一種垂直軸風(fēng)輪平均啟動(dòng)力矩的測(cè)量系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種垂直軸風(fēng)輪平均啟動(dòng)力矩的測(cè)量系統(tǒng)，包括風(fēng)洞、風(fēng)速儀和試驗(yàn)臺(tái)裝置，風(fēng)速儀和試驗(yàn)臺(tái)裝置均設(shè)在風(fēng)洞出風(fēng)口的一側(cè)，該測(cè)量系統(tǒng)還包括數(shù)據(jù)采集與分析裝置、垂直軸風(fēng)輪性能測(cè)量裝置和力矩測(cè)量裝置；風(fēng)速儀和垂直軸風(fēng)輪性能測(cè)量裝置的輸出端均與數(shù)據(jù)采集與分析裝置的輸入端相連接，數(shù)據(jù)采集與分析裝置的輸出端依次連接有流體力學(xué)檢測(cè)模塊和扭矩匹配器，扭矩匹配器的輸出端與力矩測(cè)量裝置的輸入端相連接，所述的垂直軸風(fēng)輪性能測(cè)量裝置包括轉(zhuǎn)速傳感器和扭矩傳感器。該測(cè)量系統(tǒng)僅通過一次測(cè)量，即可得到風(fēng)輪平均啟動(dòng)力矩測(cè)量值，本測(cè)量系統(tǒng)操作方便快捷、測(cè)量精度受外界影響因素少，可實(shí)現(xiàn)垂直軸風(fēng)輪平均啟動(dòng)力矩的快速測(cè)量。
【專利說明】
一種垂直軸風(fēng)輪平均啟動(dòng)力矩的測(cè)量系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及垂直軸風(fēng)輪試驗(yàn)用設(shè)備，具體涉及一種垂直軸風(fēng)輪平均啟動(dòng)力矩的測(cè)量系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著石化能源的日益枯竭，風(fēng)能等清潔可再生能源的開發(fā)利用不斷受到關(guān)注，風(fēng)力發(fā)電已成為世界許多國(guó)家的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分，垂直軸風(fēng)力機(jī)直驅(qū)永磁發(fā)電機(jī)，是今后風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域的一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)。
[0003]隨著永磁發(fā)電機(jī)技術(shù)的發(fā)展，一種軸向主磁路結(jié)構(gòu)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)可在1.0m/s?25m/s風(fēng)速范圍內(nèi)工作。在“轉(zhuǎn)動(dòng)即發(fā)電”思路的指導(dǎo)下，一種垂直軸風(fēng)力發(fā)動(dòng)機(jī)的魚脊線葉板升力風(fēng)輪可實(shí)現(xiàn)低風(fēng)速運(yùn)轉(zhuǎn)并使直驅(qū)的上述永磁發(fā)電機(jī)持續(xù)發(fā)電，魚脊線風(fēng)輪在低風(fēng)速工況下受負(fù)載作用時(shí)的啟動(dòng)特性成為一個(gè)重要的性能指標(biāo)。由于垂直軸風(fēng)輪迎風(fēng)角度不同時(shí)受力狀況也不同，目前對(duì)于垂直軸風(fēng)輪的平均啟動(dòng)力矩的測(cè)量，主要采用在風(fēng)輪一個(gè)整周回轉(zhuǎn)周期內(nèi)均布測(cè)量點(diǎn)，進(jìn)行多次測(cè)量取平均值的方法進(jìn)行，該方法因需多次測(cè)量，操作繁瑣，且測(cè)量精度受測(cè)量次數(shù)影響。為解決該技術(shù)問題，需通過技術(shù)方法減少測(cè)量次數(shù)，保證測(cè)量精度不受影響，從而實(shí)現(xiàn)垂直軸風(fēng)輪平均啟動(dòng)力矩的快速測(cè)量。