[发明专利]一种漂浮式海上风力发电装置的大尺度模型试验系统及制作方法

权利要求书

1.一种漂浮式海上风力发电装置的大尺度模型试验系统，其特征在于：它包括浮式风电装置模型、模型响应测量系统以及环境参数测量系统；浮式风电装置模型包括浮式基础(1)，浮式基础(1)包括桩腿，桩腿之间连接有支架；浮式基础(1)上表面中心处连接有塔筒(2)，塔筒(2)直径由底端至顶端逐渐缩小；塔筒(2)顶部连接有风机(3)；浮式基础(1)侧表面连接有多条锚泊 装置(4)，锚泊 装置(4)包括连接在浮式基础(1)上的锚链(5)，以及锚链(5)上连接的多个锚块(6)；模型响应测量系统包括IMU单元(7)、风机监测单元(8)和锚泊张力测量单元(9)；

上述一种漂浮式海上风力发电装置的大尺度模型试验系统的制作方法包括如下步骤：

S1，依照弗劳德数相似法则确定模型的缩尺比：首先根据试验需求、制作成本、风浪环境可重复性综合确定浮式基础(1)以及塔筒(2)的缩尺比；然后由钢材制成浮式基础(1)及塔筒(2)；浮式基础(1)和塔筒(2)的外部型线与实尺度装置相同，按缩尺比进行比例缩放；

S2，依据风推力等效相似原则对风机进行设计选型：通过实尺度与模型尺度的波高-波浪周期的分布参数及风速-浪级对应关系确定风机(3)模型的几何缩尺比；并对模型叶片的几何外形进行适当修正，保证风机(3)对塔筒(2)上方连接处水平推力与实尺度装置中风机对塔筒固定端的推力满足弗劳德数相似条件；风机(3)的缩尺比可与浮式基础(1)的缩尺比不同；

S3，结合选取的模型缩尺比选取大尺度模型试验的海域位置，选取过程如下：

a.收集待模拟的实尺度漂浮式海上风电装置工作海域的海况信息，根据相似定律计算模型装置进行试验所需的海况信息；

b.相似定律计算如下：

H_m＝H_p/λ；

H为有义波高、T为特征周期、λ为缩尺比；下角标p和m分别代表实尺度和模型尺度；

c.根据试验海域的海浪长期统计资料，综合考虑海域位置、气候季节、天气状况、离岸距离和试验时间多项因素，依据最大可重复性原则，选取满足相似定律的试验海域；

S4，将制作好的浮式风电装置模型设置在试验海域，采用锚泊装置(4)进行固定；根据试验海域的水深情况确定锚链(5)的长度和固定方式，通过锚泊张力测量单元(9)收集锚泊装置(4)的受力状况，保证模型尺度下与实尺度下的锚泊系统受力情况满足弗劳德数相似条件；

S5，在浮式风电装置模型一定距离处的海域布置多个环境参数测量系统；模型响应测量系统和环境参数测量系统中的各个传感器测量信号通过无线电信号传输装置实时传递至岸上的数据采集仪进行存储。

2.根据权利要求1所述的一种漂浮式海上风力发电装置的大尺度模型试验系统的制作方法，其特征在于：所述IMU单元(7)固定在塔筒(2)侧表面下部；风机监测单元(8)与风机(3)尾部连接，风机测试单元(8)包括功率、转速监测模块和扭矩推力传感器。

3.根据权利要求1所述的一种漂浮式海上风力发电装置的大尺度模型试验系统的制作方法，其特征在于：所述锚泊张力测量单元(9)与浮式基础(1)侧表面连接，锚链(5)一端与锚泊张力测量单元(9)连接。

4.根据权利要求1所述的一种漂浮式海上风力发电装置的大尺度模型试验系统的制作方法，其特征在于：所述环境参数测量系统包括浪高仪(10)，浪高仪(10)上方连接有风速风向仪(11)；浪高仪(10)下方连接有流速流向仪(12)，流速流向仪(12)位于液面以下；多个环境参数测量系统布置在浮式基础(1)周围。

5.根据权利要求4所述的一种漂浮式海上风力发电装置的大尺度模型试验系统的制作方法，其特征在于：所述浪高仪(10)下方连接有仪器系泊装置(15)，仪器系泊装置(15)包括锚具和连杆，连杆一端与浪高仪(10)底部连接，流速流向仪(12)固定在连杆上。

6.根据权利要求1所述的一种漂浮式海上风力发电装置的大尺度模型试验系统的制作方法，其特征在于：所述浮式基础(1)的桩腿边缘均连接有电容式浪高仪(13)。