CN113188754B - 一种水平轴风力机气动性能实验中叶轮飞车控制方法 - Google Patents

一种水平轴风力机气动性能实验中叶轮飞车控制方法 Download PDF

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Abstract

一种水平轴风力机气动性能实验中叶轮飞车控制方法，步骤为：在风洞内实验装置的传动轴上粘贴反光条，在风洞观察窗外布置激光转速测量仪，反光条与激光转速测量仪正对；启动风洞，通过激光转速测量仪监测叶轮转速，在计算机中建立转速随时间变化曲线，直至叶轮发生飞车后关闭风洞；调整叶片安装角后重复飞车过程；由计算机自动换算飞车发生前一时刻的旋转加速度；开始气动性能实验，实时监测叶轮转速，由计算机自动换算每一时刻的旋转加速度，对比实时获取的旋转加速度与飞车发生前一时刻的旋转加速度，根据对比结果控制电加载器的输出载荷量，当电加载器实时输出载荷量达到实验设定的输出载荷总量时，对比过程停止，叶轮由启动进入匀速转动过程。

Description

一种水平轴风力机气动性能实验中叶轮飞车控制方法
技术领域
本发明属于风力机气动性能实验技术领域，特别是涉及一种水平轴风力机气动性能实验中叶轮飞车控制方法。
背景技术
在风洞中开展水平轴风力机气动性能实验时，叶轮必须经历由静止到启动的过程，并且在叶轮启动前，水平轴风力机气动性能实验装置内用于模拟负载的电加载器输出的载荷为0，此时叶轮受到的阻力仅为实验装置自身的机械摩擦阻力，当叶轮启动后，叶轮会逐渐经历旋转加速过程，随着叶轮转速的不断增大，叶轮自身具有的转动惯量也同步增大，当叶轮的转动惯量瞬间克服了实验装置自身的机械摩擦阻力后，叶轮会出现突然加速的现象，即产生叶轮飞车现象，如果实验人员不能及时控制电加载器输出载荷，叶轮的转速就会失去控制，并且叶轮安装角越小则转速越高，飞车现象也就更严重。由于实验中的叶轮通常为木质叶片或玻璃钢叶片，在飞车发生后，轻则容易造成叶片变形，重则容易造成叶片破裂损坏，严重的还会导致实验装置中的传动轴发生弯曲变形，最终导致水平轴风力机气动性能实验装置损毁。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种水平轴风力机气动性能实验中叶轮飞车控制方法，在叶轮启动过程中通过准确监测叶轮飞车前的旋转加速度，并以自动方式控制电加载器输出载荷以调节叶轮的实时转速，保证叶轮可以顺利进入匀速转动阶段，实现了既能够保证叶轮平稳启动又可以避免叶轮发生飞车现象的目的，有效避免了传统采用人工方式控制电加载器输出载荷而反应不及时的问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种水平轴风力机气动性能实验中叶轮飞车控制方法，包括如下步骤：
步骤一：在风洞内安装水平轴风力机气动性能实验装置，在实验装置的传动轴表面粘贴一处反光条，同时在风洞实验段的观察窗外部安装一台激光转速测量仪，使激光转速测量仪发射的激光束准确照射在反光条上；
步骤二：启动风洞，风速按照每隔10秒升高0.5m/s的规律从低到高逐渐增大，当叶轮启动后，利用激光转速测量仪实时监测叶轮的转速，并且每隔1毫秒记录一次叶轮的转速，在计算机中建立叶轮的转速随时间的变化曲线，直至叶轮发生飞车现象，之后关闭风洞；
步骤三：调整叶轮的叶片安装角，重复步骤二；
步骤四：重复步骤三，重复次数至少为5次；
步骤五：根据叶轮的转速随时间的变化曲线，由计算机自动换算出叶轮在飞车发生前一时刻的旋转加速度；
