利用自然低溫氣流水平軸風(fēng)力機(jī)冰風(fēng)洞實驗系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明創(chuàng)造屬于風(fēng)能利用實驗技術(shù)，主要涉及一種利用自然低溫氣流水平軸風(fēng)力機(jī)冰風(fēng)洞實驗系統(tǒng)及實驗方法。
【背景技術(shù)】
[0002]經(jīng)過多年的發(fā)展，我國已經(jīng)成為風(fēng)電大國，水平軸風(fēng)力機(jī)是現(xiàn)階段風(fēng)能利用的主流產(chǎn)品，廣泛分布于內(nèi)陸、沿海，這就要求風(fēng)力機(jī)能夠在一些有極端氣候條件的地區(qū)工作。其中，低溫潮濕環(huán)境下引發(fā)的風(fēng)力機(jī)結(jié)冰現(xiàn)象將直接影響風(fēng)力機(jī)的正常運(yùn)作，降低風(fēng)力發(fā)電效率，影響送電，甚至?xí)斐蓹C(jī)組的損壞。
[0003]因此，研宄風(fēng)力機(jī)的結(jié)冰機(jī)理、研發(fā)結(jié)冰探測預(yù)警裝置、研制有效的除防冰裝置成為現(xiàn)階段風(fēng)能開發(fā)領(lǐng)域的一個熱點。目前，進(jìn)行以上研宄主要方法有數(shù)值模擬計算、冰風(fēng)洞實驗及野外實測三種方法。
[0004]其中，進(jìn)行冰風(fēng)洞實驗可以有效的控制各項參數(shù)對風(fēng)力機(jī)結(jié)冰效果的影響，對各參數(shù)進(jìn)行量化。冰風(fēng)洞實驗是對數(shù)值模擬計算的必要驗證，對野外實測的有效指導(dǎo)。因此進(jìn)行風(fēng)力機(jī)冰風(fēng)洞實驗是研宄風(fēng)力機(jī)結(jié)冰必不可少的環(huán)節(jié)。
[0005]現(xiàn)階段我國的冰風(fēng)洞主要是服務(wù)于航空航天領(lǐng)域，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價高昂，運(yùn)行成本高，同時水平軸風(fēng)力機(jī)結(jié)冰影響參數(shù)多，測試量大，截止目前，還沒有真正用于風(fēng)力機(jī)結(jié)冰研宄的冰風(fēng)洞。同時，大型風(fēng)力機(jī)外形尺寸太大，無法在冰風(fēng)洞中進(jìn)行全尺寸實驗，由于尺度懸殊不能將小型風(fēng)力機(jī)結(jié)冰結(jié)果直接用在大型風(fēng)力機(jī)上。因此，探尋符合合理相似準(zhǔn)則，且成本較低的水平軸風(fēng)洞實驗系統(tǒng)及實驗方法成為進(jìn)行風(fēng)力機(jī)結(jié)冰研宄的關(guān)鍵。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明創(chuàng)造的目的就是針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，結(jié)合風(fēng)力機(jī)科研實驗工作中的實際需要，設(shè)計提供一種利用自然低溫氣流水平軸風(fēng)力機(jī)冰風(fēng)洞實驗系統(tǒng)及實驗方法，達(dá)到測試效果準(zhǔn)確可靠、適用性強(qiáng)、提高風(fēng)機(jī)設(shè)計水平、為大型水平軸風(fēng)力機(jī)結(jié)冰特性預(yù)測提供技術(shù)支持的目的。
[0007]本發(fā)明創(chuàng)造的目的是這樣實現(xiàn)的:一種利用自然低溫氣流水平軸風(fēng)力機(jī)冰風(fēng)洞實驗系統(tǒng)包括帶有常規(guī)開口射流式風(fēng)洞的利用自然低溫冰風(fēng)洞實驗系統(tǒng)和由臺架、支撐架A、支撐架B、軸承座A、軸承座B、轉(zhuǎn)軸、導(dǎo)流罩、連接梁、實驗葉片段、力矩儀、調(diào)頻電機(jī)、固定座裝配構(gòu)成的水平軸風(fēng)力機(jī)實驗臺，在所述利用自然低溫冰風(fēng)洞實驗系統(tǒng)的常規(guī)開口射流式風(fēng)洞的后部上依次相互連通的配裝混合段、擴(kuò)散段、