CN105973569B - 可循环水流的近海结构波浪试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可循环水流的近海结构波浪试验装置。本发明的目的是提供一种结构简单、制成维护成本较低的可循环水流的近海结构波浪试验装置。本发明的技术方案是：一种可循环水流的近海结构波浪试验装置，其特征在于：具有试验水槽，该试验水槽一端接整流槽，整流槽内安装有造波机，所述试验水槽另一端接消波装置，消波装置经输水管道连通所述造波机，该输水管道上安装有水流再驱动装置和流量监控装置。本发明适用于近海结构进行基础结构形式优化、基础防冲刷的室内模型试验。

Description

可循环水流的近海结构波浪试验装置

技术领域

本发明涉及一种可循环水流的近海结构波浪试验装置。适用于近海结构进行基础结构形式优化、基础防冲刷的室内模型试验。

背景技术

近年来，我国海洋工程如近海风电场、海上平台等得到了大力的发展，以近海风电场为例，其主要的结构形式通常为单桩式、导管架式及重力式。在风电场建设、运营过程中，基础结构形式受到波浪、海流等动力荷载作用，需要开展大量的研究工作，分析结构的短期及长期流体动力特性。

目前常采用数值仿真和室内模型试验的方法开展研究工作，数值仿真方法常受限于计算本构模型、计算参数设置等因素，其计算可靠性通常仍需与室内模型试验进行对比验证。现有的室内模型试验通常在可制造波浪的室内水槽中开展，传统的室内水槽主要存在以下缺点：

1.水槽尺寸较大，制造和维护费用较高；

2.需要配备专门的配套设备，如水库、水循环***等；

3.设备的消波装置较复杂，且消波效果不尽理想。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种结构简单、制成维护成本较低的可循环水流的近海结构波浪试验装置。

本发明所采用的技术方案是：一种可循环水流的近海结构波浪试验装置，其特征在于：具有试验水槽，该试验水槽一端接整流槽，整流槽内安装有造波机，所述试验水槽另一端接消波装置，消波装置经输水管道连通所述造波机，该输水管道上安装有水流再驱动装置和流量监控装置。

所述造波机包括与输水管道连通的蓄水舱和用于产生波浪的推板；

所述蓄水舱靠近试验水槽侧的舱壁下端开口，并在开口处安装有挡板，挡板上端经转轴可转动安装于蓄水舱舱壁；

所述推板设置于蓄水舱外侧、蓄水舱开口的上方位置，该推板连接可控制推板上下移动的动作机构。

所述动作机构包括伺服调频电机，该伺服调频电机的转轴经曲柄连杆连接所述推板。

所述消波装置包括与所述试验水槽连通的消波池，消波池具有池壁Ⅰ和半圆池壁，池壁Ⅰ位于远离试验水槽侧，该池壁Ⅰ两端经半圆池壁连接试验水槽槽壁；

所述消波池底部设有与所述输水管道连通的通孔，通孔设置于半圆池壁与试验水槽槽壁相连处；

所述通孔的靠近试验水槽侧、沿通孔边缘设置弧形挡流板，且弧形挡流板一端连接试验水槽槽壁。

所述整流槽由远离试验水槽端到与试验水槽连接端其截面逐渐减小。

所述试验水槽两侧的槽壁为透明玻璃板。

所述水流再驱动装置为水泵。

本发明的有益效果是：

1.通过造波机和整流槽可以产生流态稳定均匀的波浪，利于开展精细化的试验研究。造波机通过调整变频电机的工作频率及与转轴相连的曲轴连杆的尺寸，可以实现按试验要求对制造波浪的波高、周期进行调整；

2.消波装置结构简便，可根据试验工况调整弧形挡流板的张开角度及出水口的水流速度，可以达到较好的消波效果；

3.水流通过通孔经过水流再驱动装置进行增压，通过管道进入蓄水舱循环使用，可有效利用水资源。此外，管道上布置有流量监测装置，可据此针对不同的试验工况动态调整水流再驱动装置的工作效率，确保造波机正常工作。

附图说明

图1为实施例的侧视图。

图2为实施例的俯视图。

图3为实施例中造波机的结构示意图。

具体实施方式

如图1、图2所示，本实施例为一种可循环水流的近海结构波浪试验装置，具有试验水槽1，该试验水槽一端接整流槽2，整流槽2内安装有造波机7；试验水槽1的另一端接消波装置3，消波装置3经输水管道4连通整流槽2内的造波机7，输水管道上安装有水流再驱动装置5(水泵)和流量监控装置6。本例通过水流再驱动装置5及连通造波机7和消波装置3的输水管道4实现水流的循环利用。水流再驱动装置5通过水泵实现对水流的输送与增压，并根据流量监控装置6实时调整水泵的工作效率。

