本發(fā)明涉及模型試驗(yàn)領(lǐng)域,具體是一種風(fēng)力機(jī)風(fēng)雨結(jié)構(gòu)耦合模型試驗(yàn)裝置。
背景技術(shù):
目前,國(guó)內(nèi)外對(duì)風(fēng)雨共同作用于結(jié)構(gòu)物這一現(xiàn)象的研究主要集中在風(fēng)驅(qū)雨量和風(fēng)雨荷載的定量化分析方面,對(duì)結(jié)構(gòu)物風(fēng)雨荷載響應(yīng)的研究還處于摸索階段,且大多數(shù)是針對(duì)架空輸電線路的研究,而對(duì)風(fēng)力機(jī)的研究很少考慮雨荷載以及風(fēng)雨共同作用的影響。
風(fēng)力機(jī)一般安裝在場(chǎng)地開闊、四面臨風(fēng)的山郊野外,氣候條件較差,經(jīng)常要遭到強(qiáng)風(fēng)暴雨的襲擊,位于東南沿海地區(qū)的風(fēng)力機(jī)還要面臨臺(tái)風(fēng)暴雨的侵襲。而現(xiàn)代大型風(fēng)力機(jī)作為一種典型的高聳柔性結(jié)構(gòu),對(duì)水平風(fēng)雨荷載反應(yīng)十分敏感,容易產(chǎn)生整體失穩(wěn)、振動(dòng)疲勞損傷和葉片局部破壞等問題,因而研究風(fēng)雨共同作用下風(fēng)力機(jī)的受力和變形特性十分重要。因此,有必要設(shè)計(jì)專門用于風(fēng)力機(jī)風(fēng)-雨-結(jié)構(gòu)耦合分析的模型試驗(yàn)裝置。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的在于提供一種風(fēng)力機(jī)風(fēng)雨結(jié)構(gòu)耦合模型試驗(yàn)裝置,以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。
為實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
一種風(fēng)力機(jī)風(fēng)雨結(jié)構(gòu)耦合模型試驗(yàn)裝置,包括風(fēng)洞裝置、降雨裝置、風(fēng)雨響應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)和風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)模型,所述風(fēng)洞裝置包括風(fēng)洞主體、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和風(fēng)洞監(jiān)控系統(tǒng);風(fēng)洞主體由依次連接的進(jìn)口段、穩(wěn)定段、收縮段、試驗(yàn)段、擴(kuò)散段、風(fēng)扇段以及出口段構(gòu)成,所述進(jìn)口段為帶一號(hào)防護(hù)網(wǎng)的空氣入口,穩(wěn)定段由喇叭口段過渡到平直段,并在平直段依次安裝蜂窩器、一號(hào)阻尼網(wǎng)、二號(hào)阻尼網(wǎng),收縮段為設(shè)于穩(wěn)定段與試驗(yàn)段之間斷面面積逐漸收縮、空氣逐漸增速的過渡部分,試驗(yàn)段底板設(shè)有用于安置風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)模型的風(fēng)力機(jī)基座,風(fēng)力機(jī)基座位于試驗(yàn)段橫截面幾何中心位置處,試驗(yàn)段頂面壁板留有噴頭管入口,試驗(yàn)段側(cè)面壁板的一側(cè)設(shè)有測(cè)試線纜引出口,測(cè)試線纜引出口用橡膠塞密封,擴(kuò)散段為試驗(yàn)段與風(fēng)扇段間斷面面積逐漸增大的過渡部分,擴(kuò)散段與風(fēng)扇段交界部位底面壁板處設(shè)有泄水槽,泄水槽的底部設(shè)有泄水口;所述風(fēng)扇段內(nèi)部靠近泄水槽一側(cè)安裝有二號(hào)防護(hù)網(wǎng),二號(hào)防護(hù)網(wǎng)內(nèi)側(cè)的風(fēng)扇段內(nèi)部安裝有風(fēng)扇,出口段位于風(fēng)扇段之后且截面面積逐漸增大;所述驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由位于風(fēng)洞主體風(fēng)扇段內(nèi)的電機(jī)、風(fēng)扇和電機(jī)支架組成;所述風(fēng)洞監(jiān)控系統(tǒng)包括1-3個(gè)風(fēng)速儀、1-3個(gè)風(fēng)壓計(jì)以及配套數(shù)據(jù)采集儀,風(fēng)速儀和風(fēng)壓計(jì)安設(shè)于風(fēng)洞主體的試驗(yàn)段內(nèi),線纜通過試驗(yàn)段側(cè)面壁板預(yù)留的測(cè)試線纜引出口引出風(fēng)洞主體與數(shù)據(jù)采集儀相連;所述降雨裝置包括供水系統(tǒng)、噴水系統(tǒng)、回流系統(tǒng)和降雨監(jiān)控系統(tǒng);所述供水系統(tǒng)由蓄水池、水泵和供水總管組成;所述水泵采用變頻調(diào)速水泵;所述供水總管上安裝有供水總控制閥門;所述噴水系統(tǒng)由噴頭支管、噴頭組組成;所述回水系統(tǒng)包括回水管和回水閥門,回水閥門安裝在回水管上,回水管設(shè)于蓄水池與供水總管之間;所述降雨監(jiān)控系統(tǒng)由雨量計(jì)、水壓表、流量計(jì)以及配套的數(shù)據(jù)采集儀組成;所述風(fēng)雨響應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)包括若干種測(cè)試儀器,測(cè)試儀器包括應(yīng)力計(jì)、應(yīng)變計(jì)、位移計(jì)、加速度計(jì)以及配套的數(shù)據(jù)采集儀。
