本發(fā)明屬于海洋波浪能發(fā)電裝置領(lǐng)域，尤其涉及一種波浪能發(fā)電無水實驗臺架。

背景技術(shù)：

波浪能發(fā)電是一種重要的海洋能發(fā)電形式，波浪能發(fā)電裝置包括波能吸收器、pto(powertakeoff，發(fā)電)、電力變換等部分。現(xiàn)有研究中日常實驗的費用高，實驗效率較低。不便于日常研究，特別是對pto和電力變換部分的研究，有較大的困難。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種波浪能發(fā)電無水實驗臺架，能夠有效地模擬波浪能發(fā)電裝置在海洋環(huán)境中的動態(tài)受力情況，能在計算機軟件的控制下自動開展實驗過程，大幅度的降低了日常實驗的費用，提高了實驗效率。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：提供一種波浪能發(fā)電無水實驗臺架，包括波浪力加載系統(tǒng)、海水浮力調(diào)節(jié)系統(tǒng)、海水阻尼調(diào)節(jié)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和測控軟件系統(tǒng)，波浪力加載系統(tǒng)包括傳動系統(tǒng)和伺服電機，傳動系統(tǒng)由伺服電機驅(qū)動，傳動系統(tǒng)與波浪能發(fā)電裝置相連，伺服電機對傳動系統(tǒng)施加模擬波浪運動的作用力；海水浮力調(diào)節(jié)系統(tǒng)模擬波浪能發(fā)電裝置在海水中受到的靜浮力和波浪能發(fā)電裝置在海水中沿垂向運動時的動態(tài)浮力；海水阻尼調(diào)節(jié)系統(tǒng)模擬波浪能發(fā)電裝置受到的海水阻尼；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括若干測量拉力的力學(xué)傳感器，設(shè)置在波浪力加載系統(tǒng)、海水浮力調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，還包括波浪能發(fā)電裝置處設(shè)置的電學(xué)傳感器；測控軟件系統(tǒng)控制伺服電機的運行，采集力學(xué)傳感器、電學(xué)傳感器的數(shù)據(jù)，計算波浪能發(fā)電裝置的受力情況和波浪能發(fā)電裝置的實際發(fā)電功率并存儲在計算機中。實驗臺架可以加裝多套波浪力加載系統(tǒng)，模擬海水施加給波浪能發(fā)電裝置不同運動機構(gòu)的作用力。

按上述技術(shù)方案，伺服電機串接減速器。降低伺服電機轉(zhuǎn)動速度，增大作用扭矩。

按上述技術(shù)方案，波浪力加載系統(tǒng)包括第一轉(zhuǎn)輪，第一繩索，第一繩索與第一轉(zhuǎn)輪固定連接，隨第一轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)動而直線運動；還包括第二繩索，第二轉(zhuǎn)輪，第二繩索與第二轉(zhuǎn)輪固定連接，隨第二轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)動而直線運動；第一繩索和第二繩索分別連接在波浪能發(fā)電裝置的上、下兩端，第一繩索和第二繩索在波浪能發(fā)電裝置的上、下端對稱設(shè)置；還包括第三轉(zhuǎn)輪和第四轉(zhuǎn)輪，第三轉(zhuǎn)輪和第一轉(zhuǎn)輪通過第一轉(zhuǎn)軸固定連接，并同步轉(zhuǎn)動，第四轉(zhuǎn)輪和第二轉(zhuǎn)輪通過第二轉(zhuǎn)軸固定連接，并同步轉(zhuǎn)動；第三轉(zhuǎn)輪和第四轉(zhuǎn)輪通過鏈條連接，并同步轉(zhuǎn)動；第四轉(zhuǎn)輪與伺服電機連接，第四轉(zhuǎn)輪在伺服電機的帶動下做周期性往復(fù)轉(zhuǎn)動，從而帶動第三轉(zhuǎn)輪同步轉(zhuǎn)動，并帶動波浪能發(fā)電裝置周期性往復(fù)直線運動，模擬在海洋波浪中的運動；波浪能發(fā)電裝置的上表面通過第一彈簧和第二彈簧分別連接到第一固定桿和第二固定桿。第一彈簧和第二彈簧提供預(yù)緊力。

