CN106768796A - 一种旋转风力机叶片结冰风洞实验装置 - Google Patents

一种旋转风力机叶片结冰风洞实验装置 Download PDF

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Abstract

一种旋转风力机叶片结冰风洞实验装置属于风能利用实验技术；该装置包括由电动机、力矩仪、旋转轴、支撑梁、风机叶片模型组成的叶片旋转与测定系统和由同轴心安装的气流等截面流入段、气流流入连接筒、实验段、气流流出连接筒、气流锥形流出段组成的冰风洞实验系统，所述冰风洞实验系统位于叶片旋转与测定系统的侧部，且冰风洞实验系统的轴心线与叶片旋转与测定系统的轴心线平行；本装置提高和扩大了结冰风洞对风机叶片模型的实验能力，结构新颖、合理，作业可靠，调节简易方便，测试精度高，适用范围广。

Description

一种旋转风力机叶片结冰风洞实验装置
技术领域
本发明创造属于风能利用实验技术，主要涉及一种风机叶片结冰实验设备。
背景技术
对于处在低温潮湿环境中的风力机将会发生结冰现象，风力机覆冰后将改变叶片气动特性与载荷分布，不仅影响发电效率，还会造成安全事故。目前，对旋转风力机叶片结冰主要的研究方法有现场观测、数值模拟计算及结冰风洞实验。其中结冰风洞实验是模拟结冰和防冰研究的地面模拟装置，除了可以模拟实际的气动环境，还可以模拟在该种情况下的结冰气象条件。
现阶段多数结冰风洞主要服务于航空航天领域，结冰实验对象多是飞行器，其飞行状态处于平动，这就要求风洞的试验段风速较大，实验过程中即要达到如此大的风速，还要满足制冷及喷雾要求，试验段的尺寸无法做到很大，这对结冰风洞实验能力造成很大的限制。在进行旋转风力机叶片结冰实验过程中，由于风洞实验段尺寸的限制，其旋转直径较小，实际结冰过程中叶片的线速度无法达到实际工作过程中叶片的线速度，另外，较大的来流将给风洞的制冷系统增加负担，能耗较大。
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，设计提供一种旋转风力机叶片结冰风洞实验装置，达到提高风机结冰风洞实验能力、测试效果准确可靠、适用能力强、通用化程度高、能耗小、为水平轴风力机结冰研究提供技术支持的目的。
本发明创造的目的是这样实现的：在台架端面前部和后部上分别固装横移前滑轨板和横移后滑轨板，固装前轴承座总成的前架可横向移动的配装在横移前滑轨板上，从前至后依次固装后轴承座总成、力矩仪和电动机的后架可横向移动的配装在横移后滑轨板上，旋转轴支撑安装在前、后轴承座总成上，所述旋转轴与力矩仪、力矩仪与电动机同轴心连接，在所述台架前端部位处配置实验段，所述旋转轴的前端部通过实验段后壁上的横移条形通孔插配在实验段腔体内部，支撑梁径向安装在旋转轴前端部上，且位于实验段腔体内部，在所述支撑梁外端上配装风机叶片模型，在所述实验段前壁上通过气流流入连接筒相互连通的安装气流等截面流入段，在所述实验段后壁上通过气流流出连接筒相互连通的安装气流锥形流出段，所述气流等截面流入段、气流流入连接筒、气流流出连接筒的横截面及气流锥形流出段小端处横截面的形状、尺寸全部相同，且气流锥形流出段的小端部与气流流出连接筒后端部连接，所述气流等截面流入段、气流流入连接筒、气流流出连接筒、气流锥形流出段的轴心线重合，且与旋转轴轴心线平行，并位于旋转轴轴心线侧部，所述风机叶片模型位于气流流入连接筒与气流流出连接筒之间的筒内部位，至此构成一种旋转风力机叶片结冰风洞实验装置。
本发明创造利用叶片旋转的圆周速度与来流速度的合速度来达到实验要求的高线速度，可有效降低等截面气流流入段的速度，进而降低高风速与高制冷量所需的能耗，使低速小口径的结冰风洞也能进行高速旋转叶片的结冰实验，有效提高和扩大了结冰风洞的实验适应能力，为水平轴风力机叶片结冰研究提供可靠的实验基础数据。本装置结构新颖、合理，作业可靠，调节简易方便，测试精度高，能耗小、适用范围广。
附图说明
图1是一种旋转风力机叶片结冰风洞实验装置结构示意图；
图2是图1中A—A向剖视图；
图3是一种旋转风力机叶片结冰风洞实验装置结构三维示意图。
图中件号说明：
1、台架、2、横移后滑轨板、3、电动机、4、后架、5、力矩仪、6、横移前滑轨板、7、前架、8、旋转轴、9、支撑梁、10、风机叶片模型、11、气流等截面流入段、12、实验段、13、气流锥形流出段、14、气流流入连接筒、15、气流流出连接筒、16、前轴承座总成、17、后轴承座总成、18、横移条形通孔。
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。一种旋转风力机叶片结冰风洞实验装置，在台架1上端面前部和后部上分别固装横移前滑轨板6和横移后滑轨板2，固装前轴承座总成16的前架7可横向移动的配装在横移前滑轨板6上，从前至后依次固装后轴承座总成17、力矩仪5和电动机3的后架4可横向移动的配装在横移后滑轨板2上，旋转轴8支撑安装在前、后轴承座总成16、17上，所述旋转轴8与力矩仪5、力矩仪5与电动机3同轴心连接，在所述台架1前端部位处配置实验段12，所述旋转轴8的前端部通过实验段12后壁上的横移条形通孔18插配在实验段12腔体内部，支撑梁9径向安装在旋转轴8前端部上，且位于实验段12腔体内部，在所述支撑梁9外端上配装风机叶片模型10，在所述实验段12前壁上通过气流流入连接筒14相互连通的安装气流等截面流入段11，在所述实验段12后壁上通过气流流出连接筒15相互连通的安装气流锥形流出段13，所述气流等截面流入段11、气流流入连接筒14、气流流出连接筒15的横截面及气流锥形流出段13小端处横截面的形状、尺寸全部相同，且气流锥形流出段13的小端部与气流流出连接筒15后端部连接，所述气流等截面流入段11、气流流入连接筒14、气流流出连接筒15、气流锥形流出段13的轴心线重合，且与旋转轴8轴心线平行，并位于旋转轴8轴心线侧部，所述风机叶片模型10位于气流流入连接筒14与气流流出连接筒15之间的筒内部位。
测试作业使用时，电动机3通过力矩仪5带动旋转轴8转动，进而使风机叶片模型10随着支撑梁9转动；含有过冷水滴的冷空气以额定速度由气流等截面流入段11流入，经由实验段12后经气流锥形流出段13流出，风机叶片模型10以一定转速随轴转动，仅在风机叶片模型10转至等截面流入段11与气流锥形流出段13之间部位处发生结冰现象，其他部分不发生结冰。
以风机叶片模型10到旋转轴8的中心距离为r，则风机叶片模型10实际转过的圆周长度为L＝2πr，风机叶片模型10划过气流等截面流入段11的弧长为l，模拟实际结冰时间为T，则在本系统中风机叶片模型10的结冰模拟时间为：
通过在实验段12后壁上的横移条形通孔18内横向调节移动旋转轴8的位置，带动风机叶片模型10处在气流流入连接筒14与气流流出连接筒15之间横截面的不同位置处，可使风机叶片模型10在不同特征云团条件下进行结冰实验。