作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案:所述風(fēng)扇安裝在電機(jī)上,電機(jī)置于電機(jī)支架上。
作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案:所述進(jìn)口段、穩(wěn)定段、收縮段和試驗(yàn)段斷面均為矩形,擴(kuò)散段斷面從矩形到正八邊形再向圓形循序過渡,風(fēng)扇段、出口段斷面均為圓形。
作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案:所述風(fēng)洞主體的洞體壁板骨架均采用角鋼框架,試驗(yàn)段壁板采用有機(jī)玻璃板,進(jìn)口段、穩(wěn)定段、收縮段、擴(kuò)散段、風(fēng)扇段、出口段壁板采用鍍鋅鋼板,有機(jī)玻璃板與角鋼框架之間用鉚釘連接,鍍鋅鋼板與角鋼框架之間、相鄰鍍鋅鋼板之間用焊接連接,有機(jī)玻璃板之間以及有機(jī)玻璃板和鍍鋅鋼板之間用玻璃膠密封,進(jìn)口段、穩(wěn)定段、收縮段、試驗(yàn)段、擴(kuò)散段、風(fēng)扇段以及出口段之間的角鋼框架用螺栓連接,接縫設(shè)橡膠密封條;所述風(fēng)洞主體用角鋼框架作為支架置于地面,角鋼框架與地面之間用膨脹螺栓連接。
作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案:所述蓄水池為熟塑料或混凝土制成的圓柱體或圓臺(tái)體但不限于圓柱體或圓臺(tái)體。
作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案:所述噴頭組包括若干個(gè)噴頭,每個(gè)噴頭均對(duì)應(yīng)與一個(gè)噴頭支管連接,在每個(gè)噴頭支管上設(shè)有單獨(dú)的噴水控制閥門,噴頭組高度可調(diào)節(jié)的布置安裝在風(fēng)洞裝置試驗(yàn)段的正上方,噴頭呈矩形,在噴頭上設(shè)有多個(gè)直徑不同的噴水孔。
作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案:所述供水系統(tǒng)、噴水系統(tǒng)和回流系統(tǒng)的管路通過供水分流器連接,供水總管、噴頭支管和回水管采用軟管或鋼管。
作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案:所述雨量計(jì)按一定間距布置于噴頭組下方,水壓表和流量計(jì)安設(shè)在供水總管上,雨量計(jì)、水壓表、流量計(jì)與數(shù)據(jù)采集儀連接,數(shù)據(jù)采集儀連接到水泵。
作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案:所述風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)模型為風(fēng)力機(jī)原型依據(jù)相似理論得到的縮尺模型,風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)模型的原型為水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)或垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)。
作為本發(fā)明再進(jìn)一步的方案:所述風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)模型由風(fēng)輪、機(jī)艙、塔筒以及內(nèi)部機(jī)構(gòu)組成,風(fēng)輪包括包括葉片和輪轂,塔筒通過鎖腳螺栓安裝在風(fēng)力機(jī)基座上。
與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明的提供一種風(fēng)力機(jī)風(fēng)-雨-結(jié)構(gòu)耦合試驗(yàn)裝置,以研究風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)在風(fēng)雨共同作用下的受力和變形特性,本發(fā)明在借鑒已有風(fēng)洞試驗(yàn)裝置和人工降雨裝置原理和要點(diǎn)的基礎(chǔ)上,結(jié)合風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的特點(diǎn),構(gòu)建了簡(jiǎn)明、精細(xì)而又經(jīng)濟(jì)的風(fēng)力機(jī)風(fēng)雨結(jié)構(gòu)耦合試驗(yàn)裝置。
