风机叶片材料的风沙冲蚀磨损试验装置及其试验方法与流程

本发明涉及一种试验装置及其试验方法，具体涉及一种风机叶片材料的风沙冲蚀磨损试验装置及其试验方法。

背景技术：

风力发电具有技术成熟、环保高效、取之不尽用之不竭等优点，这使得风力发电一直保持着世界新能源中增长最快的地位，有着广阔的发展前景。风力发电机叶片作为风机组成部分的重要元件，它的优劣性影响着整个风机的好坏，是风力发电的关键。随着我国气候环境逐步恶化，很多风力发电厂会出现沙尘天气，风沙冲蚀造成风机叶片的损坏。同时，雨雪等极低温、高湿等自然天气的影响，使得风机叶片在风沙与雨雪天气相互作用下，冲蚀磨损不断增加，大大的降低了风力发电机的使用寿命，影响了风力发电场的正常运行。因此，风机叶片材料风沙冲蚀磨损研究显得十分必要和急迫。

风机叶片材料风沙冲蚀磨损过程十分复杂，现场实验虽然可靠性高，但是其费用大，消耗的周期长、可行性低，特别是对于极高、低温及高湿度的环境风沙冲蚀磨损研究，很难在风力发电场对风机叶片进行人为的温度、湿度、风沙环境控制。室内模拟实验具有真实模拟风的能力及方便地控制影响风机叶片冲蚀磨损的各个因素，比如风速、冲蚀角度、沙尘颗粒半径、温度、湿度等。为了对风机叶片材料在风沙环境下的冲蚀磨损做深入研究，设计一种能够模拟风沙冲蚀磨损环境的系统装置显得很有必要。

技术实现要素：

本发明的针对现有技术的不足，提供了一种风机叶片材料的风沙冲蚀磨损试验装置及其试验方法。

本发明包括风速调节模块、供沙模块、温湿度调节模块、冲蚀模块以及沙粒回收模块，沙粒通过由供沙模块与风速调节模块组成的风沙供应装置，进入至冲蚀箱内的冲蚀模块，对冲蚀模块内的风机叶片进行冲蚀磨损，所述温湿度调节模块用于对冲蚀模块内的温湿度进行调节控制；所述沙粒回收装置置于冲蚀模块的下方；所述冲蚀模块包括实验支撑台、传感器模块、玻璃观察窗、出风管；所述实验支撑台包括含有垂直固定安装的第一挡板与第二挡板，用于固定风机叶片；第一挡板通过轴承与支撑架相连，可调节冲蚀角度；支撑架固定于冲蚀箱底；所述传感器模块包括用于检测冲蚀箱风速的风速检测装置，用于检测冲蚀箱温度数值的温度传感器，用于检测冲蚀箱湿度数值的湿度传感器；所述出风管用于平衡冲蚀箱内气压；所述玻璃观察窗设置于冲蚀箱侧壁。

进一步说，所述风速调节模块包括空气压缩机、风速调节阀、出风管和稳压阀，空气压缩机的输出连接风速调节阀，风速调节阀的输出连接出风管，出风管的风经过稳压阀后进入压力喷枪。

进一步说，所述供沙模块包括储沙料箱，所述储沙料箱下端设有下沙量调节阀,下沙量调节阀与送沙管一端相连，送沙管另一端连接于压力喷枪。

进一步说，所述温湿度调节模块包括加热模块、制冷模块、加湿模块、抽湿模块，这四个模块均通过控制电路与上位机相连。

进一步说，所述沙粒回收模块内设置有上箱体、过滤层、下箱体，所述过滤层具有均匀针孔状的通孔。

进一步说，所述冲蚀角度实验设定值为15°、30°、45°、60°以及90°。

进一步说，所述稳压阀与压力喷枪之间连接有压力检测装置。

进一步说，所述过滤层可根据颗粒半径进行更换。

风机叶片材料的风沙冲蚀磨损试验方法，采用上述装置，该方法具是：

步骤1、将风机叶片材料放置在实验支撑台上，第一挡板与风机叶片材料侧面接触固定，第二挡板与风机叶片材料底部接触固定；调整轴承到设定的角度。

步骤2、传感器模块对冲蚀箱内的温、湿度采集，将采集到的温、湿度值与设定温、湿度参数进行比较，将比较判别结果输出给温湿度调节模块，进行温、湿度调节；同时，在调节温、湿度的过程中，控制冲蚀模块中的出风管，以强化冲蚀箱内的空气对流，平衡冲蚀箱内温、湿度。

