CN111287913A - 一种基于旋转平台风力机叶片噪声测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于旋转平台风力机叶片噪声测试装置，包括顶部具有风力机的测量旋转平台、二维位移平台、噪声测试系统；所述测量旋转平台及二维位移平台均采用伺服电机驱动，测量旋转平台通过伺服电机带动风力机的风力机塔架转动，伺服电机内置角度传感器、速度传感器以及定位螺栓；所述二维位移平台包括X方向位移平台和Y方向位移平台以及设备固定平台，所述噪声测试设备固定于二维位移平台，所述X方向位移平台和Y方向位移平台相互垂直设置；通过旋转平台设备带动风力机转动实现风洞试验过程中对风向变化的模拟，通过二维位移平台带动噪声测试设备跟随风力机同步位移，保证测量位置不变，使风力机噪声测试更加接近实际运行工况。
Description
技术领域
本发明涉及风力机叶片噪声测试技术领域，尤其涉及一种基于旋转平台风力机叶片噪声测试装置。
背景技术
风力机作为一种将风能转化为电能的装置。风力机从外观整体上看，主要分为风轮、机舱、塔架和基础四个部分。风轮主要由轮毂和叶片组成。风力机的工作原理是叶片在气流作用下产生力矩，驱动风轮转动，再通过轮毂将扭矩传送到主传动系统。即将风能转化成为了机械能，之后再通过发电机、变流器等组成的发电系统，将机械能转化为电能。风力发电机组中主要工作部件为叶片，但在风力机运行时产生的气动噪声不仅影响人们的正常休息、学习及工作，而且还可能严重危害人体健康，诱发多种疾病，因此对风力机运行噪声的测量将对风力机的设计及降噪分析有极为重要的意义
风力机运行所产生的噪声主要有机械噪声及气动噪声，其中气动噪声时风力机主要噪声源，降低气动噪声主要方式有降低转速即降低叶尖线速度，锯齿后缘及柔软后缘等，但降低叶尖线速度会影响风机功率曲线即降低发电能力所以一般不予考虑。风力机噪声中叶片翼型自身噪声不可小觑，叶片与稳态来流相互作用形成边界层与尾流，由此形成的气流波动产生的噪声称为翼型自身噪声，是由空气动力本身造成的，即使是在稳态、无湍流扰动的情况下也会产生，主要包括尾缘噪声、叶尖噪声、分离噪声、层流边界层噪声、钝尾缘噪声小孔和缝隙等部位产生的噪声。在风力机偏航时，刹车阀组夹住刹车盘会发出声响，由于塔筒形状上端部位相对下端部位细一些，呈现喇叭形状，使声响加大。因此由刹车盘处产生的声响从塔筒上部传到塔底，声响扩大，塔底则会发出比较大的声音。
传统的噪声识别方法主要有近场测量法、表面速度测量法、表面强度法、声强法等，但是分析传统方法发现这些方法普遍存在精度不高、工作量大、测量条件高，适用范围小等缺点。在多种测量方法中近场声全息与波束形成技术作为更为高效准确的方法在近些年逐渐的发展完善。近场声全息的基本原理是利用规则的等间距网格阵列在紧靠被测物体表面的测量面上记录全息数据，然后通过变换技术重建三维空间声压场、振速场、声强矢量场，准确识别同一平面上的噪声源位置，并能预报远场指向性。近场声全息技术特别适用于低频场源特性的判断、散射体结构表面特性以及结构模态振动等研究，故已被广泛的应用于噪声源的识别和定位中。波束形成方法是一种基于阵列信号处理的声源定位技术。其基本原理是通过对特定方向人射的平面波(球面波)进行相位的延迟和相加平均来求取声场的等效分布。由于波束法不受二维空间DFT变换的限制，可以采用优化的不规则阵列来取代NAH所使用的规则阵列，测量区域可以大于阵列直径，能够解决高频大目标区域的噪声源识别问题。但应用以上方法能够解决风力机在固定角度时的噪声测量，并不能够有效测量风力机在动态运行时的叶片噪声问题，为此我们提出一种基于旋转平台风力机叶片噪声测试装置。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，而提出的一种基于旋转平台风力机叶片噪声测试装置。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种基于旋转平台风力机叶片噪声测试装置，包括顶部具有风力机的测量旋转平台、二维位移平台、噪声测试系统；
所述测量旋转平台及二维位移平台均采用伺服电机驱动，测量旋转平台通过伺服电机带动风力机的风力机塔架转动，伺服电机内置角度传感器、速度传感器以及定位螺栓；
