CN112594143B - 垂直轴多风机的通用试验平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种垂直轴多风机的通用试验平台，包括风机定位装置、风机装置和风机测控装置，风机定位装置包括第一滑轨、第二滑轨和三个锁紧滑块；第二滑轨与第一滑轨呈T型布置；两个锁紧滑块设置在第一滑轨上，一个锁紧滑块设置在第二滑轨上；三个风机装置均包括叶片、转轴、扭矩传感器、电机、编码器和固定架，三个风机装置分别通过各自的固定架一一对应地且可拆卸地固定在三个锁紧滑块上；风机测控装置包括三个驱动器、USB‑CAN模块和电压采集模块；电压采集模块记录对应的扭矩传感器的输出电压值并转换为扭矩值。本发明能够方便调整三个风机装置的位置，拆卸便捷，可以进行垂直轴三风机、双风机及单风机性能试验，兼容性高、结构紧凑且通用性强。

Description

垂直轴多风机的通用试验平台

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，尤其是涉及一种垂直轴多风机的通用试验平台。

背景技术

根据风力发电机轮毂转轴与地面的位置关系，现代风力发电机通常可以分为水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机两类。水平轴风力发电机具有风能转换率高和易于大型化等优点，是现代商业风力发电机的主要选择。虽然垂直轴风力发电机的风能转换率较低，但其依然具有相当的实用性，特别适宜在湍流度较高的地区使用。

单台水平轴风力发电机虽然具有较高的风能转换率，但是由于受尾流效应的影响，水平轴风力发电机之间通常需要相隔5到10倍风轮直径的距离以保证下游风机的效率。2011年美国学者达比里通过试验证明紧密放置的垂直轴风力发电机相互之间具有功率增益效应，配置合理的垂直轴风电场的平均输出功率高于单台垂直轴风力发电机。不仅如此，达比里通过计算发现上述风电场的单位面积发电量是传统水平轴风电场的6倍以上。这个发现给垂直轴风力发电机带来了新的契机与研究方向。一般认为，处于上游的两台反向旋转的垂直轴风力发电机在处于合理位置时，平均功率高于单台垂直轴风力发电机。而位于上述两台风机下游的第三台风机，其功率特性也会随着与上游风机距离的变化而改变。

垂直轴三风机风洞试验是多风机试验的基础，垂直轴风电场的排布可以通过垂直轴三风机风洞进行研究。在风洞内进行垂直轴三风机试验时，需要分别对单风机和双风机的功率特性和流场进行研究。在对双风机和三风机的试验过程中，还需要分析风机间的相对位置对功率和流场的影响。风机叶片尺寸也会因研究内容的不同而异，往往需要设计加工多套不同的固定结构。风机数目、尺寸和位置变化往往要求多套试验平台与之匹配，硬件拆装费时费力，并且需要较大的资金投入。此外，单台垂直轴风机常用的RS-232通信不适合同时控制多台驱动器和电机工作，而RS-485通信的抗干扰性能较弱，在强电磁干扰的风洞环境内容易出现信号丢失的问题。在此过程中，风机的硬件拆装、几何位置调整以及多风机的测控均十分繁琐。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种垂直轴多风机的通用试验平台，能够方便调整三个风机装置的位置，拆卸便捷，可以方便地进行垂直轴三风机性能试验、垂直轴双风机性能试验及垂直轴单风机性能试验，兼容性高、结构紧凑且通用性强。

根据本发明实施例的垂直轴多风机的通用试验平台，包括：

风机定位装置，所述风机定位装置包括第一滑轨、第二滑轨和三个锁紧滑块；所述第一滑轨在前后方向上延伸，所述第二滑轨在左右方向上延伸，所述第二滑轨连接于所述第一滑轨的右侧并与所述第一滑轨呈T型布置；三个所述锁紧滑块中的两个所述锁紧滑块设置在所述第一滑轨上，三个所述锁紧滑块中的另一个所述锁紧滑块设置在所述第二滑轨上；

风机装置，所述风机装置有三个；每个所述风机装置包括叶片、转轴、扭矩传感器、电机、编码器和固定架，所述叶片安装在所述转轴上，所述转轴、所述扭矩传感器、所述电机和所述编码器自上至下依次同轴串联，所述转轴、所述扭矩传感器和所述电机支撑在所述固定架上；三个所述风机装置分别通过各自的所述固定架一一对应地且可拆卸地固定在三个所述锁紧滑块上；

风机测控装置，所述风机测控装置包括三个驱动器、USB-CAN模块和电压采集模块；三个所述驱动器分别一一对应地与三个所述编码器相连，三个所述驱动器串联后与所述USB-CAN模块相连；所述USB-CAN模块向三个所述驱动器单独发送电机控制指令；所述电压采集模块与三个所述扭矩传感器分别相连，用于记录对应的所述扭矩传感器的输出电压值并转换为扭矩值。