實驗段、轉(zhuǎn)彎段和排出段，且將其整體配置在實驗室內(nèi)，所述常規(guī)開口射流式風(fēng)洞的入口端和排出段的出口端均與實驗室的室外大氣連通，在所述的混合段腔內(nèi)配裝噴霧裝置，導(dǎo)流片配裝在轉(zhuǎn)彎段腔內(nèi)，所述水平軸風(fēng)力機(jī)實驗臺上的實驗葉片段配置在實驗段腔內(nèi)，所述水平軸風(fēng)力機(jī)實驗臺上的力矩儀和調(diào)頻電機(jī)位于利用自然低溫冰風(fēng)洞實驗系統(tǒng)外部，所述轉(zhuǎn)軸的軸心線與實驗段軸心線重合，所述實驗葉片段的外形尺寸為水平軸風(fēng)力機(jī)葉片上任意一段的外形尺寸的等比例縮小。
[0008]一種利用自然低溫氣流水平軸風(fēng)力機(jī)冰風(fēng)洞實驗方法，將噴霧裝置從混合段腔內(nèi)取出，開啟常規(guī)開口射流式風(fēng)洞，將室外低溫冷空氣吸入，依次經(jīng)混合段、擴(kuò)散段、實驗段、轉(zhuǎn)彎段從排出段排出，在實驗段內(nèi)溫度達(dá)到預(yù)設(shè)低溫且穩(wěn)定時，開啟調(diào)頻電機(jī)，通過力矩儀、轉(zhuǎn)軸帶動實驗葉片段在實驗段內(nèi)旋轉(zhuǎn)，在達(dá)到預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速并穩(wěn)定時，將噴霧裝置置于混合段腔內(nèi)，并開啟噴出水霧，模擬實際水平軸風(fēng)力機(jī)葉片結(jié)冰狀態(tài)，實驗結(jié)束時，從混合段內(nèi)取出噴霧裝置，關(guān)閉常規(guī)開口射流式風(fēng)洞，從水平軸風(fēng)力機(jī)實驗臺上取下結(jié)冰后的實驗葉片段，對其結(jié)冰質(zhì)量進(jìn)行稱重，且對結(jié)冰外形進(jìn)行測定描繪，在實驗過程中通過調(diào)節(jié)、測量并獲得包括轉(zhuǎn)速、翼型、弦長、攻角、扭轉(zhuǎn)角、扭矩的運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)、包括風(fēng)速、流量、水滴粒徑、溫度、結(jié)冰時間的結(jié)冰環(huán)境參數(shù)、包括結(jié)冰質(zhì)量、結(jié)冰形狀的結(jié)冰結(jié)果，對上述參數(shù)和結(jié)果利用相似原理推算出水平軸風(fēng)力機(jī)葉片的結(jié)冰情況。
[0009]本發(fā)明創(chuàng)造利用寒冷地區(qū)冬季穩(wěn)定的自然低溫條件，將冷空氣引入風(fēng)洞中，提供穩(wěn)定低溫，省去制冷環(huán)節(jié)，節(jié)約能耗，降低實驗費(fèi)用，同時，試驗中可對風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)、結(jié)冰環(huán)境參數(shù)及結(jié)冰效果等進(jìn)行多形式調(diào)節(jié)組合，模擬效果好，真實可靠，為水平軸風(fēng)力機(jī)結(jié)冰特性研宄提供準(zhǔn)確可靠的實驗基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
【附圖說明】
[0010]圖1是利用自然低溫氣流水平軸風(fēng)力機(jī)冰風(fēng)洞實驗系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011]圖2是圖1的俯向視圖；
[0012]圖3是水平軸風(fēng)力機(jī)實驗臺總體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖中件號說明:
[0014]1、利用自然低溫冰風(fēng)洞實驗系統(tǒng)、2、水平軸風(fēng)力機(jī)實驗臺、3、常規(guī)開口射流式風(fēng)洞、4、混合段、5、擴(kuò)散段、6、實驗段、7、轉(zhuǎn)彎段、8、排出段、9、導(dǎo)流片、10、噴霧裝置、11、實驗室、12、連接梁、13、實驗葉片段、14、導(dǎo)流罩、15、軸承座A、16、轉(zhuǎn)軸、17、軸承座B、18、力矩儀、19、調(diào)頻電機(jī)、20、支撐架B、21、臺架、22、支撐架A、23、固定座。