如图3所示，本实施例中造波机7包括与输水管道4连通的蓄水舱71，蓄水舱71靠近试验水槽1侧的舱壁下端开口，并在开口处安装有挡板72，挡板72上端经转轴73可转动安装于蓄水舱舱壁，且该挡板处于封闭开口位置时金可绕转轴73往试验水槽1侧转动。本实施例在蓄水舱71外侧、蓄水舱开口的上方位置设置水平布置的推板74，推板74经曲柄连杆77连接伺服调频电机75的转轴76，伺服调频电机75安装于蓄水舱71顶部。伺服调频电机75经转轴76、曲柄连杆77带动推板74上下往复移动，进而推动流体产生波浪。

本例中消波装置3包括与试验水槽1连通的消波池，消波池具有池壁Ⅰ31和半圆池壁32，池壁Ⅰ位于远离试验水槽侧，该池壁Ⅰ两端经半圆池壁32连接试验水槽1槽壁。消波池底部设有通孔34，通孔设置于半圆池壁32与试验水槽1槽壁相连处，消波池经通孔34与输水管道4连通。在通孔34的靠近试验水槽1侧、沿通孔34边缘设置弧形挡流板33，且该弧形挡流板一端连接试验水槽1槽壁。试验产生的波浪在池壁Ⅰ31、半圆池壁32及弧形挡流板33的引导下通过通孔34进入输水管道4，达到消除反射波的目地。

本实施例中整流槽2由远离试验水槽1端到与试验水槽连接端，整流槽的截面逐渐减小。试验水槽1底部为钢制底板，两侧的槽壁为透明玻璃板，可在试验过程中直观的观察试验现象，也便于模型底部施工时进行测量标定。

本实施例的工作原理如下：

1、进行试验时，首先需要启动造波机7产生波浪。蓄水舱71内先进行充水，推动挡板72绕转轴73逆时针转动，根据连通器的原理，使转轴73所在舱壁两侧水位相等。启动伺服调频电机75，带动转轴76转动，进而带动曲柄连杆77上下往复运动，曲柄连杆14往复移动带动推板74上下移动推动水流从右侧流出形成波浪。

由于挡板72只能绕转轴73逆时针转动，当挡板72右侧水流减少时，左侧水压增大推动挡板72逆时针绕转轴73转动，进而达到补充水流的作用。

2、造波机7产生的波浪通过变截面的整流槽2以保证波浪平稳通过试验水槽1。试验水槽1两侧为透明玻璃板，可以直观的观察试验中模型的响应。

3、波浪通过试验水槽1后进入消波装置3，通过消波装置3中池壁Ⅰ31、半圆池壁32及弧形挡流板33导流后经通孔34进入输水管道4。

4、水流通过输水管道4，并经水流再驱动装置5进行泵送，通过流量监控装置6进入蓄水舱71开始下一个循环。

试验时可根据流量监控装置6实时监测水流流量，进而可调整水流再驱动装置5的工作效率，满足蓄水舱71的蓄水量达到试验开展的需求。

Claims (4)

1.一种可循环水流的近海结构波浪试验装置，其特征在于：具有试验水槽(1)，该试验水槽一端接整流槽(2)，整流槽(2)内安装有造波机(7)，所述试验水槽(1)另一端接消波装置(3)，消波装置(3)经输水管道(4)连通所述造波机(7)，该输水管道上安装有水流再驱动装置(5)和流量监控装置(6)；

所述造波机(7)包括与输水管道(4)连通的蓄水舱(71)和用于产生波浪的推板(74)；

所述蓄水舱(71)靠近试验水槽(1)侧的舱壁下端开口，并在开口处安装有挡板(72)，挡板(72)上端经转轴(73)可转动安装于蓄水舱舱壁；

所述推板(74)设置于蓄水舱(71)外侧、蓄水舱开口的上方位置，该推板连接可控制推板上下移动的动作机构；

所述动作机构包括伺服调频电机(75)，该伺服调频电机的转轴(76)经曲柄连杆(77)连接所述推板(74)；

所述消波装置(3)包括与所述试验水槽(1)连通的消波池，消波池具有池壁Ⅰ(31)和半圆池壁(32)，池壁Ⅰ位于远离试验水槽侧，该池壁Ⅰ两端经半圆池壁连接试验水槽(1)槽壁；

所述消波池底部设有与所述输水管道(4)连通的通孔(34)，通孔设置于半圆池壁(32)与试验水槽(1)槽壁相连处；

所述通孔(34)靠近试验水槽侧、沿通孔边缘设置弧形挡流板(33)，且弧形挡流板一端连接试验水槽(1)槽壁。

2.根据权利要求1所述的可循环水流的近海结构波浪试验装置，其特征在于：所述整流槽(2)由远离试验水槽(1)端到与试验水槽连接端，整流槽的截面逐渐减小。

3.根据权利要求1所述的可循环水流的近海结构波浪试验装置，其特征在于：所述试验水槽(1)两侧的槽壁为透明玻璃板。

4.根据权利要求1所述的可循环水流的近海结构波浪试验装置，其特征在于：所述水流再驱动装置(5)为水泵。