按上述技術(shù)方案，該波浪能發(fā)電無水實驗臺架為立體框架結(jié)構(gòu)，立體框架結(jié)構(gòu)的上、下表面平行，波浪力加載系統(tǒng)、海水浮力調(diào)節(jié)系統(tǒng)、海水阻尼調(diào)節(jié)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)均設(shè)置在立體框架結(jié)構(gòu)內(nèi)部，第一固定桿和第二固定桿平行設(shè)置在立體框架結(jié)構(gòu)的上表面。

按上述技術(shù)方案，海水浮力調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括第三繩索、第五轉(zhuǎn)輪、配重、第三彈簧，第三繩索的兩端分別連接第五轉(zhuǎn)輪和第一轉(zhuǎn)輪，配重設(shè)置在第五轉(zhuǎn)輪的下方，配重的下端通過第三彈簧與實驗臺架或者大地相連，配重與波浪能發(fā)電裝置相連，模擬波浪能發(fā)電裝置在靜水中的靜浮力；海水浮力調(diào)節(jié)系統(tǒng)模擬波浪能發(fā)電裝置受到的浮力，包括靜平衡時的靜浮力，以及運動過程中的動浮力。靜浮力通過固定質(zhì)量的配重來模擬，可通過調(diào)節(jié)配重質(zhì)量的大小模擬不同的靜浮力。將配重的下端通過第三彈簧與實驗臺架或者大地相連，在波浪能發(fā)電裝置帶動配重運動的過程中，產(chǎn)生隨位置變化的額外彈性力，模擬波浪能發(fā)電裝置在運動過程中海水浮力的變動情況。第三彈簧結(jié)合第一彈簧和第二彈簧模擬波浪能發(fā)電裝置在水中垂向運動時的動態(tài)浮力。

按上述技術(shù)方案，海水阻尼調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括阻尼電機，將第四轉(zhuǎn)輪連接阻尼電機，在第四轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動時，阻尼電機發(fā)電。從而模擬海水阻尼效果?？赏ㄟ^選用合適的速度特性的發(fā)電機，以及調(diào)整阻尼電機的外接電阻等參數(shù)調(diào)節(jié)阻尼電機的速度特性，模擬不同的阻尼參數(shù)。

按上述技術(shù)方案，在第五轉(zhuǎn)輪和配重之間設(shè)置第一力傳感器，用于測量配重的重力和第三彈簧的拉力。第三彈簧與錨點固接，錨點與實驗臺架或者大地固接。在第一轉(zhuǎn)輪與波浪能發(fā)電裝置之間的第一繩索上設(shè)置第二力傳感器，在波浪能發(fā)電裝置與第四轉(zhuǎn)輪之間設(shè)置第三力傳感器，兩者的差值即為伺服電機施加到波浪能發(fā)電裝置的凈作用力。。通過加裝力傳感器，測量繩索的拉力，從而計算受力情況。第一力傳感器、第二力傳感器、第三力傳感器，以及伺服電機聯(lián)入計算機，在測控軟件系統(tǒng)的控制下自動開展實驗，控制伺服電機的運動，并記錄受力情況。

按上述技術(shù)方案，伺服電機通過皮帶及皮帶輪傳動，帶動第四轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動。

按上述技術(shù)方案，伺服電機通過鏈條及鏈輪傳動，帶動第四轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動。

按上述技術(shù)方案，配重為水箱，通過調(diào)整水箱的水量調(diào)整波浪能發(fā)電裝置受到的靜浮力大小。

本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是：本發(fā)明提出一種波浪能發(fā)電無水實驗臺架，包括能夠模擬海洋施加給波浪能發(fā)電裝置的波浪作用力、海水浮力、海水阻尼，在計算機控制下自動采集力學(xué)和電學(xué)參數(shù)，自動進行實驗過程，并能夠靈活調(diào)節(jié)各種技術(shù)參數(shù)。