一種簡(jiǎn)捷型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)輪的風(fēng)洞試驗(yàn)裝置ZL201020253480.X可為垂直軸風(fēng)輪設(shè)計(jì)提供優(yōu)化的試驗(yàn)性能參數(shù)和發(fā)電機(jī)匹配設(shè)計(jì)系數(shù)，但因該裝置存在皮帶張緊力以及皮帶與風(fēng)輪法蘭之間的摩擦力，導(dǎo)致風(fēng)輪特性參數(shù)的結(jié)果誤差較大，難以反應(yīng)風(fēng)輪的真實(shí)特性。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種操作方便、測(cè)量精度影響因素少的垂直軸風(fēng)輪平均啟動(dòng)力矩的測(cè)量系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)垂直軸風(fēng)輪平均啟動(dòng)力矩的快速測(cè)量。
[0005]本實(shí)用新型為解決上述問題所采用的技術(shù)方案為:一種垂直軸風(fēng)輪平均啟動(dòng)力矩的測(cè)量系統(tǒng)，包括風(fēng)洞、風(fēng)速儀以及用于安裝垂直軸風(fēng)輪的試驗(yàn)臺(tái)裝置，風(fēng)速儀和試驗(yàn)臺(tái)裝置均設(shè)在風(fēng)洞的出風(fēng)口的一側(cè)，該測(cè)量系統(tǒng)還包括數(shù)據(jù)采集與分析裝置、垂直軸風(fēng)輪性能測(cè)量裝置以及用于測(cè)量垂直軸風(fēng)輪平均啟動(dòng)力矩的力矩測(cè)量裝置;風(fēng)速儀和垂直軸風(fēng)輪性能測(cè)量裝置的輸出端均與數(shù)據(jù)采集與分析裝置的輸入端相連接，數(shù)據(jù)采集與分析裝置的輸出端依次連接有流體力學(xué)檢測(cè)模塊和扭矩匹配器，扭矩匹配器的輸出端與力矩測(cè)量裝置的輸入端相連接，所述的垂直軸風(fēng)輪性能測(cè)量裝置包括分別用于檢測(cè)垂直軸風(fēng)輪轉(zhuǎn)速和扭矩的轉(zhuǎn)速傳感器和扭矩傳感器。
[0006]進(jìn)一步地，流體力學(xué)檢測(cè)模塊利用數(shù)據(jù)采集與分析裝置采集到的數(shù)據(jù)對(duì)垂直軸風(fēng)輪力矩變化進(jìn)行仿真得到力矩曲線，扭矩匹配器對(duì)該力矩曲線進(jìn)行匹配得到平均力矩發(fā)生的垂直軸風(fēng)輪轉(zhuǎn)角位置。
[0007]進(jìn)一步地，所述的力矩測(cè)量裝置包括拉力計(jì)和牽引繩，牽引繩的兩端分別與拉力計(jì)以及垂直軸風(fēng)輪平均力矩發(fā)生的轉(zhuǎn)角位置的葉片的外緣固定連接，且牽引繩沿葉片的外緣切線方向設(shè)置。
[0008]本實(shí)用新型中，所述的試驗(yàn)臺(tái)裝置包括底座和垂直固定在底座上的支撐架，支撐架上設(shè)有豎直設(shè)置且用于安裝垂直軸風(fēng)輪的轉(zhuǎn)軸，所述的轉(zhuǎn)速傳感器和扭矩傳感器均設(shè)置在轉(zhuǎn)軸上。
[0009]本實(shí)用新型中，風(fēng)洞為兩端開口的中空筒狀結(jié)構(gòu)，垂直軸風(fēng)輪的中心與風(fēng)洞的出風(fēng)口的中心等高度設(shè)置。
