一种测试垂直轴风力机气动性能和结构性能的装置和方法与流程

本发明主要涉及风力发电技术领域，具体是一种测试垂直轴风力机气动性能和结构性能的装置和方法。

背景技术：

垂直轴风力机在实际使用中的气动性能会受到工作环境和材料性质、风向等多种因素的影响，而现在有的研究装置实验环境单一，不能真实反映风力机在实际工作环境的气动特性。

目前国内外垂直轴风力机气动性能风洞试验还存在试验场所占面积大、能耗高、试验装置庞大且复杂、灵活性差、费时费力和造价高等缺陷。为此，需要一种简便快捷能反映垂直轴风力机真实工作环境的风力机实验装置和方法。

技术实现要素：

针对目前国内外风力机风洞试验的不足,本发明的目的旨在提供一种利用汽车在平整的道路上行驶产生风来测试固定于车顶的垂直轴风力机气动性能和结构性能的跑车试验装置和方法，具体地说是一种通过汽车运动产生风场，进而对垂直轴风力机气动性能进行测试研究的移动式类风洞装置。

本发明采用的技术方案为：一种测试垂直轴风力机气动性能和结构性能的装置，包括运输车辆和装载在车辆货箱上的仪器设备柜，所述的仪器设备柜与汽车之间设有隔振装置，所述的仪器设备柜上设有试验平台，所述的试验平台上设有支架，所述的支架上安装有垂直轴风力机。

进一步，所述的垂直轴风力机通过联轴器与转速转矩传感器相连接。

进一步，所述的支架上设有可以调节垂直轴风力机试验时高度与风向夹角的伸缩旋转轴。

进一步，所述试验平台上设有风速采集装置，用于采集实验时的风速和湍流度，为试验提供更可靠的试验数据。

进一步，所述的仪器设备柜设有笔记本电脑和电源，所述的笔记本电脑内部安装有数据采集系统和数据分析系统。

本发明还包括一种利用汽车行驶风测试垂直轴风力机气动性能和结构性能的方法,包括如下步骤：

第一步：先对垂直轴风力机进行设计制作，包括翼型、叶片长度、弦长和叶片材料；

第二步：安装检查垂直轴风力机气动性能和结构性能的仪器设备，包括运输车辆、垂直轴风力机、风速采集装置、转矩转速传感器、套筒、电源、数据采集仪、数据处理仪和笔记本电脑；

第三步：旋转套筒调节垂直轴风力机的偏航角与高度，接通电源；

第四步：启动运输车辆，使风速采集装置测得的风速达到试验风速，接着开始采集试验数据；

第五步：上个工况结束后，制动运输车辆，调节垂直轴风力机的偏航角，重复第四步操作，进行下一个工况的试验；

第六步：试验完成，拆卸垂直轴风力机，断开电源，关闭试验设备。

本发明产生的有益效果是：本发明装置简单、操作便利，能够利用真实的环境状况，试验花费低廉，可广泛适用于垂直轴风力机的各种试验研究。

附图说明

图1为本发明的主视图结构示意图；

图2为仪器设备柜的正面示意图；

图3为垂直轴风力机的侧立面图；

图4为安装垂直轴风力机的支架详图；

图中：1-运输车辆、2-仪器设备柜、3-试验平台、4-风速采集装置、5-支架、6-垂直轴风力机、7-隔振装置、8-笔记本电脑、9-数据采集仪、10-电源、11-主轴、12-叶片、13-转矩转速传感器、14-支撑臂、15-联轴器、16-固定螺丝、17-固定轴、18-伸缩旋转轴。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

如图1所示，本发明是一种测试垂直轴风力机气动性能和结构性能的装置，包括运输车辆1、仪器设备柜2、试验平台3、风速采集装置4、支架5、垂直轴风力机6、隔振装置7、笔记本电脑8、数据采集仪9和电源10。仪器设备柜2放置在运输车辆1的货箱上，仪器设备柜2上放置一个试验平台3，试验平台上固定一个支架5，垂直轴风力机6安装在支架上，利用汽车行驶时产生的风场，对垂直轴风力机的气动性能进行实验研究。同时，试验平台3上设有风速采集装置4，用于采集实验时的风速和湍流度，为试验提供更可靠的试验数据。

如图2所示，本发明设有仪器设备柜2，用于放置电源和笔记本电脑，笔记本电脑用于安装试验控制系统、数据采集系统和数据处理系统，主要对风速和垂直轴风力机发电功率等实验数据进行采集和处理，并储存在其中。

如图3所示是用于实验的垂直轴风力机，垂直轴风力机安装在支架5上，转矩转速传感器13通过联轴器15与垂直轴风力机相连接，联轴器15作为一种安全装置用来防止被联接机件承受过大的载荷，起到过载保护的作用。垂直轴风力机的叶片12通过支撑臂14与垂直轴风力机的主轴12相连接。

本发明的支架图如图4所示，设有固定轴17、伸缩旋转轴18和固定螺丝16。通过伸缩旋转轴18改变垂直轴风力机的高度和风攻角，再用螺丝17把伸缩旋转轴18固定在固定轴18中，用于调节垂直轴风力机试验时高度与风向夹角。

本发明采用的测试方法是：

第一步：先对垂直轴风力机进行设计制作，包括翼型、叶片长度、弦长和叶片材料；

第二步：安装检查垂直轴风力机气动性能和结构性能的仪器设备，包括运输车辆、垂直轴风力机、风速采集装置、转矩转速传感器、套筒、电源和笔记本电脑；

第三步：旋转套筒调节垂直轴风力机的偏航角与高度，接通电源；

第四步：启动运输车辆，使风速采集装置测得的风速达到试验风速，接着开始采集试验数据；

第五步：上个工况结束后，制动运输车辆，调节垂直轴风力机的偏航角，重复第四步操作，进行下一个工况的试验；

第六步：试验完成，拆卸垂直轴风力机，断开电源，关闭试验设备。

本发明不局限于上述具体实施方式，所属技术领域的技术人员从上述构思出发，不经过创造性的劳动，所做出的种种变换，均落在本发明的保护范围以内。另外，本发明中的高度和试验平台的宽度及长度制作时均要满足相关交通法规对货车车厢载货的要求。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种测试垂直轴风力机气动性能和结构性能的装置和方法，其中该装置包括运输车辆和装载在车辆货箱上的仪器设备柜，仪器设备柜中设有试验数据采集设备和试验数据处理设备，仪器设备柜上设有试验平台，试验平台上设有用于固定垂直轴风力机的支架和用于测量风速的风速采集装置，支架上设有转矩转速传感器，联轴器用于连接垂直轴风力机和转矩转速传感器。该装置利用汽车行驶过程产生的相对风场对垂直轴风力机气动性能和结构性能进行试验研究。本发明装置简便、快捷高效、组装形式灵活、便携、适用性广，并能提供风力机真实的工作环境，提高了垂直轴风力机试验研究的真实性。

技术研发人员：李胜利;梁焌;刘路路;马跃飞;吴艳奇;刘桢雯;楚亚杰;刘鑫;张龙冠
受保护的技术使用者：郑州大学
技术研发日：2018.08.01
技术公布日：2018.11.09