所述二维位移平台包括X方向位移平台和Y方向位移平台以及设备固定平台，所述X方向位移平台和Y方向位移平台相互垂直设置，所述X方向位移平台和Y方向位移平台的上端面均安装有位移导轨，所述设备固定平台可沿着X方向位移平台和Y方向位移平台的上端面的位移导轨自由滑动；
所述噪声测试系统包括信息采集系统和设备控制系统，所述信息采集系统由声传感器、声阵列以及声阵列固定架组成；所述声传感器均匀安装于声阵列上，所述声阵列安装于声阵列固定架上，声传感器通过导线与系统计算机相连接，所述设备控制系统包括系统计算机、负载调节设备、功率监测设备。
优选的，所述风力机由风力机塔架、发电机、叶片、法兰盘以及导流罩组成，所述风力机塔架的第一端安装于测量旋转平台的上端面，所述风力机塔架的第二端安装有发电机，所述发电机的输出轴的外侧安装有法兰盘,所述叶片安装在法兰盘的外壁上，且以法兰盘的中点为圆心呈环形均匀排布，所述导流罩位于发电机输出轴的末端位置处。
优选的，所述法兰盘上开设有第一定位孔，所述叶片通过螺栓和第一定位孔固定在法兰盘上。
优选的，所述负载调节设备具体为直流可调测试负载箱。
优选的，所述功率监测设备具体为功率分析仪。
相比于现有技术，本发明的有益效果在于：
通过旋转平台设备带动风力机转动实现风洞试验过程中对风向变化的模拟，使风力机测试更加接近实际运行工况；通过二维位移平台实现声阵列测试设备跟随风力机同步运行，风力机动态变化时也能够保持测量位置不变。保证叶片噪声数据的实时性，使数据的准确性提高；整体设计合理，结构未定紧凑，便于制作生产装配。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明声阵列的结构示意图；
图3为本发明二维位移旋转平台的结构示意图；
图4为本发明法兰盘的结构示意图；
图5为本发明伺服电机的内部结构示意图；
图中：1、伺服电机；2、测量旋转平台；3、二维位移平台；4、风力机塔架；5、发电机；6、叶片；7、法兰盘；8、导流罩；9、功率监测设备；10、负载调节设备；11、系统计算机；12、声阵列固定架；13、声阵列；14、声传感器；3-1、X方向位移平台；3-2、Y方向位移平台；3-3、位移导轨；3-4、设备固定平台；7-1、第一定位孔；1-a、角度传感器；1-b、速度传感器；1-c、定位螺栓。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
参照图1-5，一种基于旋转平台风力机叶片噪声测试装置，其特征在于，包括顶部具有风力机的测量旋转平台2、二维位移平台3、噪声测试系统；
测量旋转平台2及二维位移平台3均采用伺服电机1驱动，测量旋转平台2通过伺服电机1带动风力机的风力机塔架4转动，即通过带动风力机塔架4转动而带动风力机整体的水平转动，伺服电机1内置角度传感器1-a、速度传感器1-b以及定位螺栓1-c，伺服电机1内置角度传感器1-a测量旋转平台2的转速以及通过速度传感器1-b测量二维位移平台3的移速，采用导线连接伺服电机1与系统计算机11，系统计算机11控制旋转平台2的转速及二维位移平台3的移速，保证旋转平台2及二维位移平台3同步运动，使风力机无论转过何种角度，二维位移平台3上所固定的声阵列噪声测试设备都能够正对风力机；
二维位移平台3包括X方向位移平台3-1和Y方向位移平台3-2以及设备固定平台3-4，X方向位移平台3-1和Y方向位移平台3-2相互垂直设置，X方向位移平台3-1和Y方向位移平台3-2的上端面均安装有位移导轨3-3，设备固定平台3-4可沿着X方向位移平台3-1和Y方向位移平台3-2的上端面的位移导轨3-3自由滑动；
噪声测试系统包括信息采集系统和设备控制系统，信息采集系统由声传感器14、声阵列13以及声阵列固定架12组成；声传感器14均匀安装于声阵列13上，声阵列13安装于声阵列固定架12上，声传感器14通过导线与系统计算机11相连接，设备控制系统包括系统计算机11、负载调节设备10、功率监测设备9。
进一步地，风力机由风力机塔架4、发电机5、叶片6、法兰盘7以及导流罩8组成，风力机塔架4的第一端安装于测量旋转平台2的上端面，风力机塔架4的第二端安装有发电机5，发电机5的输出轴的外侧安装有法兰盘7,叶片6安装在法兰盘7的外壁上，且以法兰盘7的中点为圆心呈环形均匀排布，导流罩8位于发电机5输出轴的末端位置处。
进一步地，法兰盘7上开设有第一定位孔7-1，叶片6通过螺栓和第一定位孔7-1固定在法兰盘7上。
进一步地，负载调节设备10具体为直流可调测试负载箱，其型号为FZ-DC56V/27A-RJ。
