CN105092139B - 风力机叶片表面压力测量罩及其测量系统 - Google Patents

风力机叶片表面压力测量罩及其测量系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种风力机叶片表面压力测量罩及其测量系统，属于风力压力测量技术领域。风力机叶片表面横向形成其表面高于叶片表面的测量罩，所述的测量罩外周形成可容纳传感器内凹的凹点，凹点内设置传感器本发明通过在叶片表面形成其表面高度高于叶片的测量罩，测量罩无损于叶片本身，且能得到满意的精度，协调了传统风力机叶片表面压力测量中代价与精度之间的矛盾。通过使用玻璃钢或碳纤维自制测量罩，厚度6～10mm，与叶片本身的固定可采用胶结并辅以螺杆加固，测量罩内置精度较高的差压式压力传感器，从而提高了测量罩的测量精度。

Description

风力机叶片表面压力测量罩及其测量系统
技术领域
本发明属于压力测量技术领域，尤其涉及一种大型风力机叶片在外流场作用中表面压力测量罩和测量系统。
背景技术
大型风力机外场实验一般在风力机实物的自然工作条件下采集分析自然风、风力机姿态、压力及载荷等参数。测量旋转叶片的表面压力分布对风力机空气动力学研究有重要的意义，但也是一个难点。为研究风力机流动的非定常特性，一般测量动态压力数据传统风力机在外流场中表面压力分布的测量通常采用两种方法。一种是叶片表面打孔、内置传感器的方法测量表面压力分布，通常采用差压式压力传感器，专利公开号为CN103382921公开了一种垂直轴风力机叶片气动力的测量装置，包括风力机主轴，风力机主轴的上下两端分别固定上大圆盘和下大圆盘，上大圆盘上固定有第一上支撑杆，下大圆盘上固定有第一下支撑杆，下大圆盘连接旋转轴，旋转轴通过轴承与塔架圆筒相连，叶片安装在第一上支撑杆和第一下支撑杆之间，其特征是：叶片上端固定有上端叶片固定板，叶片下端固定有下端叶片固定板，在上端叶片固定板与第一上支撑杆之间安装第一压力测量机构，下端叶片固定板的旋转轴连接刚性联轴器，刚性联轴器的下端固定有扭矩传感器，扭矩传感器与第一下支撑杆之间安装第二压力测量机构，然而该方法能满足测量精度要求，但打孔和内置传感器时，严重破坏了叶片表面、内部结构，代价高昂；另一种方法是叶片表面贴测压带的方法测量表面压力，测压带内置传感器，通常采用绝压式压力传感器，该方法原理简单、直观，在不破坏叶片自身结构的前提下测量了叶片表面压力分布，但由于该方法采用的是绝压式压力传感器，该传感器测量精度不高，且价格昂贵，难以满足要求。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的旨在提供一种不破坏风力机结构的风力机叶片表面压力测量罩及其测量系统。
为此，本发明采用以下技术方案：风力机叶片表面压力测量罩，其特征是，风力机叶片表面横向形成其表面高于叶片表面的测量罩，所述的测量罩外周形成可容纳传感器内凹的凹点，凹点内设置传感器。
作为对上述技术方案的补充和完善，本发明还包括以下技术特征。
所述的测量罩和叶片之间形成的台阶面处形成腻子涂抹层，腻子涂抹层将台阶面形成30度的过度斜面，进一步减小对展向流动的影响。
所述的传感器的数量为30-40个。
所述的传感器为差压式压力传感器。差压式压力传感器具有测量精度高、体积小的特点，完全可以容纳于测量罩内，但该类传感器需提供一个稳定的或已知的参考压力
所述的测量罩表面高于原叶片表面6～10mm。
所述的测量罩为玻璃钢或碳纤维等材料制作成型，测量罩与所述的叶片采用胶接并通过螺杆加固。
所述的测量罩的宽度为弦向长度(即叶片宽度方向)的15％～20％，其重量应不影响风轮静平衡。
风力机桨毂内的空间放置一个密封罐，通过一根管路将所有传感器的参考压力端联通罐体内部压力，从而提供一个较稳定的参考压力。
一种风力机叶片表面压力测量系统，包括所述的测量罩和传感器、无线测量采集器和地面服务器，地面服务器提供所述的传感器和无线测量采集器电源，传感器和无线测量采集器互相配合对应，无线测量采集器从传感器接受感应信号，无线测量采集器将信号传递给所述的地面服务器。
所述的测量系统还包括线性电源，线性电源将交流电转换成直流电，满足无线遥测采集器和传感器直流电源的要求。线性电源有体积小，精度高，纹波因子小等特点。
使用本发明可以达到以下有益效果：本发明通过在叶片表面形成其表面高度高于叶片的测量罩，测量罩无损于叶片本身，且能得到满意的精度，协调了传统风力机叶片表面压力测量中代价与精度之间的矛盾。通过使用玻璃钢或碳纤维自制测量罩，厚度6～10mm，与叶片本身的固定可采用胶结并辅以螺杆加固，测量罩内置精度较高的差压式压力传感器，从而提高了测量罩的测量精度。为保证传感器正常工作，罩内通过一根管路联通传感器压力端和密封端，以提供稳定的参考压力，从而维持系统工作的稳定。
附图说明
图1为本发明的测量罩的结构示意图。
图2为本发明的测量系统连接示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细描述。
实施例：如图1所示，风力机叶片1表面横向形成其表面高于叶片1表面的测量罩2，测量罩2外周形成可容纳传感器内凹的凹点，凹点内设置传感器3。该凹点为在测量罩测量位置处打通孔，可在通孔内容纳传感器，孔内可容纳传感器的空间为测量罩外表面同叶片表面之间的体积。
