[实用新型]用于海上风机支撑结构振动试验的多向循环加载装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及海上风机支撑结构动力特性室内模型试验设备技术领域。

背景技术

风能作为目前发展最快、产业前景最好的清洁可再生能源，越来越受到重视，成为解决全球能源短缺和保障能源安全的战略选择之一。我国的风能总储量约32.26亿kW，可开发风能约10亿kW，其中海上风能7.5亿kW。开发海上风能将有效缓解我国能源紧缺状况，已成为国家“十二五”能源战略的重要内容，对于改善我国当前能源结构，实现可持续发展意义重大。海上风机的支撑结构主要由塔架和基础构成，其动力特性对于保障海上风机的安全运行至关重要。其蕴含科学问题的解决与相关理论的提出需要基于大量可靠和详尽的试验数据。相比现场原位试验，模型试验方法具有费用低廉、易于操作、外界干扰因素少等优点，在科学研究中发挥着不可替代的作用。目前，国内外对海上风机的支撑结构动力特性试验研究相对较少，模型试验中的荷载多数通过额外的激振器通过刚性加载杆来施加，而且往往只能单独施加某一方向的循环荷载。每次需要测量模型的自振频率时都要将加载杆断开，操作复杂而且容易对基础周围土体产生一定的扰动，严重影响试验结果的可靠性。此外，实际上，海上风机在运营期内将受到不同方向的水平作用力，包括随时间变化的风力、波浪力、潮流力等，因此研制一款能够方便地对海上风机支撑结构施加多方向的水平循环荷载的新型试验设备十分必要。

实用新型内容

本实用新型首先要解决的技术问题是提供一种用于海上风机支撑结构振动试验的多向循环加载装置，其原理简单、成本低、操作方便，能达到向模型施加循环荷载的目的。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案是：

用于海上风机支撑结构振动试验的多向循环加载装置，包括框架，所述框架设置在基座上，所述框架内安装有齿轮副，所述齿轮副水平设置，所述齿轮副包括两个相互咬合的施力齿轮，齿轮副的两个施力齿轮上对称地设有质量块，所述质量块能随其所在的施力齿轮的转动而转动，所述质量块的转动半径小于其所在的施力齿轮的齿轮半径，齿轮副的两个施力齿轮分别通过转轴安装在框架上，齿轮副中主动施力齿轮的安装轴为主动轴，从动施力齿轮的安装轴为从动轴，所述框架内还设有动力装置，所述动力装置通过传动机构连接至主动轴，从而带动齿轮副转动。

在采用上述技术方案的同时，本实用新型还可以采用或者组合采用以下进一步的技术方案：

所述齿轮副为两对，两对齿轮副位于不同的平面上，两对齿轮副的施力齿轮中心连线相互垂直。

所述齿轮副的两个施力齿轮的上表面分别设有沿其周向均布的多个开孔，所述质量块安装在其中一个开孔内，同一齿轮副的两个施力齿轮上的质量块的质量相同。

所述传动机构包括蜗杆、传动轴、传动齿轮和冠齿轮，所述蜗杆与所述传动轴相互配合进行传动，所述蜗杆连接至动力装置的输出轴，所述蜗杆与所述传动轴的动力输出方向相互垂直，所述传动齿轮连接在所述传动轴的两端，并能随所述传动轴转动，所述冠齿轮大冠齿轮和小冠齿轮，所述大冠齿轮和小冠齿轮分别与传动轴两端的传动齿轮啮合，所述小冠齿轮连接在驱动位于上部的齿轮副的主动轴下端，并能与该主动轴同步转动，所述大冠齿轮连接在驱动位于下部的齿轮副的主动轴下端，并能与该主动轴同步转动。

所述大冠齿轮的齿数采用48齿、36齿、24齿或18齿，所述小冠齿轮的齿数采用12齿，所述传动齿轮根据冠齿轮的大小适当调节位置。

所述基座通过模型塔架与模型基础固定连接，所述模型塔架顶部设有加速度传感器，所述模型基础被压入试验砂土中。

所述动力装置为电机，所述电机连接至稳压电源。

如图1所示，本实用新型的基本原理是利用质点m沿着半径为r的圆弧做角频率为ω的匀速圆周运动时，将产生一个大小为F_n的离心力：

F_n＝mr²ω

据此，在图2所示的由两个相互咬合的齿轮组成的转动系统里，左右两个齿轮各自以相同转速沿不同方向进行旋转，假设初始时刻在两个齿轮的位置a处各有一个质量分别为m₁和m₂的质点(忽略齿轮本身质量的影响)，则当两个质点随着齿轮旋转时将分别会对圆心产生一个大小分别为F_n1和F_n2的离心力。

F_n1＝m₁rω²

F_n2＝m₂rω²