雙葉片模型風力發(fā)電機實驗臺的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型設(shè)及一種雙葉片模型風力發(fā)電機實驗臺系統(tǒng)，特別設(shè)及雙葉片風力發(fā) 電機葉片性能研究的雙葉片模型風力發(fā)電機實驗臺及實驗方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 能源危機將嚴重地影響人類社會的進步和發(fā)展。為此全世界都在為開發(fā)新能源W 維持地球的可持續(xù)發(fā)展做著不懈的努力。風能是一種人類取之不盡的綠色能源，如何有效 地利用和開發(fā)風能資源一直是科學(xué)界不斷努力的方向。
[0003] 雙葉片風力發(fā)電機具有重量更輕、體積更小、成本更低、效率更高、便于維護等特 點，將成為風力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展方向。雙葉片模型風力發(fā)電機實驗臺是針對葉片性能研究 的實驗平臺，是對風機葉片氣動性能和機械性能研究的一個重要的環(huán)節(jié)。
[0004] 進行葉片性能研究，大多采用有限元分析軟件對葉片結(jié)構(gòu)設(shè)計進行分析，該方法 屬于理論性研究，不能直觀的反應(yīng)出風機葉片轉(zhuǎn)動過程中功率及氣動性能，機械性能參數(shù) 變化。而直接在實際的機組上進行實驗，首先是風力發(fā)電機組比較復(fù)雜，在風機系統(tǒng)中包括 發(fā)電機，變獎距系統(tǒng)，液壓系統(tǒng)，偏航系統(tǒng)，剎車系統(tǒng)，齒輪箱，控制系統(tǒng)等等，而且各個系統(tǒng) 之間相互影響，運樣的復(fù)雜和繁多的系統(tǒng)給葉片性能檢測的實驗帶來極大的不便，大大增 加了實驗的周期和難度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 實用新型目的：本實用新型提供了一種雙葉片模型風力發(fā)電機實驗臺及實驗方 法，其目的是解決雙葉片風力發(fā)電機組葉片性能研究，W及理論分析不足，現(xiàn)場實驗困難等 問題。
[0006] 技術(shù)方案:本實用新型是通過W下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：
[0007] -種雙葉片模型風力發(fā)電機實驗臺，其特征在于：該實驗臺由兩葉片風機平臺和 配電及控制系統(tǒng)構(gòu)成；兩葉片風機平臺包括輪穀、變獎機構(gòu)、葉片、主軸、扭矩檢測儀、扭矩 加載器、導(dǎo)電滑環(huán)及支撐架；葉片通過變獎機構(gòu)與輪穀連接，葉片通過主軸與扭矩加載器連 接，主軸上串入扭矩測試儀及軸向力測試儀，輪穀通過導(dǎo)電滑環(huán)實現(xiàn)與外部電氣聯(lián)絡(luò)；主軸 設(shè)置在支撐架上；
[0008] 配電及控制系統(tǒng)由配電回路及主控制單元構(gòu)成，配電回路提供實驗系統(tǒng)所有部件 供電，控制系統(tǒng)包含主控制器、信號采集及通訊單元，主控制器連接信號采集及通訊單元， 信號采集及通訊單元連接扭矩檢測儀。
[0009] 優(yōu)點及效果：
[0010] 本實用新型提供一種雙葉片模型風力發(fā)電機實驗臺及實驗方法，其包括兩葉片風 機平臺、配電及控制系統(tǒng)。
[0011] 該實驗平臺適應(yīng)于葉片性能研究，按照風力發(fā)電機組所實現(xiàn)的功能進行設(shè)計，通 過變獎系統(tǒng)，獎距角調(diào)節(jié)，負載轉(zhuǎn)矩加載等功能進行模擬風機運行，進行實驗的效果與實際 機組的基本一樣。