附圖說明
圖1為風(fēng)力機(jī)風(fēng)雨結(jié)構(gòu)耦合模型試驗(yàn)裝置無角鋼框架情況下的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為風(fēng)力機(jī)風(fēng)雨結(jié)構(gòu)耦合模型試驗(yàn)裝置中試驗(yàn)部分無角鋼框架的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為圖2中A-A的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為圖2中B-B的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5為圖2中C-C的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6為圖2中D-D的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖7為圖2中E-E的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖8為圖2中F-F的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖9為風(fēng)力機(jī)風(fēng)雨結(jié)構(gòu)耦合模型試驗(yàn)裝置含角鋼框架情況下的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖10為風(fēng)力機(jī)風(fēng)雨結(jié)構(gòu)耦合模型試驗(yàn)裝置中試驗(yàn)部分含角鋼框架的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
圖11為圖10中G-G的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖12為圖10中H-H的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖13為圖10中I-I的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖14為圖10中J-J的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖15為圖10中K-K的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖16為圖10中L-L的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖17為風(fēng)力機(jī)風(fēng)雨結(jié)構(gòu)耦合模型試驗(yàn)裝置中風(fēng)洞裝置無角鋼框架下的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖18為風(fēng)力機(jī)風(fēng)雨結(jié)構(gòu)耦合模型試驗(yàn)裝置中風(fēng)洞裝置無角鋼框架下的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
圖19為圖18中M-M的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖20為圖18中N-N的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖21為圖18中O-O的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖22為圖18中P-P的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖23為圖18中Q-Q的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖24為圖18中R-R的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖25為風(fēng)力機(jī)風(fēng)雨結(jié)構(gòu)耦合模型試驗(yàn)裝置中風(fēng)洞裝置角鋼框架的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖。
圖26為風(fēng)力機(jī)風(fēng)雨結(jié)構(gòu)耦合模型試驗(yàn)裝置中風(fēng)洞裝置角鋼框架的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