[0010]本實(shí)用新型的測(cè)量系統(tǒng)通過風(fēng)洞試驗(yàn)獲得垂直軸風(fēng)輪啟動(dòng)風(fēng)速和轉(zhuǎn)速工況，數(shù)據(jù)采集與分析裝置對(duì)風(fēng)速、垂直軸風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速和扭矩信號(hào)進(jìn)行采集分析，流體力學(xué)檢測(cè)模塊依據(jù)分析結(jié)果得到垂直軸風(fēng)輪的動(dòng)態(tài)力矩變化曲線，扭矩匹配器對(duì)力矩曲線進(jìn)行匹配分析得到平均力矩發(fā)生位置，力矩測(cè)量裝置通過測(cè)量垂直軸風(fēng)輪在該位置的阻力矩，即垂直軸風(fēng)輪的平均啟動(dòng)力矩值。
[0011]本實(shí)用新型的有益效果是:通過風(fēng)洞試驗(yàn)得到風(fēng)輪平均啟動(dòng)力矩測(cè)量的啟動(dòng)風(fēng)速、轉(zhuǎn)速等初值;通過流體力學(xué)檢測(cè)模塊的仿真分析及扭矩匹配器的分析，得到垂直軸風(fēng)輪平均啟動(dòng)力矩發(fā)生的位置角，從而實(shí)現(xiàn)一次測(cè)量即可得到風(fēng)輪平均啟動(dòng)力矩值。在傳統(tǒng)測(cè)量方法中，由于垂直軸風(fēng)輪的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，其在一個(gè)回轉(zhuǎn)周期的不同迎風(fēng)位置，受風(fēng)狀況不同，從而導(dǎo)致風(fēng)輪平均啟動(dòng)力矩測(cè)量必須采取一個(gè)回轉(zhuǎn)周期內(nèi)離散化多位置、測(cè)量取平均值的方法進(jìn)行，且測(cè)量點(diǎn)位越多，測(cè)量精度越接近真實(shí)值。本測(cè)量系統(tǒng)操作方便快捷、測(cè)量精度受外界影響因素少，可實(shí)現(xiàn)垂直軸風(fēng)輪平均啟動(dòng)力矩的快速測(cè)量;該測(cè)量系統(tǒng)僅通過一次測(cè)量，即可得到風(fēng)輪平均啟動(dòng)力矩測(cè)量值，大大簡(jiǎn)化了現(xiàn)有技術(shù)中，需通過風(fēng)輪不同轉(zhuǎn)角位置多次測(cè)量取平均值，測(cè)量次數(shù)多且影響測(cè)量結(jié)果精度的缺陷。
【附圖說明】
[0012]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)圖；
[0013]圖2為本實(shí)用新型的原理圖；
[0014]圖3為本實(shí)用新型中力矩測(cè)量裝置與垂直軸風(fēng)輪的位置關(guān)系圖。
[0015]附圖標(biāo)記:1、風(fēng)洞，2、風(fēng)速儀，3、試驗(yàn)臺(tái)裝置，30、底座，31、支撐架，32、轉(zhuǎn)軸，4、垂直軸風(fēng)輪性能測(cè)量裝置，40、轉(zhuǎn)速傳感器，41、扭矩傳感器，5、數(shù)據(jù)采集與分析裝置，6、流體力學(xué)檢測(cè)模塊，7、扭矩匹配器，8、力矩測(cè)量裝置，80、拉力計(jì)，81、牽引繩，9、垂直軸風(fēng)輪，90、葉片。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的垂直軸風(fēng)輪平均啟動(dòng)力矩的測(cè)量裝置作進(jìn)一步說明，以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以更好的理解本實(shí)用新型并能予以實(shí)施，但所舉實(shí)施例不作為對(duì)本實(shí)用新型的限定。
[0017]—種垂直軸風(fēng)輪平均啟動(dòng)力矩的測(cè)量系統(tǒng)，如圖1所示，包括風(fēng)洞1、風(fēng)速儀2以及用于安裝垂直軸風(fēng)輪9的試驗(yàn)臺(tái)裝置3，風(fēng)速儀2和試驗(yàn)臺(tái)裝置3均設(shè)在風(fēng)洞I的出風(fēng)口的一偵U，其中，風(fēng)洞I為兩端開口的中空筒狀結(jié)構(gòu)，垂直軸風(fēng)輪9的中心與風(fēng)洞I的出風(fēng)口的中心等高度設(shè)置。如圖2所示，試驗(yàn)臺(tái)裝置3包括底座30和垂直固定在底座30上的支撐架31，支撐架31上設(shè)有豎直設(shè)置且用于安裝垂直軸風(fēng)輪9的轉(zhuǎn)軸32。
