一种垂直轴风轮平均启动力矩的测量系统的制作方法

文档序号:10741825阅读:428来源:国知局
一种垂直轴风轮平均启动力矩的测量系统的制作方法
【专利摘要】一种垂直轴风轮平均启动力矩的测量系统,包括风洞、风速仪和试验台装置,风速仪和试验台装置均设在风洞出风口的一侧,该测量系统还包括数据采集与分析装置、垂直轴风轮性能测量装置和力矩测量装置;风速仪和垂直轴风轮性能测量装置的输出端均与数据采集与分析装置的输入端相连接,数据采集与分析装置的输出端依次连接有流体力学检测模块和扭矩匹配器,扭矩匹配器的输出端与力矩测量装置的输入端相连接,所述的垂直轴风轮性能测量装置包括转速传感器和扭矩传感器。该测量系统仅通过一次测量,即可得到风轮平均启动力矩测量值,本测量系统操作方便快捷、测量精度受外界影响因素少,可实现垂直轴风轮平均启动力矩的快速测量。
【专利说明】
一种垂直轴风轮平均启动力矩的测量系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及垂直轴风轮试验用设备,具体涉及一种垂直轴风轮平均启动力矩的测量系统。
【背景技术】
[0002]随着石化能源的日益枯竭,风能等清洁可再生能源的开发利用不断受到关注,风力发电已成为世界许多国家的可持续发展战略的重要组成部分,垂直轴风力机直驱永磁发电机,是今后风力发电领域的一个重要发展趋势。
[0003]随着永磁发电机技术的发展,一种轴向主磁路结构永磁风力发电机可在1.0m/s?25m/s风速范围内工作。在“转动即发电”思路的指导下,一种垂直轴风力发动机的鱼脊线叶板升力风轮可实现低风速运转并使直驱的上述永磁发电机持续发电,鱼脊线风轮在低风速工况下受负载作用时的启动特性成为一个重要的性能指标。由于垂直轴风轮迎风角度不同时受力状况也不同,目前对于垂直轴风轮的平均启动力矩的测量,主要采用在风轮一个整周回转周期内均布测量点,进行多次测量取平均值的方法进行,该方法因需多次测量,操作繁琐,且测量精度受测量次数影响。为解决该技术问题,需通过技术方法减少测量次数,保证测量精度不受影响,从而实现垂直轴风轮平均启动力矩的快速测量。一种简捷型垂直轴风力发电机风轮的风洞试验装置ZL201020253480.X可为垂直轴风轮设计提供优化的试验性能参数和发电机匹配设计系数,但因该装置存在皮带张紧力以及皮带与风轮法兰之间的摩擦力,导致风轮特性参数的结果误差较大,难以反应风轮的真实特性。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型为了解决现有技术的不足,提供一种操作方便、测量精度影响因素少的垂直轴风轮平均启动力矩的测量系统,可实现垂直轴风轮平均启动力矩的快速测量。
[0005]本实用新型为解决上述问题所采用的技术方案为:一种垂直轴风轮平均启动力矩的测量系统,包括风洞、风速仪以及用于安装垂直轴风轮的试验台装置,风速仪和试验台装置均设在风洞的出风口的一侧,该测量系统还包括数据采集与分析装置、垂直轴风轮性能测量装置以及用于测量垂直轴风轮平均启动力矩的力矩测量装置;风速仪和垂直轴风轮性能测量装置的输出端均与数据采集与分析装置的输入端相连接,数据采集与分析装置的输出端依次连接有流体力学检测模块和扭矩匹配器,扭矩匹配器的输出端与力矩测量装置的输入端相连接,所述的垂直轴风轮性能测量装置包括分别用于检测垂直轴风轮转速和扭矩的转速传感器和扭矩传感器。
[0006]进一步地,流体力学检测模块利用数据采集与分析装置采集到的数据对垂直轴风轮力矩变化进行仿真得到力矩曲线,扭矩匹配器对该力矩曲线进行匹配得到平均力矩发生的垂直轴风轮转角位置。