圖27為圖26中S-S的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖28為圖26中U-U的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖29為圖26中V-V的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖30為圖26中W-W的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖31為圖26中X-X的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖32為圖26中Y-Y的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖33為風(fēng)力機(jī)風(fēng)雨結(jié)構(gòu)耦合模型試驗(yàn)裝置中風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)模型的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖。
圖34為風(fēng)力機(jī)風(fēng)雨結(jié)構(gòu)耦合模型試驗(yàn)裝置中風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)模型的正視結(jié)構(gòu)示意圖。
圖35為風(fēng)力機(jī)風(fēng)雨結(jié)構(gòu)耦合模型試驗(yàn)裝置中降雨裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖36為風(fēng)力機(jī)風(fēng)雨結(jié)構(gòu)耦合模型試驗(yàn)裝置中噴頭組的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖。
圖37為風(fēng)力機(jī)風(fēng)雨結(jié)構(gòu)耦合模型試驗(yàn)裝置中噴頭組的仰視結(jié)構(gòu)示意圖。
圖38為圖37中A處的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中:1-風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)模型、2-風(fēng)輪、3-葉片、4-輪轂、5-機(jī)艙、6-塔筒、7-風(fēng)力機(jī)基座、8-進(jìn)口段、9-穩(wěn)定段、10-收縮段、11-試驗(yàn)段、12-擴(kuò)散段、13-風(fēng)扇段、14-出口段、15-一號(hào)防護(hù)網(wǎng)、16-喇叭口段、17-平直段、18-蜂窩器、19-一號(hào)阻尼網(wǎng)、20-二號(hào)阻尼網(wǎng)、21-噴頭管入口、22-壁板、23-測(cè)試線纜引出口、24-泄水槽、25-二號(hào)防護(hù)網(wǎng)、26-風(fēng)扇、27-電機(jī)、28-電機(jī)支架、29-角鋼框架、30-有機(jī)玻璃板、31-鍍鋅鋼板、32-膨脹螺栓、33-地面、36-數(shù)據(jù)采集儀、37-蓄水池、38-水泵、39-供水總管、40-供水總控制閥門、41-噴頭支管、42-噴頭組、43-噴頭、44-噴水控制閥門、45-回水管、46-回水閥門、47-供水分流器、48-雨量計(jì)、49-水壓表、50-流量計(jì)、55-水泵支架、57-鎖腳螺栓、58-試驗(yàn)段底板、59-噴水孔、60-泄水口。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施方式對(duì)本專利的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)地說明。
請(qǐng)參閱圖1~38,本發(fā)明實(shí)施例中,一種風(fēng)力機(jī)風(fēng)雨結(jié)構(gòu)耦合模型試驗(yàn)裝置,包括風(fēng)洞裝置、降雨裝置、風(fēng)雨響應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)和風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)模型,所述風(fēng)洞裝置包括風(fēng)洞主體、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和風(fēng)洞監(jiān)控系統(tǒng);風(fēng)洞主體由依次連接的進(jìn)口段8、穩(wěn)定段9、收縮段10、試驗(yàn)段11、擴(kuò)散段12、風(fēng)扇段13以及出口段14構(gòu)成,所述進(jìn)口段8為帶一號(hào)防護(hù)網(wǎng)15的空氣入口,穩(wěn)定段9由喇叭口段16過渡到平直段17,并在平直段17依次安裝蜂窩器18、一號(hào)阻尼網(wǎng)19、二號(hào)阻尼網(wǎng)20,收縮段10為設(shè)于穩(wěn)定段9與試驗(yàn)段11之間斷面面積逐漸收縮、空氣逐漸增速的過渡部分,試驗(yàn)段底板58設(shè)有用于安置風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)模型1的風(fēng)力機(jī)基座7,風(fēng)力機(jī)基座7位于試驗(yàn)段11橫截面幾何中心位置處,試驗(yàn)段11頂面壁板22留有噴頭管入口21,試驗(yàn)段11側(cè)面壁板22的一側(cè)設(shè)有測(cè)試線纜引出口23,測(cè)試線