优选地，测量罩2和叶片1之间形成的台阶面处形成腻子涂抹层，腻子涂抹层将台阶面形成30度的过度斜面，进一步减小对展向流动的影响。
作为优选，传感器3的数量为30-40个。
传感器3为差压式压力传感器。由于本发明采用传感器为差压式传感器，传感器一端接触外流场，另一端通过导管联通采集端，所以通常为通孔。差压式压力传感器具有测量精度高、体积小的特点，完全可以容纳于测量罩2内，但该类传感器需提供一个稳定的或已知的参考压力。这类传感器一般测试精度较高，体积也不大，完全可以容纳于测试罩内。其难点在于需提供一个较稳定的或已知的参考压力。拟利用风力机桨毂内的空间放置一个密封罐，罐体形状和大小可根据桨毂内空间定制(总容积不低于15L)。所有传感器的参考压力端联通罐体内部压力，具体方式是用沿叶片后缘固定的一根管路将罐内压力引入测试罩，在罩内用多级多通分布到每个测点。罐体外采用较好的隔热保温方式，使其受外部环境温度影响较小，从而提供一个较稳定的参考压力。传感器可采用SM5651/SM5652。SM5651/SM5652为OEM压力传感器，完全校准和温度补偿微差压，属双列直插高性能压力传感器，可直接安装于标准的印刷电路板。SM5651/SM5652系列为陶瓷基底贴装高稳定压阻式压力传感器芯片，利用陶瓷基板上的薄膜电阻进行零度校正、零点温度补偿和灵敏度温度补偿。SM5651只能用恒流驱动，一个额外的电阻修剪正常化的外部差分放大器的输出提供了跨度校准。而SM5652在恒压激励下对输出信号很容易进行放大。SM5651芯片有额外的增益电阻，采用恒流激励，SM5652采用恒压激励。其主要参数为频响1k，精度优于0.1％。国内双桥、百森等厂家也可在两个月内完成类似传感器的定制，但精度低于该传感器。
进一步地，测量罩2表面高于叶片1表面6～10mm；测量罩2为玻璃钢或碳纤维等材料制作成型，测量罩2与叶片1采用胶接并通过螺杆加固。
优选地，测量罩2的宽度为弦向长度(即叶片宽度方向)的15％～20％，其重量应不影响风轮静平衡。
进一步地，为提供一个稳定的或已知的参考压力，在风力机桨毂内的空间放置一个密封罐，罐体形状和大小可根据桨毂内空间定制(总容积不低于15L)，所有传感器的参考压力端联通罐体内部压力，具体方式是用沿叶片后缘固定的一根管路将罐内压力引入测量罩，在罩内用多级多通分布到每个测点。罐体外采用较好的隔热保温方式，使其受外部环境温度影响较小，从而提供一个较稳定的参考压力。
一种风力机叶片表面压力测量系统，如图2所示，包括测量罩2和传感器3、无线测量采集器和地面服务器，地面服务器提供传感器和无线测量采集器电源，传感器和无线测量采集器互相配合对应，无线测量采集器从传感器接受感应信号，无线测量采集器将信号传递给地面服务器。无线采集器使用时安装在桨毂内采集速率高，精度好。采样速率达到20SPS,精度优于0.03％；传输速率高，系统平均传输速率达到14MB/S；体积小，重量轻。系统直径14.6Cm，高度18cm，重量2.5kg。
进一步地，测量系统还包括线性电源，线性电源将交流电转换成直流电，满足无线遥测采集器和传感器直流电源的要求。线性电源有体积小，精度高，纹波因子小等特点。
本发明通过在叶片表面形成其表面高度高于叶片的测量罩，测量罩无损于叶片本身，且能得到满意的精度，协调了传统风力机叶片表面压力测量中代价与精度之间的矛盾。通过使用玻璃钢或碳纤维自制测量罩，厚度6～10mm，与叶片本身的固定可采用胶结并辅以螺杆加固，测量罩内置精度较高的差压式压力传感器，从而提高了测量罩的测量精度。为保证传感器正常工作，罩内通过一根管路联通传感器压力端和密封端，以提供稳定的参考压力，从而维持系统工作的稳定。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.风力机叶片表面压力测量罩，其特征在于：风力机叶片(1)表面横向形成其表面高于叶片(1)表面的测量罩(2)，所述的测量罩(2)外周形成可容纳传感器内凹的凹点，凹点内设置传感器(3)；所述的测量罩(2)和叶片(1)之间形成的台阶面处形成腻子涂抹层，腻子涂抹层将台阶面形成30度的过度斜面；风力机桨毂内的空间放置一个密封罐，通过一根管路将所有传感器的参考压力端联通罐体内部压力，用沿叶片后缘固定的一根管路将罐内压力引入测量罩，在测量罩内用多级多通分布到每个测点。
2.根据权利要求1所述的风力机叶片表面压力测量罩，其特征在于：所述的传感器(3)的数量为30-40个。
3.根据权利要求2所述的风力机叶片表面压力测量罩，其特征在于：所述的传感器(3)为差压式压力传感器。
4.根据权利要求3所述的风力机叶片表面压力测量罩，其特征在于：所述的测量罩(2)表面高于所述的叶片(1)表面6～10mm。
5.根据权利要求4所述的风力机叶片表面压力测量罩，其特征在于：所述的测量罩(2)为玻璃钢或碳纤维等材料制作成型，测量罩(2)与所述的叶片(1)采用胶接并通过螺杆加固。
6.根据权利要求5所述的风力机叶片表面压力测量罩，其特征在于：所述的测量罩(2)的宽度为弦向长度的15％～20％。
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