根据本发明实施例的垂直轴多风机的通用实验平台，在实验过程中，当将三个风机装置分别通过各自的固定架一一对应地且可拆卸地固定在三个锁紧滑块上后，通过调整两个设置在第一滑轨上的锁紧滑块的位置以调节第一滑轨上两个风机装置的横向间距，调整设置在第二滑轨上的锁紧滑块的位置以调节第一滑轨上的两个风机装置与第二滑轨上的风机装置之间的纵向间距，从而进行垂直轴三风机性能试验，研究一体式叶片的旋转方向、第一滑轨上的两个风机装置之间的横向间距及第一滑轨上的两个风机装置与第二滑轨上的风机装置之间的纵向间距对垂直轴多风机的影响；

当拆除第二滑轨上的风机装置及对应的锁紧滑块后，通过调整两个设置在第一滑轨上的锁紧滑块的位置以调节第一滑轨上两个风机装置的横向间距，从而进行垂直轴双风机性能试验，研究一体式叶片的旋转方向及第一滑轨上的两个风机装置之间的横向间距对垂直轴多风机的影响；

当拆除第一滑轨上的一个风机装置及对应的锁紧滑块后，通过调整第一滑轨上的风机装置与第二滑轨上的风机装置之间的纵向间距，从而进行垂直轴双风机性能试验，研究第一滑轨上的风机装置与第二滑轨上的风机装置之间的纵向间距对垂直轴多风机的影响；

当拆除第一滑轨上的两个风机装置及对应的锁紧滑块后，通过调整第二滑轨上的风机装置的位置，从而进行垂直轴单风机性能试验。

根据本发明实施例的垂直轴多风机的通用实验平台，能够方便调整三个风机装置的位置，拆卸便捷，可以方便地进行垂直轴三风机性能试验、垂直轴双风机性能试验及垂直轴单风机性能试验，兼容性高、结构紧凑且通用性强。

根据本发明的一个实施例，所述风机定位装置还包括第一支架、第一手动分度卡盘、第一基座、第二支架、第二手动分度卡盘和第二基座；所述第一支架的上端支撑所述第一滑轨，所述第一支架的下端安装在所述第一手动分度卡盘上，所述第一手动分度卡盘固定在所述第一基座上；所述第二支架的上端支撑所述第二滑轨，所述第二支架的下端安装在所述第二手动分度卡盘上，所述第二手动分度卡盘固定在所述第二基座上。

根据本发明进一步的实施例，所述第一支架包括第一水平支架、第一竖直支架和连接头；所述第一水平支架在前后方向上延伸，所述第一滑轨位于所述第一水平支架上且与所述第一水平支架固定，所述第一竖直支架的上端与所述第一水平支架固定，所述第一竖直支架的下端安装在所述第一手动分度卡盘上，所述连接头固定在所述第一水平支架的右侧面上且在左右方向上延伸，所述第二滑轨的左端支撑固定在所述连接头上；所述第二支架包括第二水平支架和第二竖直支架，所述第二水平支架在左右方向上延伸，所述第二滑轨位于所述第二水平支架上且与所述第二水平支架固定，所述第二竖直支架的上端与所述第二水平支架固定，所述第二竖直支架的下端安装在所述第二手动分度卡盘上。

根据本发明的一个实施例，所述固定架包括竖直固定板、水平固定板、第一固定座和第二固定座；所述竖直固定板位于所述水平固定板的一侧上方且所述竖直固定板的下端与所述水平固定板固定相连；所述第一固定座固定在所述竖直固定板上且所述第一固定座通过轴承支撑所述转轴；所述第二固定座位于所述第一固定座的下方，所述第二固定座固定在所述竖直固定板上，所述电机固定在所述第二固定座上；所述扭矩传感器固定在所述竖直固定板上；所述水平固定板可拆卸地固定在所述锁紧滑块上。

根据本发明的一个实施例，所述叶片为一体式叶片。

根据本发明进一步的实施例，所述叶片采用3D打印制作而成。

根据本发明的一个实施例，所述风机装置还包括两对双键；所述叶片包括叶片本体、上轮毂和下轮毂，所述叶片本体的上端和下端分别与所述上轮毂和所述下轮毂相连，所述上轮毂和所述下轮毂上分别开有对称的第一双键键槽，所述上轮毂的所述第一双键键槽与所述下轮毂的所述第一双键键槽相间90°，相应地，所述转轴的上端和下端上分别开有对称的第二双键键槽，所述转轴的上端的所述第二双键键槽与所述转轴的下端的所述第二双键键槽相间90°；两对所述双键中的一对所述双键对应地嵌入所述上轮毂的所述第一双键键槽及所述转轴的上端的所述第二双键键槽中，两对所述双键中的另一对所述双键对应地嵌入所述下轮毂的所述第一双键键槽及所述转轴的下端的所述第二双键键槽中，从而将所述叶片固定在所述转轴上。