纜引出口23用橡膠塞密封,擴(kuò)散段12為試驗(yàn)段11與風(fēng)扇段13間斷面面積逐漸增大的過渡部分,擴(kuò)散段12與風(fēng)扇段13交界部位底面壁板處設(shè)有泄水槽24,泄水槽24的底部設(shè)有泄水口60;所述風(fēng)扇段13內(nèi)部靠近泄水槽24一側(cè)安裝有二號(hào)防護(hù)網(wǎng)25,二號(hào)防護(hù)網(wǎng)25內(nèi)側(cè)的風(fēng)扇段13內(nèi)部安裝有風(fēng)扇26,出口段14位于風(fēng)扇段13之后且截面面積逐漸增大;所述驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由位于風(fēng)洞主體風(fēng)扇段13內(nèi)的電機(jī)27、風(fēng)扇26和電機(jī)支架28組成;所述風(fēng)洞監(jiān)控系統(tǒng)包括1-3個(gè)風(fēng)速儀、1-3個(gè)風(fēng)壓計(jì)以及配套數(shù)據(jù)采集儀36,風(fēng)速儀和風(fēng)壓計(jì)安設(shè)于風(fēng)洞主體的試驗(yàn)段11內(nèi),線纜通過試驗(yàn)段11側(cè)面壁板預(yù)留的測(cè)試線纜引出口23引出風(fēng)洞主體與數(shù)據(jù)采集儀相連;所述降雨裝置包括供水系統(tǒng)、噴水系統(tǒng)、回流系統(tǒng)和降雨監(jiān)控系統(tǒng);所述供水系統(tǒng)由蓄水池37、水泵38和供水總管39組成;所述水泵38采用變頻調(diào)速水泵,水泵38安裝在水泵支架55上;所述供水總管39上安裝有供水總控制閥門40;所述噴水系統(tǒng)由噴頭支管41、噴頭組42組成;所述回水系統(tǒng)包括回水管45和回水閥門46,回水閥門46安裝在回水管45上,回水管45設(shè)于蓄水池37與供水總管39之間;所述降雨監(jiān)控系統(tǒng)由雨量計(jì)48、水壓表49、流量計(jì)50以及配套的數(shù)據(jù)采集儀組成;所述風(fēng)雨響應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)包括若干種測(cè)試儀器,測(cè)試儀器包括應(yīng)力計(jì)、應(yīng)變計(jì)、位移計(jì)、加速度計(jì)以及配套的數(shù)據(jù)采集儀。
所述風(fēng)扇26安裝在電機(jī)27上,電機(jī)27置于電機(jī)支架28上。
所述進(jìn)口段8、穩(wěn)定段9、收縮段10和試驗(yàn)段11斷面均為矩形,擴(kuò)散段12斷面從矩形到正八邊形再向圓形循序過渡,風(fēng)扇段13、出口段14斷面均為圓形。
所述風(fēng)洞主體的洞體壁板骨架均采用角鋼框架29,試驗(yàn)段壁板采用有機(jī)玻璃板30,進(jìn)口段8、穩(wěn)定段9、收縮段10、擴(kuò)散段12、風(fēng)扇段13、出口段14壁板采用鍍鋅鋼板31,有機(jī)玻璃板30與角鋼框架29之間用鉚釘連接,鍍鋅鋼板31與角鋼框架29之間、相鄰鍍鋅鋼板31之間用焊接連接,有機(jī)玻璃板30之間以及有機(jī)玻璃板30和鍍鋅鋼板31之間用玻璃膠密封,進(jìn)口段8、穩(wěn)定段9、收縮段10、試驗(yàn)段11、擴(kuò)散段12、風(fēng)扇段13以及出口段14之間的角鋼框架29用螺栓連接,接縫設(shè)橡膠密封條;所述風(fēng)洞主體用角鋼框架29作為支架置于地面33,角鋼框架29與地面33之間用膨脹螺栓32連接。
所述蓄水池37為熟塑料或混凝土制成的圓柱體或圓臺(tái)體但不限于圓柱體或圓臺(tái)體。
所述噴頭組42包括若干個(gè)噴頭43,每個(gè)噴頭43均對(duì)應(yīng)與一個(gè)噴頭支管41連接,在每個(gè)噴頭支管41上設(shè)有單獨(dú)的噴水控制閥門44,噴頭組42高度可調(diào)節(jié)的布置安裝在風(fēng)洞裝置試驗(yàn)段11的正上方,噴頭43呈矩形,在噴頭43上設(shè)有多個(gè)直徑不同的噴水孔59。
所述供水系統(tǒng)、噴水系統(tǒng)和回流系統(tǒng)的管路通過供水分流器47連接,供水總管39、噴頭支管41和回水管45采用軟管或鋼管。
所述雨量計(jì)48按一定間距布置于噴頭組42下方,水壓表49和流量計(jì)50安設(shè)在供水總管39上,雨量計(jì)48、水壓表49、流量計(jì)50與數(shù)據(jù)采集儀連接,數(shù)據(jù)采集儀連接到水泵38。
所述風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)模型1為風(fēng)力機(jī)原型依據(jù)相似理論得到的縮尺模型,風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)模型1的原型為水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)或垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)。所述風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)模型1由風(fēng)輪2、機(jī)艙5、塔筒6以及內(nèi)部機(jī)構(gòu)組成,風(fēng)輪2包括包括葉片3和輪轂4,塔筒6通過鎖腳螺栓57安裝在風(fēng)力機(jī)基座7上。