附圖說明

下面將結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明，附圖中：

圖1是本發(fā)明實施例波浪能發(fā)電無水實驗臺架的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實施例中波浪力加載系統(tǒng)、海水浮力調(diào)節(jié)系統(tǒng)的局部結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明實施例中，提供一種波浪能發(fā)電無水實驗臺架，包括波浪力加載系統(tǒng)、海水浮力調(diào)節(jié)系統(tǒng)、海水阻尼調(diào)節(jié)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和測控軟件系統(tǒng)，波浪力加載系統(tǒng)包括傳動系統(tǒng)和伺服電機，傳動系統(tǒng)由伺服電機驅(qū)動，傳動系統(tǒng)與波浪能發(fā)電裝置相連，伺服電機對傳動系統(tǒng)施加模擬波浪運動的作用力；海水浮力調(diào)節(jié)系統(tǒng)模擬波浪能發(fā)電裝置在海水中受到的靜浮力和波浪能發(fā)電裝置在海水中沿垂向運動時的動態(tài)浮力；海水阻尼調(diào)節(jié)系統(tǒng)模擬波浪能發(fā)電裝置受到的海水阻尼；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括若干測量拉力的力學(xué)傳感器，設(shè)置在波浪力加載系統(tǒng)、海水浮力調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，還包括波浪能發(fā)電裝置處設(shè)置的電學(xué)傳感器；測控軟件系統(tǒng)控制伺服電機的運行，采集力學(xué)傳感器、電學(xué)傳感器的數(shù)據(jù)，計算波浪能發(fā)電裝置的受力情況和波浪能發(fā)電裝置的實際發(fā)電功率并存儲在計算機中。實驗臺架可以加裝多套波浪力加載系統(tǒng)，模擬海水施加給波浪能發(fā)電裝置不同運動機制的作用力。

進一步地，伺服電機串接減速器。降低伺服電機轉(zhuǎn)動速度，增大作用扭矩。

進一步地，如圖1、圖2示，波浪力加載系統(tǒng)包括第一轉(zhuǎn)輪105，第一繩索106，第一繩索106與第一轉(zhuǎn)輪105固定連接，隨第一轉(zhuǎn)輪105的轉(zhuǎn)動而直線運動；還包括第二繩索115，第二轉(zhuǎn)輪116，第二繩索115與第二轉(zhuǎn)輪116固定連接，隨第二轉(zhuǎn)輪116的轉(zhuǎn)動而直線運動；第一繩索106和第二繩索115分別連接在波浪能發(fā)電裝置109的上、下兩端，第一繩索106和第二繩索115在波浪能發(fā)電裝置的上、下端對稱設(shè)置；還包括第三轉(zhuǎn)輪107和第四轉(zhuǎn)輪118，第三轉(zhuǎn)輪107和第一轉(zhuǎn)輪105通過第一轉(zhuǎn)軸固定連接，并同步轉(zhuǎn)動，第四轉(zhuǎn)輪118和第二轉(zhuǎn)輪116通過第二轉(zhuǎn)軸固定連接，并同步轉(zhuǎn)動；第三轉(zhuǎn)輪107和第四轉(zhuǎn)輪118通過鏈條連接，并同步轉(zhuǎn)動；第四轉(zhuǎn)輪118與伺服電機121連接，第四轉(zhuǎn)輪在伺服電機121的帶動下做周期性往復(fù)轉(zhuǎn)動，從而帶動第三轉(zhuǎn)輪107同步轉(zhuǎn)動，并帶動波浪能發(fā)電裝置109周期性往復(fù)直線運動，模擬在海洋波浪中的運動；波浪能發(fā)電裝置的上表面通過第一彈簧102和第二彈簧104分別連接到第一固定桿101和第二固定桿103。第一彈簧102和第二彈簧104提供預(yù)緊力。