Claims (1)

1.一种旋转风力机叶片结冰风洞实验装置，其特征在于：在台架(1)上端面前部和后部上分别固装横移前滑轨板(6)和横移后滑轨板(2)，固装前轴承座总成(16)的前架(7)可横向移动的配装在横移前滑轨板(6)上，从前至后依次固装后轴承座总成(17)、力矩仪(5)和电动机(3)的后架(4)可横向移动的配装在横移后滑轨板(2)上，旋转轴(8)支撑安装在前、后轴承座总成(16、17)上，所述旋转轴(8)与力矩仪(5)、力矩仪(5)与电动机(3)同轴心连接，在所述台架(1)前端部位处配置实验段(12)，所述旋转轴(8)的前端部通过实验段(12)后壁上的横移条形通孔(18)插配在实验段(12)腔体内部，支撑梁(9)径向安装在旋转轴(8)前端部上，且位于实验段(12)腔体内部，在所述支撑梁(9)外端上配装风机叶片模型(10)，在所述实验段(12)前壁上通过气流流入连接筒(14)相互连通的安装气流等截面流入段(11)，在所述实验段(12)后壁上通过气流流出连接筒(15)相互连通的安装气流锥形流出段(13)，所述气流等截面流入段(11)、气流流入连接筒(14)、气流流出连接筒(15)的横截面及气流锥形流出段(13)小端处横截面的形状、尺寸全部相同，且气流锥形流出段(13)的小端部与气流流出连接筒(15)后端部连接，所述气流等截面流入段(11)、气流流入连接筒(14)、气流流出连接筒(15)、气流锥形流出段(13)的轴心线重合，且与旋转轴(8)轴心线平行，并位于旋转轴(8)轴心线侧部，所述风机叶片模型(10)位于气流流入连接筒(14)与气流流出连接筒(15)之间的筒内部位。
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