本發(fā)明采用如下方案:風(fēng)力機(jī)風(fēng)雨結(jié)構(gòu)耦合模型試驗(yàn)裝置包括風(fēng)洞裝置、降雨裝置、風(fēng)雨響應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)和風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)模型。
所述風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)模型為風(fēng)力機(jī)原型依據(jù)相似理論得到的縮尺模型。所述風(fēng)力機(jī)原型可以為水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)或垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī),以水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)為例,它主要由風(fēng)輪(包括葉片和輪轂)、機(jī)艙、塔筒以及內(nèi)部機(jī)構(gòu)組成,風(fēng)力機(jī)在模擬風(fēng)的作用下能按預(yù)定的設(shè)計(jì)要求運(yùn)轉(zhuǎn)。所述縮尺模型可以采用1:50、1:100、1:200或其他幾何縮尺比例。
風(fēng)力機(jī)原型為2MW水平軸風(fēng)力機(jī),輪轂高度為80m,風(fēng)輪直徑為90m,風(fēng)雨條件:風(fēng)速20m/s、降雨強(qiáng)度100mm/h。風(fēng)洞裝置試驗(yàn)段長(zhǎng)5m,高2m,寬2m,考慮到降雨裝置雨滴一定的自由降落高度,風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)模型選用1:200的幾何縮尺比例,風(fēng)速縮尺采用1:5,雨滴直徑、密度分布和降雨強(qiáng)度與原型保持一致,其他縮尺可視具體要求擬定。
試驗(yàn)準(zhǔn)備工作:
風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)模型的制作。風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)模型依照水平軸風(fēng)力機(jī)原型進(jìn)行縮尺,幾何縮尺比例為1:200,材料采用有機(jī)玻璃,風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)模型在專業(yè)風(fēng)力機(jī)模型加工工廠進(jìn)行定制。
風(fēng)洞裝置的制作。風(fēng)洞裝置位于長(zhǎng)15m以上、寬5m以上的試驗(yàn)室內(nèi),風(fēng)洞進(jìn)口端和出口段與外界自然風(fēng)直接相通,風(fēng)洞試驗(yàn)段長(zhǎng)5m、高2m、寬2m。風(fēng)洞主體主要由角鋼框架、有機(jī)玻璃板和鍍鋅鋼板構(gòu)成;角鋼采用5#號(hào)等邊角鋼,規(guī)格為50mm*50mm*6mm;有機(jī)玻璃板采用厚度為20mm的透明亞克力板;鍍鋅鋼板采用0.5mm厚鍍鋅鋼板。進(jìn)口段、穩(wěn)定段、收縮段和試驗(yàn)段斷面均為矩形,擴(kuò)散段斷面從矩形到正八邊形再向圓形過渡,風(fēng)扇段、出口段斷面均為圓形。每一功能段先單獨(dú)制作,然后再進(jìn)行組裝,作為骨架的角鋼框架由角鋼焊接而成。組裝時(shí),鍍鋅鋼板之間、鍍鋅鋼板與角鋼框架之間的連接采用焊接,并確保接縫不漏風(fēng);有機(jī)玻璃板與角鋼框架之間通過鉚釘連接,為了保證風(fēng)洞的密封性,在鍍鋅鋼板與有機(jī)玻璃之間的接縫、有機(jī)玻璃板與有機(jī)玻璃板之間的接縫、鉚釘部位等處用白云玻璃膠進(jìn)行密封;各功能段角鋼框架之間通過規(guī)格為M10*50的六角螺栓進(jìn)行連接,接縫設(shè)厚5mm、寬50mm的橡膠密封條。風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)模型基座材料為有機(jī)玻璃,基座與試驗(yàn)段底面壁板之間通過玻璃膠牢固粘貼在一起。制作時(shí)風(fēng)洞主體內(nèi)壁保持圓滑,功能段之間平緩過渡。風(fēng)洞主體用角鋼框架作為支架置于地面,框架底部通過M16*125膨脹螺栓與地面連接。風(fēng)扇直徑3m,市場(chǎng)購置,電機(jī)額定功率為500kW,并配備高壓變頻器,以實(shí)現(xiàn)零轉(zhuǎn)速啟動(dòng)和自由控制轉(zhuǎn)速。電機(jī)支架采用角鋼采用5#號(hào)等邊角鋼焊接制作,亦用M16*125膨脹螺栓與地面連接進(jìn)行固定。其他附屬構(gòu)件按附圖要求制作。
