[發(fā)明專利]利用自然低溫氣流水平軸風(fēng)力機(jī)冰風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510310323.5
• 申請(qǐng)日: 2015-06-01
• 公開（公告）號(hào): CN104913898B
• 公開（公告）日: 2017-08-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李巖;王紹龍;鄭玉芳;馮放;劉繼偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東北農(nóng)業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01M9/02
• 分類號(hào): G01M9/02
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• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明創(chuàng)造屬于風(fēng)能利用實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及實(shí)驗(yàn)方法。

背景技術(shù)

經(jīng)過多年的發(fā)展，我國(guó)已經(jīng)成為風(fēng)電大國(guó)，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。

因此，研究風(fēng)力機(jī)的結(jié)冰機(jī)理、研發(fā)結(jié)冰探測(cè)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(gè)熱點(diǎn)。目前，進(jìn)行以上研究主要方法有數(shù)值模擬計(jì)算、冰風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)及野外實(shí)測(cè)三種方法。

其中，進(jìn)行冰風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)可以有效的控制各項(xiàng)參數(shù)對(duì)風(fēng)力機(jī)結(jié)冰效果的影響，對(duì)各參數(shù)進(jìn)行量化。冰風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)是對(duì)數(shù)值模擬計(jì)算的必要驗(yàn)證，對(duì)野外實(shí)測(cè)的有效指導(dǎo)。因此進(jìn)行風(fēng)力機(jī)冰風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)是研究風(fēng)力機(jī)結(jié)冰必不可少的環(huán)節(jié)。

現(xiàn)階段我國(guó)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(jià)高昂，運(yùn)行成本高，同時(shí)水平軸風(fēng)力機(jī)結(jié)冰影響參數(shù)多，測(cè)試量大，截止目前，還沒有真正用于風(fēng)力機(jī)結(jié)冰研究的冰風(fēng)洞。同時(shí)，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(shí)驗(yàn)，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(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及實(shí)驗(yàn)方法成為進(jìn)行風(fēng)力機(jī)結(jié)冰研究的關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明創(chuàng)造的目的就是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，結(jié)合風(fēng)力機(jī)科研實(shí)驗(yàn)工作中的實(shí)際需要，設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及實(shí)驗(yàn)方法，達(dá)到測(cè)試效果準(zhǔn)確可靠、適用性強(qiáng)、提高風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)水平、為大型水平軸風(fēng)力機(jī)結(jié)冰特性預(yù)測(cè)提供技術(shù)支持的目的。

本發(fā)明創(chuàng)造的目的是這樣實(shí)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和由臺(tái)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)臺(tái)，在所述利用自然低溫冰風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)段、轉(zhuǎn)彎段和排出段，且將其整體配置在實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)臺(tái)上的實(shí)驗(yàn)葉片段配置在實(shí)驗(yàn)段腔內(nèi)，所述水平軸風(fēng)力機(jī)實(shí)驗(yàn)臺(tái)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(shí)驗(yàn)系統(tǒng)外部，所述轉(zhuǎn)軸的軸心線與實(shí)驗(yàn)段軸心線重合，所述實(shí)驗(yàn)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。

一種利用自然低溫氣流水平軸風(fēng)力機(jī)冰風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)段、轉(zhuǎn)彎段從排出段排出，在實(shí)驗(yàn)段內(nèi)溫度達(dá)到預(yù)設(shè)低溫且穩(wěn)定時(shí)，開啟調(diào)頻電機(jī)，通過力矩儀、轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)實(shí)驗(yàn)葉片段在實(shí)驗(yàn)段內(nèi)旋轉(zhuǎn)，在達(dá)到預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速并穩(wěn)定時(shí)，將噴霧裝置置于混合段腔內(nèi)，并開啟噴出水霧，模擬實(shí)際水平軸風(fēng)力機(jī)葉片結(jié)冰狀態(tài)，實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，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(shí)驗(yàn)臺(tái)上取下結(jié)冰后的實(shí)驗(yàn)葉片段，對(duì)其結(jié)冰質(zhì)量進(jìn)行稱重，且對(duì)結(jié)冰外形進(jìn)行測(cè)定描繪，在實(shí)驗(yàn)過程中通過調(diào)節(jié)、測(cè)量并獲得包括轉(zhuǎn)速、翼型、弦長(zhǎng)、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(shí)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(duì)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。

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(shí)驗(yàn)費(fèi)用，同時(shí)，試驗(yàn)中可對(duì)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(shí)可靠，為水平軸風(fēng)力機(jī)結(jié)冰特性研究提供準(zhǔn)確可靠的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

附圖說明

圖1是利用自然低溫氣流水平軸風(fēng)力機(jī)冰風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1的俯向視圖；

圖3是水平軸風(fēng)力機(jī)實(shí)驗(yàn)臺(tái)總體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中件號(hào)說明：