[0012] 本實驗臺根據(jù)實際風機的空氣動力學(xué)特性，在不具備實際風場環(huán)境下的實驗室也 可W模擬出風機的實際工況，給雙葉片風力發(fā)電機組的實驗帶來極大的方便；實驗臺葉片 通過變獎機構(gòu)與輪穀連接，變獎機構(gòu)實現(xiàn)葉片0-90度旋轉(zhuǎn)，W達到不同工作特性的需要， 給實驗人員提供很大的方便。本實用新型根據(jù)不同的風速風向，可W模擬雙葉片風力發(fā)電 機組的運行，對葉片的性能包括功率，氣動性能，機械性能進行研究。
[001引【附圖說明】：
[0014] 圖1為風機平臺結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015] 圖2為系統(tǒng)控制界面圖；
[0016] 圖3為參數(shù)修訂界面圖；
[0017] 圖4為機組參數(shù)設(shè)置圖；
[0018] 圖5為手動控制模式圖。
【具體實施方式】 [0019] ：下面結(jié)合附圖對本實用新型做進一步的描述：
[0020] 如圖1所示，本實用新型提供一種雙葉片模型風力發(fā)電機實驗臺，該實驗臺由兩 葉片風機平臺和配電及控制系統(tǒng)構(gòu)成；兩葉片風機平臺包括輪穀1、變獎機構(gòu)2、葉片3、主 軸4、扭矩檢測儀5、扭矩加載器6、導(dǎo)電滑環(huán)7及支撐架8 ;葉片通過變獎機構(gòu)與輪穀連接， 葉片通過主軸與扭矩加載器連接，主軸上串入扭矩測試儀及軸向力測試儀，輪穀通過導(dǎo)電 滑環(huán)實現(xiàn)與外部電氣聯(lián)絡(luò)；主軸4設(shè)置在支撐架8上；
[0021] 配電及控制系統(tǒng)由配電回路及主控制單元構(gòu)成，配電回路提供實驗系統(tǒng)所有部件 供電，控制系統(tǒng)包含主控制器、信號采集及通訊單元，主控制器連接信號采集及通訊單元， 信號采集及通訊單元連接扭矩檢測儀5。
[0022] 實驗臺控制系統(tǒng)按W下步驟對葉片的性能進行研究實驗：
[0023]首先，實驗臺上電進行自檢，將葉片通過變獎機構(gòu)與輪穀連接，使變獎機構(gòu)實現(xiàn)葉 片0-90度旋轉(zhuǎn)，使葉片吸收的風能通過主軸傳遞給扭矩加載器，調(diào)節(jié)主軸加載器的加載力 矩實現(xiàn)負載大小調(diào)節(jié)，利用主傳動軸上串入的扭矩測試儀及軸向力測試儀負載對主傳動軸 所受的旋轉(zhuǎn)扭矩及軸向力檢測；
[0024] 通過導(dǎo)電滑環(huán)實現(xiàn)輪穀與外部電氣聯(lián)絡(luò)，在自動運行模式下，實驗系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定 的控制流程進行自動運行控制，其中包括自動獎距角調(diào)節(jié)，負載轉(zhuǎn)矩自動加載，在自動模式 轉(zhuǎn)矩-功率數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，手動調(diào)節(jié)變獎角度、負載力矩的給定值調(diào)節(jié)；
[0025] 通過人機界面可W觀察數(shù)據(jù)采集顯示系統(tǒng)，可W得到實驗臺的有關(guān)數(shù)據(jù)；在整個 實驗過程中，實驗臺的保護系統(tǒng)起到保護監(jiān)視實驗臺的全部部件的設(shè)備安全和實驗人員安 全。
[0026] 本實用新型通過變獎系統(tǒng)進行偏航變獎，實現(xiàn)葉片的氣動性能檢測，可WW及對 葉片的功率調(diào)整性能、低風發(fā)電、大風功率調(diào)整W及失速性能進行分析研究。
