gòu)成的風(fēng)機(jī)陣，每層風(fēng)機(jī)組由5臺風(fēng)機(jī)組成，風(fēng)機(jī)陣中的每臺風(fēng)機(jī)均附帶一臺電動機(jī)，每層5臺電動機(jī)為一組，構(gòu)成上、中、底層電動機(jī)組，在靠近整流段位置安裝有消聲器；所述整流段內(nèi)部安裝有蜂窩器和阻尼網(wǎng)，阻尼網(wǎng)放置在蜂窩器下游，用于導(dǎo)直氣流、降低湍流度，所述穩(wěn)定出口段側(cè)壁沿垂直方向均勻設(shè)置上、中、底層皮托管，所述各段均由法蘭相互連接，并在法蘭連接處設(shè)有密封橡膠墊；所述測控系統(tǒng)包括穩(wěn)定出口段的上、中、底層皮托管，動力段的上、中、底層風(fēng)機(jī)組及上、中、底層電動機(jī)組，另外還包括外接上、中、底層微壓差變送器，上、中、底層變頻器，數(shù)據(jù)采集卡及工控機(jī)，所述穩(wěn)定出口段的上、中、底層皮托管通過空心軟管連接至外接上、中、底層微壓差變送器輸入端，所述上、中、底層微壓差變送器輸出端分別通過信號線與外接數(shù)據(jù)采集卡及工控機(jī)依次連接，所述外接數(shù)據(jù)采集卡通過導(dǎo)線分別與外接上、中、底層變頻器、動力段的上、中、底層電動機(jī)組及上、中、底層風(fēng)機(jī)組依次連接。

所述下彎收縮過渡段的下彎角度為20-30°，用于排除池岸對模擬風(fēng)場的干擾。

所述下彎收縮過渡段出氣端與進(jìn)氣端矩形截面面積之比為1：1.4-1.6。

所述蜂窩器為正六邊形格子結(jié)構(gòu)，半徑與邊長比為1：4.5-5.5。

所述阻尼網(wǎng)為不銹鋼絲網(wǎng)，網(wǎng)眼密度為15-24目。

所述穩(wěn)定出口段水平軸線要低于入口段、動力段、整流段的水平軸線0.15-0.3m。

本實(shí)用新型有益效果是：一種用于海洋工程模型試驗(yàn)的風(fēng)場模擬裝置，包括風(fēng)機(jī)陣裝置及測控系統(tǒng)，所述風(fēng)機(jī)陣裝置包括入口段、動力段、整流段、下彎收縮過渡段及穩(wěn)定出口段，其中，所述入口段、動力段、整流段及穩(wěn)定出口段的形狀均為等截面矩形筒體，并均為水平設(shè)置，所述下彎收縮過渡段的形狀為不規(guī)則矩形筒體，進(jìn)氣端和出氣端均為矩形截面，上下面和兩側(cè)為曲面，所述動力段內(nèi)部安裝有上、中、底層風(fēng)機(jī)組構(gòu)成的風(fēng)機(jī)陣，每層風(fēng)機(jī)組由5臺風(fēng)機(jī)組成，風(fēng)機(jī)陣中的每臺風(fēng)機(jī)均附帶一臺電動機(jī)，每層5臺電動機(jī)為一組，構(gòu)成上、中、底層電動機(jī)組，在靠近整流段位置安裝有消聲器；所述整流段內(nèi)部安裝有蜂窩器和阻尼網(wǎng)，阻尼網(wǎng)放置在蜂窩器下游，用于導(dǎo)直氣流、降低湍流度，所述穩(wěn)定出口段側(cè)壁沿垂直方向均勻設(shè)置上、中、底層皮托管，所述各段均由法蘭相互連接，并在法蘭連接處設(shè)有密封橡膠墊；所述測控系統(tǒng)包括穩(wěn)定出口段的上、中、底層皮托管，動力段的上、中、底層風(fēng)機(jī)組及上、中、底層電動機(jī)組，另外還包括外接上、中、底層微壓差變送器，上、中、底層變頻器，數(shù)據(jù)采集卡及工控機(jī)，所述穩(wěn)定出口段的上、中、底層皮托管通過空心軟管連接至外接上、中、底層微壓差變送器輸入端，所述上、中、底層微壓差變送器輸出端分別通過信號線與外接數(shù)據(jù)采集卡及工控機(jī)依次連接，所述外接數(shù)據(jù)采集卡通過導(dǎo)線分別與外接上、中、底層變頻器、動力段的上、中、底層電動機(jī)組及上、中、底層風(fēng)機(jī)組依次連接。與已有技術(shù)相比，本實(shí)用新型造風(fēng)品 質(zhì)高，而且成本遠(yuǎn)小于風(fēng)洞，因此其便捷性和適用性較強(qiáng)，對海洋工程技術(shù)的發(fā)展具有積極的推動作用。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型側(cè)視剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本實(shí)用新型俯視剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本實(shí)用新型中的風(fēng)機(jī)陣布置圖。