[0018]如圖2所示，該測(cè)量系統(tǒng)還包括數(shù)據(jù)采集與分析裝置5、垂直軸風(fēng)輪性能測(cè)量裝置4以及用于測(cè)量垂直軸風(fēng)輪9平均啟動(dòng)力矩的力矩測(cè)量裝置8;風(fēng)速儀2和垂直軸風(fēng)輪性能測(cè)量裝置4的輸出端均與數(shù)據(jù)采集與分析裝置5的輸入端相連接，數(shù)據(jù)采集與分析裝置5的輸出端依次連接有流體力學(xué)檢測(cè)模塊6和扭矩匹配器7，扭矩匹配器7的輸出端與力矩測(cè)量裝置8的輸入端相連接，所述的垂直軸風(fēng)輪性能測(cè)量裝置4包括分別用于檢測(cè)垂直軸風(fēng)輪9轉(zhuǎn)速和扭矩的轉(zhuǎn)速傳感器40和扭矩傳感器41，轉(zhuǎn)速傳感器40和扭矩傳感器41均設(shè)置在轉(zhuǎn)軸32上。
[0019]其中，所述的流體力學(xué)檢測(cè)模塊6利用數(shù)據(jù)采集與分析裝置5采集到的數(shù)據(jù)對(duì)垂直軸風(fēng)輪9力的矩變化進(jìn)行仿真得到力矩曲線，扭矩匹配器7對(duì)該力矩曲線進(jìn)行匹配得到平均力矩發(fā)生的垂直軸風(fēng)輪9轉(zhuǎn)角位置，力矩測(cè)量裝置8包括拉力計(jì)80和牽引繩81，牽引繩81的兩端分別與拉力計(jì)80以及垂直軸風(fēng)輪9平均力矩發(fā)生的轉(zhuǎn)角位置的葉片90的外緣固定連接，且牽引繩81沿葉片90的外緣切線方向設(shè)置。
[0020]具體的，垂直軸風(fēng)輪9安裝在轉(zhuǎn)軸32上，由風(fēng)洞I提供垂直軸風(fēng)輪9在不同負(fù)載下的啟動(dòng)風(fēng)速;垂直軸風(fēng)輪性能測(cè)量裝置4安裝在垂直軸風(fēng)輪9與底座30之間，包括轉(zhuǎn)速傳感器40和扭矩傳感器41，用于垂直軸風(fēng)輪9的運(yùn)轉(zhuǎn)性能數(shù)據(jù)測(cè)量;數(shù)據(jù)采集與分析裝置5采集運(yùn)轉(zhuǎn)性能數(shù)據(jù)并分析得到垂直軸風(fēng)輪9的風(fēng)速、轉(zhuǎn)速、力矩等性能數(shù)據(jù);流體力學(xué)檢測(cè)模塊6利用采集到的性能數(shù)據(jù)對(duì)垂直軸風(fēng)輪9力矩變化進(jìn)行仿真得到力矩瞬態(tài)曲線;扭矩匹配器7利用垂直軸風(fēng)輪9動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)和啟動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)具有相同的受風(fēng)特性，根據(jù)相似性原理，對(duì)瞬態(tài)力矩曲線進(jìn)行匹配分析得到平均力矩發(fā)生的風(fēng)輪轉(zhuǎn)角位置;力矩測(cè)量裝置8安放在垂直軸風(fēng)輪9與支撐架31的上端部之間，包括拉力計(jì)80與牽引繩81，在設(shè)定垂直軸風(fēng)輪9的相位角為平均力矩發(fā)生位置后，按照力矩平衡原理，以拉力計(jì)80測(cè)量垂直軸風(fēng)輪9的平衡阻力矩，從而得到垂直軸風(fēng)輪9在相應(yīng)啟動(dòng)風(fēng)速下的平均啟動(dòng)力矩值。