【具體實施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明創(chuàng)造實施方案進(jìn)行詳細(xì)描述。一種利用自然低溫氣流水平軸風(fēng)力機(jī)冰風(fēng)洞實驗系統(tǒng)包括帶有常規(guī)開口射流式風(fēng)洞3的利用自然低溫冰風(fēng)洞實驗系統(tǒng)I和由臺架21、支撐架A22、支撐架B20、軸承座A15、軸承座B17、轉(zhuǎn)軸16、導(dǎo)流罩14、連接梁12、實驗葉片段13、力矩儀18、調(diào)頻電機(jī)19、固定座23裝配構(gòu)成的水平軸風(fēng)力機(jī)實驗臺2，在所述利用自然低溫冰風(fēng)洞實驗系統(tǒng)I的常規(guī)開口射流式風(fēng)洞3的后部上依次相互連通的配裝混合段4、擴(kuò)散段5、實驗段6、轉(zhuǎn)彎段7和排出段8，且將其整體配置在實驗室11內(nèi)，所述常規(guī)開口射流式風(fēng)洞3的入口端和排出段8的出口端均與實驗室的室外大氣連通，在所述的混合段4腔內(nèi)配裝噴霧裝置10，導(dǎo)流片9配裝在轉(zhuǎn)彎段7腔內(nèi)，所述水平軸風(fēng)力機(jī)實驗臺2上的實驗葉片段13配置在實驗段6腔內(nèi)，所述水平軸風(fēng)力機(jī)實驗臺2上的力矩儀18和調(diào)頻電機(jī)19位于利用自然低溫冰風(fēng)洞實驗系統(tǒng)I外部，所述轉(zhuǎn)軸16的軸心線與實驗段6軸心線重合，所述實驗葉片段13的外形尺寸為水平軸風(fēng)力機(jī)葉片上任意一段的外形尺寸的等比例縮小。
[0016]一種利用自然低溫氣流水平軸風(fēng)力機(jī)冰風(fēng)洞實驗方法，將噴霧裝置從混合段腔內(nèi)取出，開啟常規(guī)開口射流式風(fēng)洞，將室外低溫冷空氣吸入，依次經(jīng)混合段、擴(kuò)散段、實驗段、轉(zhuǎn)彎段從排出段排出，在實驗段內(nèi)溫度達(dá)到預(yù)設(shè)低溫且穩(wěn)定時，開啟調(diào)頻電機(jī)，通過力矩儀、轉(zhuǎn)軸帶動實驗葉片段在實驗段內(nèi)旋轉(zhuǎn)，在達(dá)到預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速并穩(wěn)定時，將噴霧裝置置于混合段腔內(nèi)，并開啟噴出水霧，模擬實際水平軸風(fēng)力機(jī)葉片結(jié)冰狀態(tài)，實驗結(jié)束時，從混合段內(nèi)取出噴霧裝置，關(guān)閉常規(guī)開口射流式風(fēng)洞，從水平軸風(fēng)力機(jī)實驗臺上取下結(jié)冰后的實驗葉片段，對其結(jié)冰質(zhì)量進(jìn)行稱重，且對結(jié)冰外形進(jìn)行測定描繪，在實驗過程中通過調(diào)節(jié)、測量并獲得包括轉(zhuǎn)速、翼型、弦長、攻角、扭轉(zhuǎn)角、扭矩的運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)、包括風(fēng)速、流量、水滴粒徑、溫度、結(jié)冰時間的結(jié)冰環(huán)境參數(shù)、包括結(jié)冰質(zhì)量、結(jié)冰形狀的結(jié)冰結(jié)果，對上述參數(shù)和結(jié)果利用相似原理推算出水平軸風(fēng)力機(jī)葉片的結(jié)冰情況。
【主權(quán)項】
1.一種利用自然低溫氣流水平軸風(fēng)力機(jī)冰風(fēng)洞實驗系統(tǒng)，包括帶有常規(guī)開口射流式風(fēng)洞(3)的利用自然低溫冰風(fēng)洞實驗系統(tǒng)(I)和由臺架(21)、支撐架A(22)、支撐架B(20)、軸承座A(15)、軸承座B(17)、轉(zhuǎn)軸(16)、導(dǎo)流罩(14)、連接梁(12)、實驗葉片段(13)、力矩儀(18)、調(diào)頻電機(jī)(19)、固定座(23)裝配構(gòu)成的水平軸風(fēng)力機(jī)實驗臺(2)，其特征在于:在所述利用自然低溫冰風(fēng)洞