根据本发明进一步的实施例，所述风机装置还包括两个弹性挡圈；所述转轴的上端和下端分别设有周向沟槽，所述转轴的上端的所述周向沟槽位于所述转轴的上端的所述第二双键键槽的上方，所述转轴的下端的所述周向沟槽位于所述转轴的下端的所述第二双键键槽的下方；两个所述弹性挡圈分别对应地卡入所述转轴的上端和下端的所述周向沟槽中，以分别对应地挡住所述上轮毂的上端面和所述下轮毂的下端面。

根据本发明再进一步的实施例，所述转轴的下端设有沿轴向间隔开的多个所述第二双键键槽，相应地，每个所述第二双键键槽的下方分别设有一个所述周向沟槽。

根据本发明的一个实施例，所述垂直轴多风机的通用试验平台在进行风洞试验时，所述风机装置、所述风机定位装置的所述第一滑轨、所述第二滑轨和三个所述锁紧滑块位于所述风洞内，所述风机测控装置位于所述风洞外。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明实施例的垂直轴多风机的通用试验平台的结构示意图。

图2为本发明实施例的垂直轴多风机的通用试验平台的风机定位装置和三个风机装置的装配示意图。

图3为本发明实施例的垂直轴多风机的通用试验平台的风机定位装置和两个风机装置的一个装配示意图。

图4为本发明实施例的垂直轴多风机的通用试验平台的风机定位装置和两个风机装置的另一个装配示意图。

图5为本发明实施例的垂直轴多风机的通用试验平台的风机定位装置和一个风机装置的装配示意图。

图6为本发明实施例的垂直轴多风机的通用试验平台的风机定位装置的结构示意图。

图7为本发明实施例的垂直轴多风机的通用试验平台的风机装置的结构示意图。

图8为本发明实施例的垂直轴多风机的通用试验平台的风机装置的叶片、转轴、双键和弹性挡圈的爆炸图。

附图标记：

垂直轴多风机的通用试验平台1000

风机定位装置1 第一滑轨11 第二滑轨12 锁紧滑块13 第一支架14

第一水平支架141 第一竖直支架142 连接头143 第一手动分度卡盘15

第一基座16 第二支架17 第二水平支架171 第二竖直支架172

第二手动分度卡盘18 第二基座19

风机装置2 叶片21 叶片本体211 上轮毂212 下轮毂213 第一双键键槽214

转轴22 第二双键键槽221 周向沟槽222 扭矩传感器23 电机24 编码器25

固定架26 竖直固定板261 水平固定板262 第一固定座263 第二固定座264

轴承27 双键28 弹性挡圈29

风机测控装置3 驱动器31 USB-CAN模块32 电压采集模块33

风洞4

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面结合图1至图8来描述本发明实施例的垂直轴多风机的通用试验平台1000。

如图1至图8所示，根据本发明实施例的垂直轴多风机的通用试验平台1000，包括风机定位装置1、风机装置2和风机测控装置3，风机定位装置1包括第一滑轨11、第二滑轨12和三个锁紧滑块13；第一滑轨11在前后方向上延伸，第二滑轨12在左右方向上延伸，第二滑轨12连接于第一滑轨11的右侧并与第一滑轨11呈T型布置；三个锁紧滑块13中的两个锁紧滑块13设置在第一滑轨11上，三个锁紧滑块13中的另一个锁紧滑块13设置在第二滑轨12上；风机装置2有三个；每个风机装置2包括叶片21、转轴22、扭矩传感器23、电机24、编码器25和固定架26，叶片21安装在转轴22上，转轴22、扭矩传感器23、电机24和编码器25自上至下依次同轴串联，转轴22、扭矩传感器23和电机24支撑在固定架26上；三个风机装置2分别通过各自的固定架26一一对应地且可拆卸地固定在三个锁紧滑块13上；风机测控装置3包括三个驱动器31、USB-CAN模块32和电压采集模块33；三个驱动器31分别一一对应地与三个编码器25相连，三个驱动器31串联后与USB-CAN模块32相连；USB-CAN模块32向三个驱动器31单独发送电机24控制指令；电压采集模块33与三个扭矩传感器23分别相连，用于记录对应的扭矩传感器23的输出电压值并转换为扭矩值。

