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)有測試線纜引出口，測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)測試系統(tǒng)包括若干種測試儀器，測試儀器包括應(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)有測試線纜引出口23，測試線纜引出口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)測試系統(tǒng)包括若干種測試儀器，測試儀器包括應(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。