[0007]进一步地,所述的力矩测量装置包括拉力计和牵引绳,牵引绳的两端分别与拉力计以及垂直轴风轮平均力矩发生的转角位置的叶片的外缘固定连接,且牵引绳沿叶片的外缘切线方向设置。
[0008]本实用新型中,所述的试验台装置包括底座和垂直固定在底座上的支撑架,支撑架上设有竖直设置且用于安装垂直轴风轮的转轴,所述的转速传感器和扭矩传感器均设置在转轴上。
[0009]本实用新型中,风洞为两端开口的中空筒状结构,垂直轴风轮的中心与风洞的出风口的中心等高度设置。
[0010]本实用新型的测量系统通过风洞试验获得垂直轴风轮启动风速和转速工况,数据采集与分析装置对风速、垂直轴风轮的转速和扭矩信号进行采集分析,流体力学检测模块依据分析结果得到垂直轴风轮的动态力矩变化曲线,扭矩匹配器对力矩曲线进行匹配分析得到平均力矩发生位置,力矩测量装置通过测量垂直轴风轮在该位置的阻力矩,即垂直轴风轮的平均启动力矩值。
[0011]本实用新型的有益效果是:通过风洞试验得到风轮平均启动力矩测量的启动风速、转速等初值;通过流体力学检测模块的仿真分析及扭矩匹配器的分析,得到垂直轴风轮平均启动力矩发生的位置角,从而实现一次测量即可得到风轮平均启动力矩值。在传统测量方法中,由于垂直轴风轮的结构特点,其在一个回转周期的不同迎风位置,受风状况不同,从而导致风轮平均启动力矩测量必须采取一个回转周期内离散化多位置、测量取平均值的方法进行,且测量点位越多,测量精度越接近真实值。本测量系统操作方便快捷、测量精度受外界影响因素少,可实现垂直轴风轮平均启动力矩的快速测量;该测量系统仅通过一次测量,即可得到风轮平均启动力矩测量值,大大简化了现有技术中,需通过风轮不同转角位置多次测量取平均值,测量次数多且影响测量结果精度的缺陷。
【附图说明】
[0012]图1为本实用新型的结构图;
[0013]图2为本实用新型的原理图;
[0014]图3为本实用新型中力矩测量装置与垂直轴风轮的位置关系图。
[0015]附图标记:1、风洞,2、风速仪,3、试验台装置,30、底座,31、支撑架,32、转轴,4、垂直轴风轮性能测量装置,40、转速传感器,41、扭矩传感器,5、数据采集与分析装置,6、流体力学检测模块,7、扭矩匹配器,8、力矩测量装置,80、拉力计,81、牵引绳,9、垂直轴风轮,90、叶片。
【具体实施方式】
[0016]下面结合具体实施例对本实用新型的垂直轴风轮平均启动力矩的测量装置作进一步说明,以使本领域的技术人员可以更好的理解本实用新型并能予以实施,但所举实施例不作为对本实用新型的限定。
[0017]—种垂直轴风轮平均启动力矩的测量系统,如图1所示,包括风洞1、风速仪2以及用于安装垂直轴风轮9的试验台装置3,风速仪2和试验台装置3均设在风洞I的出风口的一侦U,其中,风洞I为两端开口的中空筒状结构,垂直轴风轮9的中心与风洞I的出风口的中心等高度设置。如图2所示,试验台装置3包括底座30和垂直固定在底座30上的支撑架31,支撑架31上设有竖直设置且用于安装垂直轴风轮9的转轴32。
[0018]如图2所示,该测量系统还包括数据采集与分析装置5、垂直轴风轮性能测量装置4以及用于测量垂直轴风轮9平均启动力矩的力矩测量装置8;风速仪2和垂直轴风轮性能测量装置4的输出端均与数据采集与分析装置5的输入端相连接,数据采集与分析装置5的输出端依次连接有流体力学检测模块6和扭矩匹配器7,扭矩匹配器7的输出端与力矩测量装置8的输入端相连接,所述的垂直轴风轮性能测量装置4包括分别用于检测垂直轴风轮9转速和扭矩的转速传感器40和扭矩传感器41,转速传感器40和扭矩传感器41均设置在转轴32上。