具体地，风机定位装置1包括第一滑轨11、第二滑轨12和三个锁紧滑块13；第一滑轨11在前后方向上延伸，第二滑轨12在左右方向上延伸，第二滑轨12连接于第一滑轨11的右侧并与第一滑轨11呈T型布置；三个锁紧滑块13中的两个锁紧滑块13设置在第一滑轨11上，三个锁紧滑块13中的另一个锁紧滑块13设置在第二滑轨12上。可以理解的是，风机定位装置1安装在风洞4内，在风洞4中，风由左上方吹向右下方，第一滑轨11位于风洞4的前侧且与来流方向垂直，第二滑轨12位于风洞4后侧且与来流方向平行，第一滑轨11与第二滑轨12呈T型布置，可以增加风机定位装置1的整体刚度并减小风机装置2旋转时产生的震动，三个锁紧滑块13中的两个锁紧滑块13设置在第一滑轨11上，两个锁紧滑块13可以沿着第一滑轨11滑动或锁紧，三个锁紧滑块13中的另一个锁紧滑块13设置在第二滑轨12上，一个锁紧滑块13可以沿着第二滑轨12滑动或锁紧，这样，通过锁紧滑块13与风机装置2固定连接，可以将两台风机装置2布置在风洞4上游，一台风机装置2布置在风洞4下游，以同时对三台风机装置2开展性能试验，通过调整锁紧滑块13在第一滑轨11或第二滑轨12上的位置，可以方便地调整三台风机装置2之间的相对位置关系，以在风机装置2处于不同位置时对风机装置2的性能进行研究，调整与锁紧滑块13相连的风机装置2数量，可以进行垂直轴单风机性能试验或垂直轴双风机性能试验。

风机装置2有三个；每个风机装置2包括叶片21、转轴22、扭矩传感器23、电机24、编码器25和固定架26，叶片21安装在转轴22上，转轴22、扭矩传感器23、电机24和编码器25自上至下依次同轴串联，转轴22、扭矩传感器23和电机24支撑在固定架26上；三个风机装置2分别通过各自的固定架26一一对应地且可拆卸地固定在三个锁紧滑块13上。具体地，叶片21安装在转轴22上，电机24驱动转轴22旋转，叶片21随着转轴22高速旋转；扭矩传感器23的一端与转轴22相连，扭矩传感器23的另一端与电机24相连，通过扭矩传感器23可以测量叶片21转动时的扭矩值；编码器25连接在电机24上，可以测量电机24的转速信号。固定架26底部设有安装孔，通过安装孔可以方便地将固定架26安装在锁紧滑块13上。风机装置2为风机装置2，三个风机装置2安装在风洞4测试段内，三个风机装置2中的两个风机装置2分别通过各自的固定架26一一对应地且可拆卸地固定在第一滑轨11的两个锁紧滑块13上，三个风机装置2中的另一个风机装置2通过对应的固定架26可拆卸地固定在第二滑轨12的锁紧滑块13上，调整三个锁紧滑块13的位置，以方便地调整三个风机装置2之间的相对位置关系，以在风机装置2处于不同位置时对风机装置2的性能进行研究，调整方便，结构牢固紧凑，阻塞面积小。当拆除三个风机装置2中任意一个风机装置2，调整两个风机装置2之间的相对位置关系，可以进行垂直轴双风机性能试验；当拆除第一滑轨11上的两个风机装置2，可以进行垂直轴单风机性能试验。

风机测控装置3包括三个驱动器31、USB-CAN模块32和电压采集模块33；三个驱动器31分别一一对应地与三个编码器25相连，三个驱动器31串联后与USB-CAN模块32相连；USB-CAN模块32向三个驱动器31单独发送电机24控制指令；电压采集模块33与三个扭矩传感器23分别相连，用于记录对应的扭矩传感器23的输出电压值并转换为扭矩值。具体地，三个驱动器31分别通过导线一一对应地与三个编码器25相连，电压采集模块33分别通过导线一一对应地与三个扭矩传感器23相连，多个驱动器31通过CAN总线相连并汇总到USB-CAN模块32，通过USB-CAN模块32向不同的驱动器31发送电机24控制指令，三个驱动器31分别一一对应地控制三个电机24的转速和加速度，三个扭矩传感器23输出的信号汇总至电压采集模块33，电压采集模块33记录对应的扭矩传感器23的输出电压值并转换为扭矩值，由此，可以对不同位置的风机装置2的性能进行记录，此外，风机测控装置3通过CAN总线对三个驱动器31进行控制，操作方便，通信可靠性高。