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種垂直軸風(fēng)輪平均啟動(dòng)力矩的測(cè)量系統(tǒng)，包括風(fēng)洞(1)、風(fēng)速儀(2)以及用于安裝垂直軸風(fēng)輪(9)的試驗(yàn)臺(tái)裝置(3)，風(fēng)速儀(2)和試驗(yàn)臺(tái)裝置(3)均設(shè)在風(fēng)洞(I)的出風(fēng)口的一側(cè)，其特征在于:該測(cè)量系統(tǒng)還包括數(shù)據(jù)采集與分析裝置(5)、垂直軸風(fēng)輪性能測(cè)量裝置(4)以及用于測(cè)量垂直軸風(fēng)輪(9)平均啟動(dòng)力矩的力矩測(cè)量裝置(8);風(fēng)速儀(2)和垂直軸風(fēng)輪性能測(cè)量裝置(4)的輸出端均與數(shù)據(jù)采集與分析裝置(5)的輸入端相連接，數(shù)據(jù)采集與分析裝置(5)的輸出端依次連接有流體力學(xué)檢測(cè)模塊(6)和扭矩匹配器(7)，扭矩匹配器(7)的輸出端與力矩測(cè)量裝置(8)的輸入端相連接，所述的垂直軸風(fēng)輪性能測(cè)量裝置(4)包括分別用于檢測(cè)垂直軸風(fēng)輪(9)轉(zhuǎn)速和扭矩的轉(zhuǎn)速傳感器(40)和扭矩傳感器(41)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種垂直軸風(fēng)輪平均啟動(dòng)力矩的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:所述的流體力學(xué)檢測(cè)模塊(6)利用數(shù)據(jù)采集與分析裝置(5)采集到的數(shù)據(jù)對(duì)垂直軸風(fēng)輪(9)力矩變化進(jìn)行仿真得到力矩曲線，扭矩匹配器(7)對(duì)該力矩曲線進(jìn)行匹配得到平均力矩發(fā)生的垂直軸風(fēng)輪(9)轉(zhuǎn)角位置。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種垂直軸風(fēng)輪平均啟動(dòng)力矩的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:所述的力矩測(cè)量裝置(8)包括拉力計(jì)(80)和牽引繩(81)，牽引繩(81)的兩端分別與拉力計(jì)(80)以及垂直軸風(fēng)輪(9)平均力矩發(fā)生的轉(zhuǎn)角位置的葉片(90)的外緣固定連接，且牽引繩(81)沿葉片(90 )的外緣切線方向設(shè)置。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種垂直軸風(fēng)輪平均啟動(dòng)力矩的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:所述的試驗(yàn)臺(tái)裝置(3)包括底座(30)和垂直固定在底座(30)上的支撐架(31)，支撐架(31)上設(shè)有豎直設(shè)置且用于安裝垂直軸風(fēng)輪(9)的轉(zhuǎn)軸(32)，所述的轉(zhuǎn)速傳感器(40)和扭矩傳感器(41)均設(shè)置在轉(zhuǎn)軸(32)上。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種垂直軸風(fēng)輪平均啟動(dòng)力矩的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:風(fēng)洞(I)為兩端開口的中空筒狀結(jié)構(gòu)，垂直軸風(fēng)輪(9)的中心與風(fēng)洞(I)的出風(fēng)口的中心等高度設(shè)置。
【文檔編號(hào)】F03D17/00GK205423083SQ201620150212
【公開日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2016年2月29日
【發(fā)明人】王恒強(qiáng), 宋磊, 邵宏鑫, 范夢(mèng)元, 馬超, 陳偉, 李玉斌
【申請(qǐng)人】河南科技大學(xué)