圖4是本實(shí)用新型中的測控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。

圖中：1、入口段，2、動力段，3、整流段，4、下彎收縮過渡段，5、穩(wěn)定出口段，6、消聲器，7、上層風(fēng)機(jī)組，7a、中層風(fēng)機(jī)組，7b、底層風(fēng)機(jī)組，8、上層電動機(jī)組，8a、中層電動機(jī)組，8b、底層電動機(jī)組，9、蜂窩器，10、阻尼網(wǎng)，11、上層皮托管，11a、中層皮托管，11b、底層皮托管。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。

如圖1、2、3、4所示，一種用于海洋工程模型試驗(yàn)的風(fēng)場模擬裝置，包括風(fēng)機(jī)陣裝置及測控系統(tǒng)，所述風(fēng)機(jī)陣裝置包括入口段1、動力段2、整流段3、下彎收縮過渡段4及穩(wěn)定出口段5，所述入口段1、動力段2、整流段3及穩(wěn)定出口段5的形狀均為等截面矩形筒體，并均為水平設(shè)置，其中，入口段1長為0.3m、寬為3.8m、高為2.4m；動力段2、整流段3長均為1.5m、寬均為3.8m、高均為2.4m；所述下彎收縮過渡段4的形狀為不規(guī)則矩形筒體，進(jìn)氣端和出氣端均為矩形截面，上下面和兩側(cè)為曲面，進(jìn)氣端寬為3.8m、高為2.4m，出氣端寬為3.0m、高為2.0m，所述動力段2內(nèi)部安裝有上、中、底層風(fēng)機(jī)組7、7a、7b構(gòu)成的風(fēng)機(jī)陣，每臺風(fēng)機(jī)均采用為6槳葉風(fēng)扇，直徑為0.7m，每層風(fēng)機(jī)組由5臺風(fēng)機(jī)組成，風(fēng)機(jī)陣中的每臺風(fēng)機(jī)均附帶一臺電動機(jī)，均采用為三相異步交流電動機(jī)，每臺功率為5.5KW，每層5臺電動機(jī)為一組，構(gòu)成上、中、底層電動機(jī)組8、8a、8b，在靠近整流段3位置安裝有消聲器6；所述整流段3 內(nèi)部安裝有蜂窩器9和阻尼網(wǎng)10，阻尼網(wǎng)10放置在蜂窩器9的下游，間距為0.2m,用于導(dǎo)直氣流、降低湍流度，所述穩(wěn)定出口段5側(cè)壁沿垂直方向均勻設(shè)置上、中、底層皮托管11、11a、11b，所述各段均由法蘭相互連接，并在法蘭連接處設(shè)有密封橡膠墊；所述測控系統(tǒng)包括穩(wěn)定出口段5的上、中、底層皮托管11、11a、11b，動力段2的上、中、底層風(fēng)機(jī)組7、7a、7b及上、中、底層電動機(jī)組8、8a、8b，另外還包括外接上、中、底層微壓差變送器，上、中、底層變頻器，數(shù)據(jù)采集卡及工控機(jī)，所述穩(wěn)定出口段5的上、中、底層皮托管11、11a、11b通過空心軟管連接至外接上、中、底層微壓差變送器輸入端，所述上、中、底層微壓差變送器輸出端分別通過信號線與外接數(shù)據(jù)采集卡及工控機(jī)依次連接，所述外接數(shù)據(jù)采集卡通過導(dǎo)線分別與外接上、中、底層變頻器、動力段的上、中、底層電動機(jī)組8、8a、8b及上、中、底層風(fēng)機(jī)組7、7a、7b依次連接。具體工作過程如下：當(dāng)風(fēng)荷載模擬裝置使用時(shí)，接通風(fēng)荷載模擬裝置的主電路，將外接上、中、底層變頻器通電，并啟動上、中、底層電動機(jī)組8、8a、8b及上、中、底層皮托管11、11a、11b，將風(fēng)場測量信息由外接上、中、底層微壓差變送器轉(zhuǎn)換成電壓信號輸送給外接數(shù)據(jù)采集卡，經(jīng)處理后傳輸給外接工控機(jī)，進(jìn)行監(jiān)視和控制運(yùn)行狀態(tài)，并按設(shè)定值反饋給外接上、中、底層變頻器，通過變頻器的信號接收進(jìn)行頻率改變，整個(gè)控制系統(tǒng)不斷接收反饋，從而實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)要求的風(fēng)荷載特征。所述下彎收縮過渡段的下彎角度為30°，用于排除池岸對模擬風(fēng)場的干擾，所述蜂窩器9為正六邊形格子結(jié)構(gòu)，半徑與邊長比為1:5。所述阻尼網(wǎng)10為不銹鋼絲網(wǎng)，網(wǎng)眼密度為18目，所述穩(wěn)定出口段5水平軸線要低于入口段1、動力段2、整流段3的水平軸線0.2m。

本實(shí)用新型優(yōu)點(diǎn)在于：一種用于海洋工程模型試驗(yàn)的風(fēng)場模擬裝置，造風(fēng)品質(zhì)高，而且成本遠(yuǎn)小于風(fēng)洞，因此其便捷性和適用性較強(qiáng)，對海洋工程技術(shù)的發(fā)展具有積極的推動作用。