根据本发明实施例的垂直轴多风机的通用实验平台，在实验过程中，如图1和图2所示，当将三个风机装置2分别通过各自的固定架26一一对应地且可拆卸地固定在三个锁紧滑块13上后，通过调整两个设置在第一滑轨11上的锁紧滑块13的位置以调节第一滑轨11上两个风机装置2的横向间距，调整设置在第二滑轨12上的锁紧滑块13的位置以调节第一滑轨11上的两个风机装置2与第二滑轨12上的风机装置2之间的纵向间距，从而进行垂直轴三风机性能试验，研究叶片21的旋转方向、第一滑轨11上的两个风机装置2之间的横向间距及第一滑轨11上的两个风机装置2与第二滑轨12上的风机装置2之间的纵向间距对垂直轴多风机的影响；

如图3所示，当拆除第二滑轨12上的风机装置2及对应的锁紧滑块13后，通过调整两个设置在第一滑轨11上的锁紧滑块13的位置以调节第一滑轨11上两个风机装置2的横向间距，从而进行垂直轴双风机性能试验，研究叶片21的旋转方向及第一滑轨11上的两个风机装置2之间的横向间距对垂直轴多风机的影响；

如图4所示，当拆除第一滑轨11上的一个风机装置2及对应的锁紧滑块13后，通过调整第一滑轨11上的风机装置2与第二滑轨12上的风机装置2之间的纵向间距，从而进行垂直轴双风机性能试验，研究第一滑轨11上的风机装置2与第二滑轨12上的风机装置2之间的纵向间距对垂直轴多风机的影响；

如图5所示，当拆除第一滑轨11上的两个风机装置2及对应的锁紧滑块13后，通过调整第二滑轨12上的风机装置2的位置，从而进行垂直轴单风机性能试验。

根据本发明实施例的垂直轴多风机的通用实验平台，能够方便调整三个风机装置2的位置，拆卸便捷，可以方便地进行垂直轴三风机性能试验、垂直轴双风机性能试验及垂直轴单风机性能试验，兼容性高、结构紧凑且通用性强。

根据本发明的一个实施例，风机定位装置1还包括第一支架14、第一手动分度卡盘15、第一基座16、第二支架17、第二手动分度卡盘18和第二基座19；第一支架14的上端支撑第一滑轨11，第一支架14的下端安装在第一手动分度卡盘15上，第一手动分度卡盘15固定在第一基座16上；第二支架17的上端支撑第二滑轨12，第二支架17的下端安装在第二手动分度卡盘18上，第二手动分度卡盘18固定在第二基座19上。具体地，第一支架14的上端和第一滑轨11对应地设置有通孔，可以通过螺钉穿过第一支架14上的通孔和第一滑轨11上的通孔以将第一支架14和第一滑轨11固定，第一支架14的下端固定安装在第一手动分度卡盘15上，通过摇动第一手动分度卡盘15上的手柄可以方便快速地使得第一支架14相对于第一手动分度卡盘15旋转，操作简单，方便安装调整安装角度，保证第一滑轨11与第二滑轨12呈T型布置，第一支架14的下端可以为法兰形状，这样第一支架14与第一手动分度卡盘15可以通过螺纹固定，第一支架14的下端还可以为圆柱状，这样可以通过第一手动分度卡盘15的卡爪夹紧第一支架14，第一基座16安装在地面上并与地面固定，第一基座16的顶部设有安装孔以将第一手动分度卡盘15安装在第一基座16上；第二支架17的上端和第二滑轨12对应地设置有通孔，通过螺钉穿过第二支架17上的通孔和第二滑轨12上的通孔以将第二支架17和第二滑轨12固定，第二支架17的下端固定安装在第二手动分度卡盘18上，通过摇动第二手动分度卡盘18上的手柄可以方便快速地使得第二支架17相对于第二手动分度卡盘18旋转，操作简单，方便安装调整安装角度，保证第一滑轨11与第二滑轨12呈T型布置，第二支架17的下端可以为法兰形状，这样第二支架17与第二手动分度卡盘18可以通过螺纹固定，第二支架17的下端还可以为圆柱状，这样可以通过第二手动分度卡盘18的卡爪夹紧第二支架17，第二基座19安装在地面上并与地面固定，第二基座19的顶部设有安装孔以将第二手动分度卡盘18安装在第二基座19上。