進一步地，該波浪能發(fā)電無水實驗臺架為立體框架結(jié)構(gòu)，立體框架結(jié)構(gòu)的上、下表面平行，波浪力加載系統(tǒng)、海水浮力調(diào)節(jié)系統(tǒng)、海水阻尼調(diào)節(jié)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)均設(shè)置在立體框架結(jié)構(gòu)內(nèi)部，第一固定桿101和第二固定桿103平行設(shè)置在立體框架結(jié)構(gòu)的上表面。

進一步地，海水浮力調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括第三繩索111、第五轉(zhuǎn)輪112、配重113、第三彈簧114，第三繩索的兩端分別連接第五轉(zhuǎn)輪和第一轉(zhuǎn)輪，配重設(shè)置在第五轉(zhuǎn)輪的下方，配重的下端通過第三彈簧與實驗臺架或者大地相連，配重113與波浪能發(fā)電裝置相連，模擬波浪能發(fā)電裝置109在靜水中的靜浮力；第三彈簧114結(jié)合第一彈簧102和第二彈簧104模擬波浪能發(fā)電裝置109在水中垂向運動時的動態(tài)浮力。

進一步地，海水阻尼調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括阻尼電機，將第四轉(zhuǎn)輪118連接阻尼電機119，在第四轉(zhuǎn)輪118轉(zhuǎn)動時，阻尼電機119發(fā)電。從而模擬海水阻尼效果?？赏ㄟ^選用合適的速度特性的發(fā)電機，以及調(diào)整阻尼電機119的外接電阻等參數(shù)調(diào)節(jié)阻尼電機的速度特性，模擬不同的阻尼參數(shù)。

進一步地，在第五轉(zhuǎn)輪112和配重113之間設(shè)置第一力傳感器201，用于測量配重113的重力和第三彈簧114的拉力。第三彈簧114與錨點131固接，錨點131與實驗臺架或者大地固接。在第一轉(zhuǎn)輪與波浪能發(fā)電裝置之間的第一繩索上設(shè)置第二力傳感器206，在波浪能發(fā)電裝置與第四轉(zhuǎn)輪之間設(shè)置第三力傳感器207，兩者的差值即為伺服電機121施加到波浪能發(fā)電裝置109的凈作用力。通過加裝力傳感器，測量繩索的拉力，從而計算受力情況。第一力傳感器、第二力傳感器、第三力傳感器，以及伺服電機121聯(lián)入計算機，在測控軟件系統(tǒng)的控制下自動開展實驗，控制伺服電機121的運動，并記錄受力情況。

進一步地，伺服電機通過皮帶及皮帶輪傳動，帶動第四轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動。

進一步地，伺服電機通過鏈條及鏈輪傳動，帶動第四轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動。

進一步地，配重為水箱，通過調(diào)整水箱的水量調(diào)整波浪能發(fā)電裝置受到的靜浮力大小。海水浮力調(diào)節(jié)系統(tǒng)模擬波浪能發(fā)電裝置受到的浮力，包括靜平衡時的靜浮力，以及運動過程中的動浮力。靜浮力通過固定質(zhì)量的配重來模擬，可通過調(diào)節(jié)配重質(zhì)量的大小模擬不同的靜浮力。將配重的下端通過第三彈簧與實驗臺架或者大地相連，在波浪能發(fā)電裝置帶動配重運動的過程中，產(chǎn)生隨位置變化的額外彈性力，模擬波浪能發(fā)電裝置在運動過程中海水浮力的變動情況。

本發(fā)明包括能夠模擬海洋施加給波浪能發(fā)電裝置的波浪作用力、海水浮力、海水阻尼，在計算機控制下自動采集力學(xué)和電學(xué)參數(shù)，自動進行實驗過程，并能夠靈活調(diào)節(jié)各種技術(shù)參數(shù)。

應(yīng)當(dāng)理解的是，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進或變換，而所有這些改進和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護范圍。