CN104913898A - 利用自然低温气流水平轴风力机冰风洞实验系统及方法 - Google Patents

Abstract

利用自然低温气流水平轴风力机冰风洞实验系统及方法属于风能利用实验技术；在利用自然低温冰风洞实验系统的常规开口射流式风洞的后部上依次相互连通的配装混合段、扩散段、实验段、转弯段和排出段，所述常规开口射流式风洞的入口端和排出段的出口端与室外大气连通，喷雾装置配装在混合段内，导流片配装在转弯段内，水平轴风力机实验台上的实验叶片段配置在实验段内，在实验过程中，利用自然低温气流通过本实验系统，通过调节、测量并获得的技术参数，采用相似原理推算出水平轴风力机叶片的结冰情况；本发明创造实验时无需制冷，节约能耗，降低实验成本，适用性能强，实验效果真实可靠。

Description

利用自然低温气流水平轴风力机冰风洞实验系统及方法

技术领域

本发明创造属于风能利用实验技术，主要涉及一种利用自然低温气流水平轴风力机冰风洞实验系统及实验方法。

背景技术

经过多年的发展，我国已经成为风电大国，水平轴风力机是现阶段风能利用的主流产品，广泛分布于内陆、沿海，这就要求风力机能够在一些有极端气候条件的地区工作。其中，低温潮湿环境下引发的风力机结冰现象将直接影响风力机的正常运作，降低风力发电效率，影响送电，甚至会造成机组的损坏。

因此，研究风力机的结冰机理、研发结冰探测预警装置、研制有效的除防冰装置成为现阶段风能开发领域的一个热点。目前，进行以上研究主要方法有数值模拟计算、冰风洞实验及野外实测三种方法。

其中，进行冰风洞实验可以有效的控制各项参数对风力机结冰效果的影响，对各参数进行量化。冰风洞实验是对数值模拟计算的必要验证，对野外实测的有效指导。因此进行风力机冰风洞实验是研究风力机结冰必不可少的环节。

现阶段我国的冰风洞主要是服务于航空航天领域，结构复杂，造价高昂，运行成本高，同时水平轴风力机结冰影响参数多，测试量大，截止目前，还没有真正用于风力机结冰研究的冰风洞。同时，大型风力机外形尺寸太大，无法在冰风洞中进行全尺寸实验，由于尺度悬殊不能将小型风力机结冰结果直接用在大型风力机上。因此，探寻符合合理相似准则，且成本较低的水平轴风洞实验系统及实验方法成为进行风力机结冰研究的关键。

发明内容

本发明创造的目的就是针对上述现有技术存在的问题，结合风力机科研实验工作中的实际需要，设计提供一种利用自然低温气流水平轴风力机冰风洞实验系统及实验方法，达到测试效果准确可靠、适用性强、提高风机设计水平、为大型水平轴风力机结冰特性预测提供技术支持的目的。

本发明创造的目的是这样实现的：一种利用自然低温气流水平轴风力机冰风洞实验系统包括带有常规开口射流式风洞的利用自然低温冰风洞实验系统和由台架、支撑架A、支撑架B、轴承座A、轴承座B、转轴、导流罩、连接梁、实验叶片段、力矩仪、调频电机、固定座装配构成的水平轴风力机实验台，在所述利用自然低温冰风洞实验系统的常规开口射流式风洞的后部上依次相互连通的配装混合段、扩散段、实验段、转弯段和排出段，且将其整体配置在实验室内，所述常规开口射流式风洞的入口端和排出段的出口端均与实验室的室外大气连通，在所述的混合段腔内配装喷雾装置，导流片配装在转弯段腔内，所述水平轴风力机实验台上的实验叶片段配置在实验段腔内，所述水平轴风力机实验台上的力矩仪和调频电机位于利用自然低温冰风洞实验系统外部，所述转轴的轴心线与实验段轴心线重合，所述实验叶片段的外形尺寸为水平轴风力机叶片上任意一段的外形尺寸的等比例缩小。

一种利用自然低温气流水平轴风力机冰风洞实验方法，将喷雾装置从混合段腔内取出，开启常规开口射流式风洞，将室外低温冷空气吸入，依次经混合段、扩散段、实验段、转弯段从排出段排出，在实验段内温度达到预设低温且稳定时，开启调频电机，通过力矩仪、转轴带动实验叶片段在实验段内旋转，在达到预设转速并稳定时，将喷雾装置置于混合段腔内，并开启喷出水雾，模拟实际水平轴风力机叶片结冰状态，实验结束时，从混合段内取出喷雾装置，关闭常规开口射流式风洞，从水平轴风力机实验台上取下结冰后的实验叶片段，对其结冰质量进行称重，且对结冰外形进行测定描绘，在实验过程中通过调节、测量并获得包括转速、翼型、弦长、攻角、扭转角、扭矩的运转参数、包括风速、流量、水滴粒径、温度、结冰时间的结冰环境参数、包括结冰质量、结冰形状的结冰结果，对上述参数和结果利用相似原理推算出水平轴风力机叶片的结冰情况。

本发明创造利用寒冷地区冬季稳定的自然低温条件，将冷空气引入风洞中，提供稳定低温，省去制冷环节，节约能耗，降低实验费用，同时，试验中可对风机运转参数、结冰环境参数及结冰效果等进行多形式调节组合，模拟效果好，真实可靠，为水平轴风力机结冰特性研究提供准确可靠的实验基础数据。