需要说明的是，第一基座16和第二基座19均采用铝型材搭建，强度高，成本低且方便调整。

如图2和图6所示，根据本发明进一步的实施例，第一支架14包括第一水平支架141、第一竖直支架142和连接头143；第一水平支架141在前后方向上延伸，第一滑轨11位于第一水平支架141上且与第一水平支架141固定，第一竖直支架142的上端与第一水平支架141固定，第一竖直支架142的下端安装在第一手动分度卡盘15上，连接头143固定在第一水平支架141的右侧面上且在左右方向上延伸，第二滑轨12的左端支撑固定在连接头143上；第二支架17包括第二水平支架171和第二竖直支架172，第二水平支架171在左右方向上延伸，第二滑轨12位于第二水平支架171上且与第二水平支架171固定，第二竖直支架172的上端与第二水平支架171固定，第二竖直支架172的下端安装在第二手动分度卡盘18上。具体地，第一水平支架141和第一滑轨11对应的设置有通孔，可以通过螺钉穿过第一水平支架141上的通孔和第一滑轨11上的通孔以将第一水平支架141和第一滑轨11固定，第一竖直支架142的上端与第一水平支架141可以通过螺纹固定连接，第一支架14的下端固定安装在第一手动分度卡盘15上，通过摇动第一手动分度卡盘15上的手柄可以方便快速地使得第一竖直支架142相对于第一手动分度卡盘15旋转，操作简单，方便安装调整安装角度，保证第一滑轨11与第二滑轨12呈T型布置，第一竖直支架142的下端可以为法兰形状，这样第一竖直支架142与手动分度卡盘可以通过螺纹固定，第一竖直支架142的下端还可以为圆柱状，这样可以通过手动分度卡盘的卡爪夹紧第一竖直支架142；第二水平支架171和第二滑轨12对应的设置有通孔，可以通过螺钉穿过第二水平支架171上的通孔和第二滑轨12上的通孔以将第二水平支架171和第二滑轨12固定，第二竖直支架172的上端与第二水平支架171可以通过螺纹固定连接，第二支架17的下端固定安装在第二手动分度卡盘18上，通过摇动第二手动分度卡盘18上的手柄可以方便快速地使得第二竖直支架172相对于第二手动分度卡盘18旋转，操作简单，方便安装调整安装角度，保证第一滑轨11与第二滑轨12呈T型布置，第二竖直支架172的下端可以为法兰形状，这样第二竖直支架172与第二手动分度卡盘18可以通过螺纹固定，第二竖直支架172的下端还可以为圆柱状，这样可以通过第二手动分度卡盘18的卡爪夹紧第二竖直支架172；通过螺钉穿过连接头143上的通孔和第二滑轨12上的通孔可以将第二滑轨12固定连接在第一水平支架141上，使得第一滑轨11和第二滑轨12呈T型，可以增加风机定位装置1的整体刚度并减小震动。

如图7所示，根据本发明的一个实施例，固定架26包括竖直固定板261、水平固定板262、第一固定座263和第二固定座264；竖直固定板261位于水平固定板262的一侧上方且竖直固定板261的下端与水平固定板262固定相连；第一固定座263固定在竖直固定板261上且第一固定座263通过轴承27支撑转轴22；第二固定座264位于第一固定座263的下方，第二固定座264固定在竖直固定板261上，电机24固定在第二固定座264上；扭矩传感器23固定在竖直固定板261上；水平固定板262可拆卸地固定在锁紧滑块13上。具体地，第一固定座263和第二固定座264可以通过螺钉固定在竖直固定板261上，第一固定座263上设有凹槽，轴承27安装在第一固定座263的凹槽中，轴承27内圈与转轴22配合，方便转轴22高速旋转，风机装置2还包括第一联轴器和第二联轴器，第一联轴器和第二联轴器设置在第一固定座263和第二固定座264之间，第一联轴器连接在转轴22和扭矩传感器23之间，第二联轴器连接在扭矩传感器23与电机24之间，第一联轴器和第二联轴器将转轴22、扭矩传感器23、电机24和编码器25串联，并利用第一固定座263和第二固定座264固定在竖直固定板261上，以使风机装置2刚度高且结构紧凑；水平固定板262可拆卸地固定在锁紧滑块13上，可以方便调整风机装置2的数量，以进行单风机性能试验、双风机性能试验或三风机性能试验。