實驗系統(tǒng)(I)的常規(guī)開口射流式風(fēng)洞(3)的后部上依次相互連通的配裝混合段(4)、擴(kuò)散段(5)、實驗段(6)、轉(zhuǎn)彎段(7)和排出段(8)，且將其整體配置在實驗室(11)內(nèi)，所述常規(guī)開口射流式風(fēng)洞⑶的入口端和排出段⑶的出口端均與實驗室(11)的室外大氣連通，在所述的混合段(4)腔內(nèi)配裝噴霧裝置(10)，導(dǎo)流片(9)配裝在轉(zhuǎn)彎段(7)腔內(nèi)，所述水平軸風(fēng)力機(jī)實驗臺⑵上的實驗葉片段(13)配置在實驗段(6)腔內(nèi)，所述水平軸風(fēng)力機(jī)實驗臺(2)上的力矩儀(18)和調(diào)頻電機(jī)(19)位于利用自然低溫冰風(fēng)洞實驗系統(tǒng)⑴外部，所述轉(zhuǎn)軸(16)的軸心線與實驗段(6)軸心線重合，所述實驗葉片段(13)的外形尺寸為水平軸風(fēng)力機(jī)葉片上任意一段的外形尺寸的等比例縮小。2.一種利用自然低溫氣流水平軸風(fēng)力機(jī)冰風(fēng)洞實驗方法，其特征在于:將噴霧裝置從混合段腔內(nèi)取出，開啟常規(guī)開口射流式風(fēng)洞，將室外低溫冷空氣吸入，依次經(jīng)混合段、擴(kuò)散段、實驗段、轉(zhuǎn)彎段從排出段排出，在實驗段內(nèi)溫度達(dá)到預(yù)設(shè)低溫且穩(wěn)定時，開啟調(diào)頻電機(jī)，通過力矩儀、轉(zhuǎn)軸帶動實驗葉片段在實驗段內(nèi)旋轉(zhuǎn)，在達(dá)到預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速并穩(wěn)定時，將噴霧裝置置于混合段腔內(nèi)，并開啟噴出水霧，模擬實際水平軸風(fēng)力機(jī)葉片結(jié)冰狀態(tài)，實驗結(jié)束時，從混合段內(nèi)取出噴霧裝置，關(guān)閉常規(guī)開口射流式風(fēng)洞，從水平軸風(fēng)力機(jī)實驗臺上取下結(jié)冰后的實驗葉片段，對其結(jié)冰質(zhì)量進(jìn)行稱重，且對結(jié)冰外形進(jìn)行測定描繪，在實驗過程中通過調(diào)節(jié)、測量并獲得包括轉(zhuǎn)速、翼型、弦長、攻角、扭轉(zhuǎn)角、扭矩的運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)、包括風(fēng)速、流量、水滴粒徑、溫度、結(jié)冰時間的結(jié)冰環(huán)境參數(shù)、包括結(jié)冰質(zhì)量、結(jié)冰形狀的結(jié)冰結(jié)果，對上述參數(shù)和結(jié)果利用相似原理推算出水平軸風(fēng)力機(jī)葉片的結(jié)冰情況。
【專利摘要】利用自然低溫氣流水平軸風(fēng)力機(jī)冰風(fēng)洞實驗系統(tǒng)及方法屬于風(fēng)能利用實驗技術(shù)；在利用自然低溫冰風(fēng)洞實驗系統(tǒng)的常規(guī)開口射流式風(fēng)洞的后部上依次相互連通的配裝混合段、擴(kuò)散段、實驗段、轉(zhuǎn)彎段和排出段，所述常規(guī)開口射流式風(fēng)洞的入口端和排出段的出口端與室外大氣連通，噴霧裝置配裝在混合段內(nèi)，導(dǎo)流片配裝在轉(zhuǎn)彎段內(nèi)，水平軸風(fēng)力機(jī)實驗臺上的實驗葉片段配置在實驗段內(nèi)，在實驗過程中，利用自然低溫氣流通過本實驗系統(tǒng)，通過調(diào)節(jié)、測量并獲得的技術(shù)參數(shù)，采用相似原理推算出水平軸風(fēng)力機(jī)葉片的結(jié)冰情況；本發(fā)明創(chuàng)造實驗時無需制冷，節(jié)約能耗，降低實驗成本，適用性能強(qiáng)，實驗效果真實可靠。
【IPC分類】G01M9/02
【公開號】CN104913898
【申請?zhí)枴緾N201510310323
【發(fā)明人】李巖, 王紹龍, 鄭玉芳, 馮放, 劉繼偉
【申請人】東北農(nóng)業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年9月16日
【申請日】2015年6月1日