附图说明

图1是利用自然低温气流水平轴风力机冰风洞实验系统总体结构示意图；

图2是图1的俯向视图；

图3是水平轴风力机实验台总体结构示意图。

图中件号说明：

1、利用自然低温冰风洞实验系统、2、水平轴风力机实验台、3、常规开口射流式风洞、4、混合段、5、扩散段、6、实验段、7、转弯段、8、排出段、9、导流片、10、喷雾装置、11、实验室、12、连接梁、13、实验叶片段、14、导流罩、15、轴承座A、16、转轴、17、轴承座B、18、力矩仪、19、调频电机、20、支撑架B、21、台架、22、支撑架A、23、固定座。

具体实施方式

下面结合附图对本发明创造实施方案进行详细描述。一种利用自然低温气流水平轴风力机冰风洞实验系统包括带有常规开口射流式风洞3的利用自然低温冰风洞实验系统1和由台架21、支撑架A22、支撑架B20、轴承座A15、轴承座B17、转轴16、导流罩14、连接梁12、实验叶片段13、力矩仪18、调频电机19、固定座23装配构成的水平轴风力机实验台2，在所述利用自然低温冰风洞实验系统1的常规开口射流式风洞3的后部上依次相互连通的配装混合段4、扩散段5、实验段6、转弯段7和排出段8，且将其整体配置在实验室11内，所述常规开口射流式风洞3的入口端和排出段8的出口端均与实验室的室外大气连通，在所述的混合段4腔内配装喷雾装置10，导流片9配装在转弯段7腔内，所述水平轴风力机实验台2上的实验叶片段13配置在实验段6腔内，所述水平轴风力机实验台2上的力矩仪18和调频电机19位于利用自然低温冰风洞实验系统1外部，所述转轴16的轴心线与实验段6轴心线重合，所述实验叶片段13的外形尺寸为水平轴风力机叶片上任意一段的外形尺寸的等比例缩小。

一种利用自然低温气流水平轴风力机冰风洞实验方法，将喷雾装置从混合段腔内取出，开启常规开口射流式风洞，将室外低温冷空气吸入，依次经混合段、扩散段、实验段、转弯段从排出段排出，在实验段内温度达到预设低温且稳定时，开启调频电机，通过力矩仪、转轴带动实验叶片段在实验段内旋转，在达到预设转速并稳定时，将喷雾装置置于混合段腔内，并开启喷出水雾，模拟实际水平轴风力机叶片结冰状态，实验结束时，从混合段内取出喷雾装置，关闭常规开口射流式风洞，从水平轴风力机实验台上取下结冰后的实验叶片段，对其结冰质量进行称重，且对结冰外形进行测定描绘，在实验过程中通过调节、测量并获得包括转速、翼型、弦长、攻角、扭转角、扭矩的运转参数、包括风速、流量、水滴粒径、温度、结冰时间的结冰环境参数、包括结冰质量、结冰形状的结冰结果，对上述参数和结果利用相似原理推算出水平轴风力机叶片的结冰情况。

Claims (2)

1.一种利用自然低温气流水平轴风力机冰风洞实验系统，包括带有常规开口射流式风洞(3)的利用自然低温冰风洞实验系统(1)和由台架(21)、支撑架A(22)、支撑架B(20)、轴承座A(15)、轴承座B(17)、转轴(16)、导流罩(14)、连接梁(12)、实验叶片段(13)、力矩仪(18)、调频电机(19)、固定座(23)装配构成的水平轴风力机实验台(2)，其特征在于：在所述利用自然低温冰风洞实验系统(1)的常规开口射流式风洞(3)的后部上依次相互连通的配装混合段(4)、扩散段(5)、实验段(6)、转弯段(7)和排出段(8)，且将其整体配置在实验室(11)内，所述常规开口射流式风洞(3)的入口端和排出段(8)的出口端均与实验室(11)的室外大气连通，在所述的混合段(4)腔内配装喷雾装置(10)，导流片(9)配装在转弯段(7)腔内，所述水平轴风力机实验台(2)上的实验叶片段(13)配置在实验段(6)腔内，所述水平轴风力机实验台(2)上的力矩仪(18)和调频电机(19)位于利用自然低温冰风洞实验系统(1)外部，所述转轴(16)的轴心线与实验段(6)轴心线重合，所述实验叶片段(13)的外形尺寸为水平轴风力机叶片上任意一段的外形尺寸的等比例缩小。

2.一种利用自然低温气流水平轴风力机冰风洞实验方法，其特征在于：将喷雾装置从混合段腔内取出，开启常规开口射流式风洞，将室外低温冷空气吸入，依次经混合段、扩散段、实验段、转弯段从排出段排出，在实验段内温度达到预设低温且稳定时，开启调频电机，通过力矩仪、转轴带动实验叶片段在实验段内旋转，在达到预设转速并稳定时，将喷雾装置置于混合段腔内，并开启喷出水雾，模拟实际水平轴风力机叶片结冰状态，实验结束时，从混合段内取出喷雾装置，关闭常规开口射流式风洞，从水平轴风力机实验台上取下结冰后的实验叶片段，对其结冰质量进行称重，且对结冰外形进行测定描绘，在实验过程中通过调节、测量并获得包括转速、翼型、弦长、攻角、扭转角、扭矩的运转参数、包括风速、流量、水滴粒径、温度、结冰时间的结冰环境参数、包括结冰质量、结冰形状的结冰结果，对上述参数和结果利用相似原理推算出水平轴风力机叶片的结冰情况。