根据本发明的一个实施例，叶片21为一体式叶片21。这样，叶片21加工简单且加工成本较低，结构精度高。

根据本发明进一步的实施例，叶片21采用3D打印制作而成。这样，叶片21整体结构精确，强度合适且经济性好。

如图8所示，根据本发明的一个实施例，风机装置2还包括两对双键28；叶片21包括叶片本体211、上轮毂212和下轮毂213，叶片本体211的上端和下端分别与上轮毂212和下轮毂213相连，上轮毂212和下轮毂213上分别开有对称的第一双键键槽214，上轮毂212的第一双键键槽214与下轮毂213的第一双键键槽214相间90°，相应地，转轴22的上端和下端上分别开有对称的第二双键键槽221，转轴22的上端的第二双键键槽221与转轴22的下端的第二双键键槽221相间90°；两对双键28中的一对双键28对应地嵌入上轮毂212的第一双键键槽214及转轴22的上端的第二双键键槽221中，两对双键28中的另一对双键28对应地嵌入下轮毂213的第一双键键槽214及转轴22的下端的第二双键键槽221中，从而将叶片21固定在转轴22上。可以理解的是，由于上轮毂212和下轮毂213的厚度较厚，将第一双键键槽214设置在上轮毂212与下轮毂213上，上轮毂212的第一双键键槽214与下轮毂213的第一双键键槽214相间90°，轴的上端的第二双键键槽221与转轴22的下端的第二双键键槽221相间90°，这样当两对双键28中的一对双键28对应地嵌入上轮毂212的第一双键键槽214及转轴22的上端的第二双键键槽221中，两对双键28中的另一对双键28对应地嵌入下轮毂213的第一双键键槽214及转轴22的下端的第二双键键槽221中，可以将叶片21可靠地固定在转轴22上，固定效果好。

如图8所示，根据本发明进一步的实施例，风机装置2还包括两个弹性挡圈29；转轴22的上端和下端分别设有周向沟槽222，转轴22的上端的周向沟槽222位于转轴22的上端的第二双键键槽221的上方，转轴22的下端的周向沟槽222位于转轴22的下端的第二双键键槽221的下方；两个弹性挡圈29分别对应地卡入转轴22的上端和下端的周向沟槽222中，以分别对应地挡住上轮毂212的上端面和下轮毂213的下端面。可以理解的是，在两对双键28中的一对双键28对应地嵌入上轮毂212的第一双键键槽214及转轴22的上端的第二双键键槽221，两对双键28中的另一对双键28对应地嵌入下轮毂213的第一双键键槽214及转轴22的下端的第二双键键槽221后，通过将两个弹性挡圈29分别对应地卡入转轴22的上端和下端的周向沟槽222中，可以将转轴22和一体式叶片21更加可靠地紧固，防止叶片21窜动。

如图8所示，根据本发明再进一步的实施例，转轴22的下端设有沿轴向间隔开的多个第二双键键槽221，相应地，每个第二双键键槽221的下方分别设有一个周向沟槽222。这样，同一个转轴22可以匹配多种不同高度的一体式叶片21，通用性好，当一对双键28对应地嵌入下轮毂213的第一双键键槽214及转轴22的下端的多个第二双键键槽221中的一个第二双键键槽221后，弹性挡圈29可以嵌入对应的第二双键键槽221下方的轴向沟槽中以挡住下轮毂213的下端面，弹性挡圈29调整方便，通用性好。

如图1所示，根据本发明的一个实施例，垂直轴多风机的通用试验平台1000在进行风洞4试验时，风机装置2、风机定位装置1的第一滑轨11、第二滑轨12和三个锁紧滑块13位于风洞4内，风机测控装置3位于风洞4外。可以理解的是，垂直轴风电场的排布可以通过垂直轴三风机风洞4进行研究，在风洞4中，风由左上方吹向右下方，风机装置2、风机定位装置1的第一滑轨11、第二滑轨12和三个锁紧滑块13位于风洞4内，可以方便在风洞4中进行垂直轴单风机性能试验、垂直轴双风机性能试验或垂直轴三风机性能试验；风机测控装置3位于风洞4外，受到的风洞4噪声影响较小，不会造成额外的阻塞效应，操作方便、通信可靠性高且实验结果准确。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种垂直轴多风机的通用试验平台，其特征在于，包括：

风机定位装置，所述风机定位装置包括第一滑轨、第二滑轨和三个锁紧滑块；所述第一滑轨在前后方向上延伸，所述第二滑轨在左右方向上延伸，所述第二滑轨连接于所述第一滑轨的右侧并与所述第一滑轨呈T型布置；三个所述锁紧滑块中的两个所述锁紧滑块设置在所述第一滑轨上，三个所述锁紧滑块中的另一个所述锁紧滑块设置在所述第二滑轨上；

风机装置，所述风机装置有三个；每个所述风机装置包括叶片、转轴、扭矩传感器、电机、编码器和固定架，所述叶片安装在所述转轴上，所述转轴、所述扭矩传感器、所述电机和所述编码器自上至下依次同轴串联，所述转轴、所述扭矩传感器和所述电机支撑在所述固定架上；三个所述风机装置分别通过各自的所述固定架一一对应地且可拆卸地固定在三个所述锁紧滑块上；