步骤3、在冲蚀箱达到设定的温、湿度值后，打开风速调节模块中的高压气压源，高压气压源提供气流至风沙供应装置中的喷枪；气流流经喷枪处形成负压，供沙模块提供的沙粒随着气流由喷枪喷出至测试风机叶片表面。

步骤4、冲蚀磨损试验结束后，通过沙粒回收模块进行沙粒回收。

进一步说，当冲蚀箱内温度高于设定的温度时，通过上位机启动温湿度调节模块中的制冷模块进行制冷处理至设定温度数值；

当冲蚀箱内温度低于设定的温度时，通过上位机启动温湿度调节模块中的加热模块进行加热处理至设定温度数值；

当冲蚀箱内湿度低于设定的湿度时，通过上位机启动温湿度调节模块中的湿度模块进行加湿处理至设定湿度数值；

当冲蚀箱内湿度高于设定的湿度时，通过上位机启动温湿度调节模块中的抽湿模块进行除湿处理至设定湿度数值。

本发明的有益效果：本发明装置能有效的模拟风机叶片实际工况环境，从而能准确、可靠的分析出温度、湿度、风沙冲蚀风速、冲蚀角度、沙尘颗粒半径等因素间的相互作用，并为研究减轻风机叶片冲蚀磨损的措施提供可靠的实验数据。

附图说明

图1是本发明的模块流程图；

图2是本发明的结构示意图；

图3是本发明沙粒回收模块的立体图；

图4是本发明风沙冲蚀磨损试验装置的控制流程图；

图中：1.1、空气压缩机；1.2、风速调节阀；1.3、出风管；1.4、稳压阀；1.5、压力检测装置；1.6、压力喷枪； 2.1、储沙料箱；2.2、下沙量调节阀；2.3、送沙管；3.11、第一挡板；3.12、第二挡板；3.2、轴承；3.3、支撑架；3.4、玻璃观察窗；3.5、出风管；3.6、风速检测装置；3.7、温度传感器；3.8、湿度传感器；4.1、加热模块；4.2、制冷模块；4.3、加湿模块；4.4、抽湿模块；4.5、控制电路；4.6、上位机；4.7、软管道；5.1、上箱体 ；5.2、过滤网；5.3、下箱体。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

如图1、图2所示，一种风机叶片材料的风沙冲蚀磨损试验装置，包括供沙模块、风速调节模块、温度控制模块、湿度控制模块、冲蚀模块、沙粒回收模块。沙粒通过供沙模块同风速调节模块相通形成风沙供应装置，然后与冲蚀模块相连进行风机叶片冲蚀磨损，温度调节模块、湿度调节模块同冲蚀模块相通进行温湿度调节控制。

所述风速调节模块中的空气压缩机1.1通过风速调节阀1.2后连接出风管1.3一端、出风管1.3另一端连接稳压阀1.4，经稳压后连接至压力喷枪1.6，稳压阀1.4与压力喷枪1.6之间还有压力检测装置1.5。所述沙粒冲击速度实验数值设置为7.9 m/s、12.8 m/s、以及17.4m/s。

所述供沙模块包括储沙料箱2.1通过下沙量调节阀2.2与送沙管管口2.3相连，并连接于压力喷枪1.6。所述沙粒半径实验数值设置为0.074mm-0.15mm、0.104mm-0.212mm、0.212mm-0.42mm以及0.42mm-0.84mm。

所述温度调节模块包括制冷模块4.2、加热模块4.1均连接于控制电路4.5，控制电路连接于上位机4.6，进行温度调节。所述冲蚀箱内温度实验数值设置为-40℃、-20℃、0℃、20℃、40℃、60℃以及80℃。

所述湿度调节模块包括加湿模块4.3、抽湿模块4.4均连接于控制电路4.5，控制电路连接于上位机4.6，进行湿度调节。所述冲蚀箱内湿度实验数值设置为20%、40%、60%以及80%。

所述冲蚀模块包括实验支撑台、传感器模块、玻璃观察窗、出风管。所述实验支撑台包括第一挡板3.11、第二挡板3.12垂直固定安装，第一挡板3.11通过轴承3.2与支撑架3.3相连，可调节冲蚀角度，所述冲蚀角度实验设定值为15°、30°、45°、60°以及90°。支撑架3.3固定于箱底；所述传感器模块包括用于检测冲蚀箱风速的风速检测装置3.6，用于检测冲蚀箱温度数值的温度传感器3.7，用于检测冲蚀箱湿度数值的湿度传感器3.8；所述出风管3.5具有平衡冲蚀箱内气压；所述玻璃观察窗3.4设置于冲蚀箱侧壁。