[0027] 利用葉片吸收風能并通過主軸傳遞給扭矩加載器，調(diào)節(jié)主軸加載器的加載力矩實 現(xiàn)負載大小調(diào)節(jié)；加載力矩大小可W通過主控制系統(tǒng)控制設(shè)定，實現(xiàn)在無電機的情況下模 擬實際風機運行。在實驗臺運行中對扭矩，推力，轉(zhuǎn)速進行檢測并將數(shù)據(jù)傳送到主控系統(tǒng)， 對輪穀旋轉(zhuǎn)角度進行測量。
[0028] 本實用新型將采集的信號W實時曲線的形式顯示，并進行實時分析，記錄保存給 葉片性能分析研究提供極大的方便。
[0029] 兩葉片風機平臺：
[0030] (1)變獎系統(tǒng)：通過電氣信號，控制變獎電機動作，變獎電機隊直定速度實現(xiàn)獎葉 0-90度位置同步控制。
[0031] (2)扭矩加載：扭矩加載通過扭矩加載儀實現(xiàn)，加載力矩大小通過主控制系統(tǒng)給 定。
[0032] (3)扭矩檢測：由扭矩測試儀檢測主軸所受的轉(zhuǎn)矩，并將信號傳送到主控制系統(tǒng)。
[0033] (4)推力檢測：由傳感器將推力信號傳送到主控制系統(tǒng)。
[0034] (5)偏航功能：塔筒底部手動旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)實現(xiàn)偏航功能。
[0035] (6)轉(zhuǎn)速檢測：通過轉(zhuǎn)速傳感器檢測主軸轉(zhuǎn)速，將信號傳送到主控系統(tǒng)
[0036] (7)輪穀旋轉(zhuǎn)角度測量
[0037] 配電及控制系統(tǒng)：
[0038] 配電及控制系統(tǒng)由配電回路及主控制單元構(gòu)成，配電回路提供實驗系統(tǒng)所有部件 供電，包含220V母線配電系統(tǒng)及24V線路配電系統(tǒng)等?？刂葡到y(tǒng)包含主控制器，信號采集 及通訊單元，邏輯控制及保護功能。實現(xiàn)方法：
[00測 （1)自動運行模式
[0040] 在自動運行模式下，實驗系統(tǒng)按照設(shè)定的控制流程進行自動運行控制，其中包括 自動獎距角調(diào)節(jié)，負載轉(zhuǎn)矩自動加載等功能。
[0041] 自動控制流程如下：
[0042]
[004引 似手動運行模式
[0044] 系統(tǒng)在手動運行模式下，完成W下功能：在自動模式轉(zhuǎn)矩-功率數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，手 動調(diào)節(jié)變獎角度、負載力矩的給定值調(diào)節(jié)。
[0045]
[0046] 參照圖1葉片通過變獎機構(gòu)與輪穀連接，變獎機構(gòu)實現(xiàn)葉片0-90度旋轉(zhuǎn)，葉片吸 收的風能通過主軸傳遞給扭矩加載器，調(diào)節(jié)主軸加載器的加載力矩實現(xiàn)負載大小調(diào)節(jié)，主 傳動軸串入扭矩測試儀及軸向力測試儀，負載對主傳動軸所受的旋轉(zhuǎn)扭矩及軸向力檢測。 輪穀與外部電氣聯(lián)絡(luò)通過導(dǎo)電滑環(huán)實現(xiàn)。
[0047] 參考圖2本設(shè)備監(jiān)控與操作軟件采用西口子WINCC組態(tài)軟件。通過人機界面，進 行機組參數(shù)設(shè)定包括啟動獎距角，啟動最大轉(zhuǎn)速，額定轉(zhuǎn)速，最大轉(zhuǎn)速，變獎參數(shù)設(shè)定，轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)矩設(shè)定等控制系統(tǒng)運行模式。通過人機界面和數(shù)據(jù)采集顯示單元實時采集風速、轉(zhuǎn)速、 轉(zhuǎn)矩、漿角，推力、方位角等數(shù)據(jù)，調(diào)整轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)矩，曲線顯示風速、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、漿角，推力、 方位角等數(shù)據(jù)的變化和趨勢。歷史數(shù)據(jù)的實時記錄和分析導(dǎo)出。