降雨裝置的制作。蓄水池采用直徑1.6m、高1m的熟塑料池,為了保證足夠的供水量,接通自來水進(jìn)行及時(shí)供水。水泵采用變頻調(diào)速水泵,主要參數(shù):額定功率為75kW、流量為20L/s、轉(zhuǎn)速4500r/min。噴頭材質(zhì)為塑料,在工廠定制,每個(gè)噴頭出水小孔的直徑有0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm和0.8mm六種,對(duì)應(yīng)直徑的小孔數(shù)目依次減少。供水總管、噴頭支管和回水管均采用軟管。
詳細(xì)的風(fēng)力機(jī)風(fēng)雨結(jié)構(gòu)耦合分析模型試驗(yàn)步驟如下。
按附圖要求對(duì)風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)模型、風(fēng)洞裝置、降雨裝置和測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行組裝和布置。
降雨裝置的調(diào)試。對(duì)蓄水池儲(chǔ)水,保證充足水源;打開供水總控制閥門和所有支管控制閥門,開啟水泵抽水,控制水泵在較低轉(zhuǎn)速下運(yùn)行;當(dāng)降雨穩(wěn)定后,通過雨量計(jì)記錄降雨效果,并與期望降雨強(qiáng)度(100mm/h)進(jìn)行對(duì)比,如果降雨強(qiáng)度小于期望值,則逐步加大水泵輸出功率和轉(zhuǎn)速,直到達(dá)到期望降雨強(qiáng)度為止,此時(shí)記錄水泵控制參數(shù)以及供水總管上的流量計(jì)、水壓表讀數(shù)以供正式試驗(yàn)時(shí)對(duì)水泵進(jìn)行設(shè)定,在逐步增大水泵功率的過程中,如果發(fā)現(xiàn)供水總管上的水壓表讀數(shù)明顯過大,為了保證供水管路的安全,可適當(dāng)打開回水控制閥門,使部分水體流回蓄水池;調(diào)試完成后關(guān)閉水泵,切斷電源,關(guān)閉所有控制閥門。
風(fēng)洞裝置調(diào)試。開啟電機(jī),使風(fēng)扇在較低轉(zhuǎn)速下進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn);當(dāng)風(fēng)洞內(nèi)風(fēng)速穩(wěn)定后,由布置在試驗(yàn)段的風(fēng)速儀和風(fēng)壓計(jì)記錄讀數(shù),將讀數(shù)與期望風(fēng)速(4m/s)或風(fēng)壓進(jìn)行對(duì)比,如果風(fēng)速低于期望風(fēng)速,則逐步加大電機(jī)輸出功率,增加風(fēng)扇轉(zhuǎn)速,直到到達(dá)期望風(fēng)速為止,此時(shí)記錄電機(jī)輸出功率以及風(fēng)扇轉(zhuǎn)速控制參數(shù)以供正式試驗(yàn)時(shí)對(duì)電機(jī)進(jìn)行設(shè)定。
正式試驗(yàn)。開啟降雨裝置,將水泵控制參數(shù)由小到達(dá)逐漸調(diào)到預(yù)定值,并穩(wěn)定30min,以保證降雨強(qiáng)度為100mm/h的均勻降雨;開啟風(fēng)洞裝置,將電機(jī)控制參數(shù)由小到大逐漸調(diào)到預(yù)定值,穩(wěn)定30min(注意:由于風(fēng)雨之間的相互作用,此時(shí)實(shí)測(cè)到的降雨強(qiáng)度不一定為100mm/h,風(fēng)速不一定為4m/s);當(dāng)風(fēng)速和降雨強(qiáng)度穩(wěn)定后,開始記錄布設(shè)在風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)模型上的應(yīng)力計(jì)、應(yīng)變計(jì)、位移計(jì)以及加速度計(jì)讀數(shù),數(shù)據(jù)持續(xù)記錄2h,若條件允許可適當(dāng)延長(zhǎng)試驗(yàn)時(shí)間。
試驗(yàn)時(shí)可以做多組工況,如轉(zhuǎn)動(dòng)風(fēng)力機(jī)塔筒模擬風(fēng)攻角的變化,或改變其他參數(shù)進(jìn)行多工況試驗(yàn)。
本發(fā)明的提供一種風(fēng)力機(jī)風(fēng)-雨-結(jié)構(gòu)耦合試驗(yàn)裝置,以研究風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)在風(fēng)雨共同作用下的受力和變形特性,本發(fā)明在借鑒已有風(fēng)洞試驗(yàn)裝置和人工降雨裝置原理和要點(diǎn)的基礎(chǔ)上,結(jié)合風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的特點(diǎn),構(gòu)建了簡(jiǎn)明、精細(xì)而又經(jīng)濟(jì)的風(fēng)力機(jī)風(fēng)雨結(jié)構(gòu)耦合試驗(yàn)裝置。
上面對(duì)本專利的較佳實(shí)施方式作了詳細(xì)說明,但是本專利并不限于上述實(shí)施方式,在本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi),還可以在不脫離本專利宗旨的前提下做出各種變化。