如图3所示，所述沙粒回收模块包括回收箱、过滤层5.2。所述回收箱用过滤层5.2将箱体分为上箱体5.1、下箱体5.3；所述过滤层5.2具有均匀针孔状的通孔，可以将实验后不规格的沙粒过滤到下箱体5.3，完整的沙粒依旧留在上箱体5.1。所述过滤层5.2可根据颗粒半径进行更换。

所述风速调节模块通过出风管1.3为压力喷枪1.6输入压缩空气，所述送沙模块通过送沙管2.3为压力喷枪1.6输送沙粒，所述温、湿度调节模块通过软管道4.7为冲蚀模块实验环境调节温、湿度。

如图4所示 ，是本发明风沙冲蚀磨损试验装置的控制流程图。放置同比例风机叶片实验材料固定于挡板上，通过轴承调节挡板角度ß，若ß与实验设定角度ß0相同，则使用温、湿度传感器分别采集温度值T和湿度值H，若ß与ß0不相等，则重复调节挡板角度。为了使冲蚀试验箱内温湿度达到实验设定的值，通过上位机启动加热模块、制冷模块、抽湿模块、加湿模块调节温、湿度。若T=T0、H=HO，打开空气压缩机，调节稳压阀并用压力检测装置检测压力P。若P与实验设定压力P0值相等，则调节风速调节阀与下沙量调节阀。若不相等，则重复调节稳压阀。通过风速检测装置检测冲蚀箱内沙粒冲蚀速度V，若V与实验设定风速V0不相等，则重复调节风速调节阀与下沙量调节阀。若V= V0，则开始进行沙粒冲蚀磨损风机叶片。实验者通过观察窗观察实验，最后实验结束进行沙粒回收。

一种风机叶片材料的风沙冲蚀磨损试验方法，该方法包括以下步骤：

步骤1、将风机叶片材料放置在试件固定板上，第一挡板与风机叶片材料侧面接触连接，第二挡板用于与风机叶片材料底部接触连接，固定风机叶片材料。调整轴承到设定的角度,即风沙冲蚀的角度。

步骤2、实验运行前，首先要进行温、湿度检查。用温度传感器、湿度传感器分别对冲蚀装置内温、湿度的采集，将采集到的温、湿度值与设定温、湿度参数进行比较，然后判断后续的操作。当所测温度高于设定的温度时，通过上位机启动制冷模块进行制冷处理至设定温度数值；当所测温度低于设定的温度时，通过上位机启动加热模块进行加热处理至设定温度数值；当所测湿度低于设定的湿度时，通过上位机启动湿度模块进行加湿处理至设定湿度数值；当所测湿度高于设定的湿度时，通过上位机启动抽湿模块进行除湿处理至设定湿度数值；当所测湿度低于设定的湿度时，通过上位机启动加湿模块进行除湿处理至设定湿度数值。同时，在调节温、湿度的过程中，控制冲蚀装置内的出风管，以强化冲蚀装置内的空气对流。

步骤3、衡冲蚀装置内温、湿度。在冲蚀装置达到设定的温、湿度值后，打开高压气压源，高压气压源提供气流流经出风管至喷枪。通过压力检测装置测得压力，若与设定值有差距，则调节稳压阀至设定值。气流流经喷枪处形成负压，沙粒会直接从储沙料箱下沙随着气流由喷枪喷出至测试风机叶片表面。储沙料箱内放置的沙粒颗粒粒径大小可根据设定值放置，即沙尘颗粒半径。实验时，冲蚀装置内风速检测装置可以采集冲蚀箱内沙粒风速，并与设定值进行比较，若不符合调节风速调节阀与下沙量调节阀，即风沙冲蚀速度。实验操作者可以通过玻璃观察窗观察实验过程。

步骤4冲蚀磨损实验结束后，进行沙粒回收。将沙粒回收过滤箱上箱体内的沙粒回收利用，下箱体内的沙粒进行处理。

综上，本发明提供了一种风机叶片材料的风沙冲蚀磨损试验装置及其试验方法，该试验装置能在实验室内方便模拟出风机叶片材料风沙冲蚀磨损的真实环境，能够用来研究模拟高温、低温、高湿度环境下风机叶片冲蚀磨损机制，通过调节各项参数研究实现有效的防护措施，从而提高风机叶片使用寿命和风力发电转换率。

本发明还可以有其他实施例，在不背离本发明精神及其实质情况下进行的改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。