[0048] 參考圖3機組參數(shù)修訂功能是對機組各類傳感器數(shù)值進行初始化校對。包括變獎 零度角校正，偏航角度值設(shè)定，傳感器參數(shù)校正，方位角觸發(fā)角度設(shè)定等。
[0049] 參考圖4機組參數(shù)表是用來設(shè)定機組的一些特定參數(shù)，包括啟動參數(shù)設(shè)定，運行 參數(shù)設(shè)定，變獎參數(shù)設(shè)定，轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩設(shè)定等。
[0050] 參考圖5在手動模式下，可W對機組獎距角，轉(zhuǎn)矩進行手動調(diào)節(jié)。
[0051] 本實用新型通過控制變獎電機的動作實現(xiàn)變獎系統(tǒng)，對風輪特性進行模擬。利用 扭矩加載儀實現(xiàn)扭矩加載，在不具備實際風場環(huán)境的實驗室也可W模擬出風力發(fā)電機組的 實際工作特性，利用人機界面的實時信號采集，實時曲線顯示，實現(xiàn)了對雙葉片風機葉片的 性能研究，尤其是葉片的氣動性能檢測，可W對葉片的功率調(diào)整性能，低風發(fā)電，大風功率 調(diào)整，W及失速性能進行分析研究。
【主權(quán)項】
1. 一種雙葉片模型風力發(fā)電機實驗臺，其特征在于：該實驗臺由兩葉片風機平臺和配 電及控制系統(tǒng)構(gòu)成；兩葉片風機平臺包括輪轂（1)、變槳機構(gòu)（2)、葉片（3)、主軸（4)、扭矩 檢測儀（5)、扭矩加載器（6)、導(dǎo)電滑環(huán)（7)及支撐架（8);葉片通過變槳機構(gòu)與輪轂連接，葉 片通過主軸與扭矩加載器連接，主軸上串入扭矩測試儀及軸向力測試儀，輪轂通過導(dǎo)電滑 環(huán)實現(xiàn)與外部電氣聯(lián)絡(luò)；主軸（4)設(shè)置在支撐架（8)上； 配電及控制系統(tǒng)由配電回路及主控制單元構(gòu)成，配電回路提供實驗系統(tǒng)所有部件供 電，控制系統(tǒng)包含主控制器、信號采集及通訊單元，主控制器連接信號采集及通訊單元，信 號采集及通訊單元連接扭矩檢測儀（5 )。
【專利摘要】本實用新型提供一種雙葉片模型風力發(fā)電機實驗臺。該實驗臺由兩葉片風機平臺和配電及控制系統(tǒng)構(gòu)成；兩葉片風機平臺包括輪轂、變槳機構(gòu)、葉片、主軸、扭矩檢測儀、扭矩加載器、導(dǎo)電滑環(huán)及支撐架；葉片通過變槳機構(gòu)與輪轂連接，葉片通過主軸與扭矩加載器連接，主軸上串入扭矩測試儀及軸向力測試儀，輪轂通過導(dǎo)電滑環(huán)實現(xiàn)與外部電氣聯(lián)絡(luò)；主軸設(shè)置在支撐架上；配電及控制系統(tǒng)由配電回路及主控制單元構(gòu)成，配電回路提供實驗系統(tǒng)所有部件供電，控制系統(tǒng)包含主控制器、信號采集及通訊單元，主控制器連接信號采集及通訊單元，信號采集及通訊單元連接扭矩檢測儀。本實用新型根據(jù)不同的風速風向，可以模擬雙葉片風力發(fā)電機組的運行，對葉片的性能包括功率，氣動性能，機械性能進行研究。
【IPC分類】G01M13/00
【公開號】CN205027513
【申請?zhí)枴緾N201520531428
【發(fā)明人】劉穎明, 謝洪放, 張森林, 崔戈, 王建國
【申請人】沈陽華人風電科技有限公司
【公開日】2016年2月10日
【申請日】2015年7月21日