[0019]其中,所述的流体力学检测模块6利用数据采集与分析装置5采集到的数据对垂直轴风轮9力的矩变化进行仿真得到力矩曲线,扭矩匹配器7对该力矩曲线进行匹配得到平均力矩发生的垂直轴风轮9转角位置,力矩测量装置8包括拉力计80和牵引绳81,牵引绳81的两端分别与拉力计80以及垂直轴风轮9平均力矩发生的转角位置的叶片90的外缘固定连接,且牵引绳81沿叶片90的外缘切线方向设置。
[0020]具体的,垂直轴风轮9安装在转轴32上,由风洞I提供垂直轴风轮9在不同负载下的启动风速;垂直轴风轮性能测量装置4安装在垂直轴风轮9与底座30之间,包括转速传感器40和扭矩传感器41,用于垂直轴风轮9的运转性能数据测量;数据采集与分析装置5采集运转性能数据并分析得到垂直轴风轮9的风速、转速、力矩等性能数据;流体力学检测模块6利用采集到的性能数据对垂直轴风轮9力矩变化进行仿真得到力矩瞬态曲线;扭矩匹配器7利用垂直轴风轮9动态转动时和启动转动时具有相同的受风特性,根据相似性原理,对瞬态力矩曲线进行匹配分析得到平均力矩发生的风轮转角位置;力矩测量装置8安放在垂直轴风轮9与支撑架31的上端部之间,包括拉力计80与牵引绳81,在设定垂直轴风轮9的相位角为平均力矩发生位置后,按照力矩平衡原理,以拉力计80测量垂直轴风轮9的平衡阻力矩,从而得到垂直轴风轮9在相应启动风速下的平均启动力矩值。
【主权项】
1.一种垂直轴风轮平均启动力矩的测量系统,包括风洞(1)、风速仪(2)以及用于安装垂直轴风轮(9)的试验台装置(3),风速仪(2)和试验台装置(3)均设在风洞(I)的出风口的一侧,其特征在于:该测量系统还包括数据采集与分析装置(5)、垂直轴风轮性能测量装置(4)以及用于测量垂直轴风轮(9)平均启动力矩的力矩测量装置(8);风速仪(2)和垂直轴风轮性能测量装置(4)的输出端均与数据采集与分析装置(5)的输入端相连接,数据采集与分析装置(5)的输出端依次连接有流体力学检测模块(6)和扭矩匹配器(7),扭矩匹配器(7)的输出端与力矩测量装置(8)的输入端相连接,所述的垂直轴风轮性能测量装置(4)包括分别用于检测垂直轴风轮(9)转速和扭矩的转速传感器(40)和扭矩传感器(41)。2.根据权利要求1所述的一种垂直轴风轮平均启动力矩的测量系统,其特征在于:所述的流体力学检测模块(6)利用数据采集与分析装置(5)采集到的数据对垂直轴风轮(9)力矩变化进行仿真得到力矩曲线,扭矩匹配器(7)对该力矩曲线进行匹配得到平均力矩发生的垂直轴风轮(9)转角位置。3.根据权利要求2所述的一种垂直轴风轮平均启动力矩的测量系统,其特征在于:所述的力矩测量装置(8)包括拉力计(80)和牵引绳(81),牵引绳(81)的两端分别与拉力计(80)以及垂直轴风轮(9)平均力矩发生的转角位置的叶片(90)的外缘固定连接,且牵引绳(81)沿叶片(90 )的外缘切线方向设置。4.根据权利要求1所述的一种垂直轴风轮平均启动力矩的测量系统,其特征在于:所述的试验台装置(3)包括底座(30)和垂直固定在底座(30)上的支撑架(31),支撑架(31)上设有竖直设置且用于安装垂直轴风轮(9)的转轴(32),所述的转速传感器(40)和扭矩传感器(41)均设置在转轴(32)上。5.根据权利要求1所述的一种垂直轴风轮平均启动力矩的测量系统,其特征在于:风洞(I)为两端开口的中空筒状结构,垂直轴风轮(9)的中心与风洞(I)的出风口的中心等高度设置。
【文档编号】F03D17/00GK205423083SQ201620150212
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年2月29日
【发明人】王恒强, 宋磊, 邵宏鑫, 范梦元, 马超, 陈伟, 李玉斌
【申请人】河南科技大学
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