进一步地，功率监测设备9具体为功率分析仪，其型号为DSX-5000。
本发明的工作原理及使用流程：在进行风洞实验过程中，风轮正对来流方向，声阵列噪声测试设备放于风力机后并正对风力机，声阵列噪声测试设备包括声阵列噪声测试设备12、声阵列13、声传感器14，通过伺服电机1内置速度传感器测量旋转平台2的转速，通过伺服电机1内置速度传感器测量二维位移平台3的速度，采用导线连接伺服电机与系统计算机11，系统计算机11上安装控制程序控制旋转平台2的转速及二维位移平台3的移速，保证旋转平台2及二维位移平台3同步运动，使风力机无论转过何种角度，二位位移平台上所固定的声阵列噪声测试设备都能够正对风力机同一位置；
风力机塔架4安装于旋转平台2上，发电机5安装在风力机塔架4上，叶片6采用螺栓连接安装在法兰盘7组成风轮，风轮安装在风电机5上，声传感器14安装在声阵列13上，组成噪声测试设备，声阵列通过固定架12安装在二维位移平台3的设备固定平台3-4上，设备固定平台3-4可沿着X方向位移平台3-1和Y方向位移平台3-2的上端面的位移导轨3-3自由滑动，风驱动风轮带动发电机4发电；
在风力机运行时使用负载调节设备10调节运行工况，通过旋转平台2带动风力机转动，实现模拟实际运行工况中风向变化对风力机的影响情况，在旋转平台2带动风力机转动的同时，风力机后所放置的二维位移平台3带动噪声测试设备与风力机同步转动同一角度，保证测试位置不变，噪声测试设备中声传感器14所测量风力机叶片噪声数据通过导线连接到设备计算机11中，并通过相关软件进行采集及分析。功率检测设备9监测风力机运行功率等相关参数。实验时半圆形导流罩8减小空气阻力对风力机的影响；
如图2所示，声传感器14按一定位置安装于声阵列中13，声阵列13通过声阵列固定架12固定于二维位移平台3上，多个声传感器14通过导线相互连接，并通过导线将其与系统计算机11相互连接，完成数据的传输。
以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种基于旋转平台风力机叶片噪声测试装置，其特征在于，包括顶部具有风力机的测量旋转平台、二维位移平台、噪声测试系统；
所述测量旋转平台及二维位移平台均采用伺服电机驱动，测量旋转平台通过伺服电机带动风力机的风力机塔架转动，伺服电机内置角度传感器(1-a)、速度传感器(1-b)以及定位螺栓(1-c)；
所述二维位移平台包括X方向位移平台(3-1)和Y方向位移平台(3-2)以及设备固定平台(3-4)，所述X方向位移平台(3-1)和Y方向位移平台(3-2)相互垂直设置，所述X方向位移平台(3-1)和Y方向位移平台(3-2)的上端面均安装有位移导轨(3-3)，所述设备固定平台(3-4)可沿着X方向位移平台(3-1)和Y方向位移平台(3-2)的上端面的位移导轨(3-3)自由滑动；
所述噪声测试系统包括信息采集系统和设备控制系统，所述信息采集系统由声传感器(14)、声阵列(13)以及声阵列固定架(12)组成；所述声传感器(14)均匀安装于声阵列(13)上，所述声阵列(13)安装于声阵列固定架(12)上，声传感器(14)通过导线与系统计算机(11)相连接，所述设备控制系统包括系统计算机(11)、负载调节设备(10)、功率监测设备。
2.根据权利要求1所述的一种基于旋转平台风力机叶片噪声测试装置，其特征在于，所述风力机由风力机塔架、发电机、叶片、法兰盘以及导流罩组成，所述风力机塔架的第一端安装于测量旋转平台的上端面，所述风力机塔架的第二端安装有发电机，所述发电机的输出轴的外侧安装有法兰盘,所述叶片安装在法兰盘的外壁上，且以法兰盘的中点为圆心呈环形均匀排布，所述导流罩位于发电机输出轴的末端位置处。
3.根据权利要求1所述的一种基于旋转平台风力机叶片噪声测试装置，其特征在于，所述法兰盘上开设有第一定位孔(7-1)，所述叶片通过螺栓和第一定位孔(7-1)固定在法兰盘上。
4.根据权利要求1所述的一种基于旋转平台风力机叶片噪声测试装置，其特征在于，所述负载调节设备(10)具体为直流可调测试负载箱。
5.根据权利要求1所述的一种基于旋转平台风力机叶片噪声测试装置，其特征在于，所述功率监测设备具体为功率分析仪。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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