风机测控装置，所述风机测控装置包括三个驱动器、USB-CAN模块和电压采集模块；三个所述驱动器分别一一对应地与三个所述编码器相连，三个所述驱动器串联后与所述USB-CAN模块相连；所述USB-CAN模块向三个所述驱动器单独发送电机控制指令；所述电压采集模块与三个所述扭矩传感器分别相连，用于记录对应的所述扭矩传感器的输出电压值并转换为扭矩值；

所述风机定位装置还包括第一支架、第一手动分度卡盘、第一基座、第二支架、第二手动分度卡盘和第二基座；所述第一支架的上端支撑所述第一滑轨，所述第一支架的下端安装在所述第一手动分度卡盘上，所述第一手动分度卡盘固定在所述第一基座上；所述第二支架的上端支撑所述第二滑轨，所述第二支架的下端安装在所述第二手动分度卡盘上，所述第二手动分度卡盘固定在所述第二基座上。

2.根据权利要求1所述的垂直轴多风机的通用试验平台，其特征在于，所述第一支架包括第一水平支架、第一竖直支架和连接头；所述第一水平支架在前后方向上延伸，所述第一滑轨位于所述第一水平支架上且与所述第一水平支架固定，所述第一竖直支架的上端与所述第一水平支架固定，所述第一竖直支架的下端安装在所述第一手动分度卡盘上，所述连接头固定在所述第一水平支架的右侧面上且在左右方向上延伸，所述第二滑轨的左端支撑固定在所述连接头上；所述第二支架包括第二水平支架和第二竖直支架，所述第二水平支架在左右方向上延伸，所述第二滑轨位于所述第二水平支架上且与所述第二水平支架固定，所述第二竖直支架的上端与所述第二水平支架固定，所述第二竖直支架的下端安装在所述第二手动分度卡盘上。

3.根据权利要求1所述的垂直轴多风机的通用试验平台，其特征在于，所述固定架包括竖直固定板、水平固定板、第一固定座和第二固定座；所述竖直固定板位于所述水平固定板的一侧上方且所述竖直固定板的下端与所述水平固定板固定相连；所述第一固定座固定在所述竖直固定板上且所述第一固定座通过轴承支撑所述转轴；所述第二固定座位于所述第一固定座的下方，所述第二固定座固定在所述竖直固定板上，所述电机固定在所述第二固定座上；所述扭矩传感器固定在所述竖直固定板上；所述水平固定板可拆卸地固定在所述锁紧滑块上。

4.根据权利要求1所述的垂直轴多风机的通用试验平台，其特征在于，所述叶片为一体式叶片。

5.根据权利要求4所述的垂直轴多风机的通用试验平台，其特征在于，所述叶片采用3D打印制作而成。

6.根据权利要求1所述的垂直轴多风机的通用试验平台，其特征在于，所述风机装置还包括两对双键；所述叶片包括叶片本体、上轮毂和下轮毂，所述叶片本体的上端和下端分别与所述上轮毂和所述下轮毂相连，所述上轮毂和所述下轮毂上分别开有对称的第一双键键槽，所述上轮毂的所述第一双键键槽与所述下轮毂的所述第一双键键槽相间90°，相应地，所述转轴的上端和下端上分别开有对称的第二双键键槽，所述转轴的上端的所述第二双键键槽与所述转轴的下端的所述第二双键键槽相间90°；两对所述双键中的一对所述双键对应地嵌入所述上轮毂的所述第一双键键槽及所述转轴的上端的所述第二双键键槽中，两对所述双键中的另一对所述双键对应地嵌入所述下轮毂的所述第一双键键槽及所述转轴的下端的所述第二双键键槽中，从而将所述叶片固定在所述转轴上。

7.根据权利要求6所述的垂直轴多风机的通用试验平台，其特征在于，所述风机装置还包括两个弹性挡圈；所述转轴的上端和下端分别设有周向沟槽，所述转轴的上端的所述周向沟槽位于所述转轴的上端的所述第二双键键槽的上方，所述转轴的下端的所述周向沟槽位于所述转轴的下端的所述第二双键键槽的下方；两个所述弹性挡圈分别对应地卡入所述转轴的上端和下端的所述周向沟槽中，以分别对应地挡住所述上轮毂的上端面和所述下轮毂的下端面。

8.根据权利要求7所述的垂直轴多风机的通用试验平台，其特征在于，所述转轴的下端设有沿轴向间隔开的多个所述第二双键键槽，相应地，每个所述第二双键键槽的下方分别设有一个所述周向沟槽。

9.根据权利要求1所述的垂直轴多风机的通用试验平台，其特征在于，所述垂直轴多风机的通用试验平台在进行风洞试验时，所述风机装置、所述风机定位装置的所述第一滑轨、所述第二滑轨和三个所述锁紧滑块位于所述风洞内，所述风机测控装置位于所述风洞外。

Images