步骤六：开始气动性能实验，将叶轮调整到气动性能实验设定的叶片安装角，然后启动风洞，风速按照每隔10秒升高0.5m/s的规律从低到高逐渐增大，当叶轮启动后，利用激光转速测量仪实时监测叶轮的转速，并且每隔1毫秒记录一次叶轮的转速，在计算机中建立叶轮的转速随时间的变化曲线，同时由计算机自动换算每一时刻的旋转加速度；
步骤七：计算机自动调取步骤五中得到的飞车发生前一时刻的旋转加速度数据，同时将计算机中调取的旋转加速度数据与步骤六中实时获取的旋转加速度数据进行对比，再根据对比结果决定控制电加载器的输出载荷量，且数据对比过程每0.5毫秒进行一次，对比过程如下：
①、当a-a0>0时，则Fout＝F0+(a-a0)×F0×5％；
②、当a-a0<0时，则Fout＝F0-(a-a0)×F0×5％；
③、当a-a0＝0时，则Fout＝F0；
式中，a为计算机中调取的飞车发生前一时刻的旋转加速度，a0为实时获取的旋转加速度，Fout为电加载器的实时输出载荷量，F0为电加载器的初始输出载荷量；其中，前一次对比过程中的Fout将作为后一次对比过程中的F0，并且在进行首次对比过程时，F0按照实验设定的输出载荷总量的5％进行加载；
步骤八：当电加载器的实时输出载荷量Fout达到实验设定的输出载荷总量时，对比过程停止，叶轮由启动过程进入匀速转动过程。
本发明的有益效果：
本发明的水平轴风力机气动性能实验中叶轮飞车控制方法，在叶轮启动过程中通过准确监测叶轮飞车前的旋转加速度，并以自动方式控制电加载器输出载荷以调节叶轮的实时转速，保证叶轮可以顺利进入匀速转动阶段，实现了既能够保证叶轮平稳启动又可以避免叶轮发生飞车现象的目的，有效避免了传统采用人工方式控制电加载器输出载荷而反应不及时的问题。
附图说明
图1为实施例中采用的水平轴风力机气动性能实验装置的结构示意图；
图中，1—叶轮，2—实验台，3—传动轴，4—轴承座，5—反光条，6—联轴器，7—扭矩仪，8—电加载器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
一种水平轴风力机气动性能实验中叶轮飞车控制方法，包括如下步骤：
步骤一：在风洞内安装如图1所示的水平轴风力机气动性能实验装置，在实验装置的传动轴3表面粘贴一处反光条5，同时在风洞实验段的观察窗外部安装一台激光转速测量仪，使激光转速测量仪发射的激光束准确照射在反光条5上；
步骤二：启动风洞，风速按照每隔10秒升高0.5m/s的规律从低到高逐渐增大，当叶轮1启动后，利用激光转速测量仪实时监测叶轮1的转速，并且每隔1毫秒记录一次叶轮1的转速，在计算机中建立叶轮1的转速随时间的变化曲线，直至叶轮1发生飞车现象，之后关闭风洞；
步骤三：调整叶轮1的叶片安装角，重复步骤二；
步骤四：重复步骤三，重复次数至少为5次；本实施例中，叶轮1的直径为600mm，叶片的翼型为NACA0018，叶片的弦长为60mm，叶片安装角共调整五次，分别为2度、4度、6度、8度和10度；
步骤五：根据叶轮1的转速随时间的变化曲线，由计算机自动换算出叶轮1在飞车发生前一时刻的旋转加速度；
步骤六：开始气动性能实验，将叶轮1调整到气动性能实验设定的叶片安装角，然后启动风洞，风速按照每隔10秒升高0.5m/s的规律从低到高逐渐增大，当叶轮1启动后，利用激光转速测量仪实时监测叶轮1的转速，并且每隔1毫秒记录一次叶轮1的转速，在计算机中建立叶轮1的转速随时间的变化曲线，同时由计算机自动换算每一时刻的旋转加速度；
步骤七：计算机自动调取步骤五中得到的飞车发生前一时刻的旋转加速度数据，同时将计算机中调取的旋转加速度数据与步骤六中实时获取的旋转加速度数据进行对比，再根据对比结果决定控制电加载器的输出载荷量，且数据对比过程每0.5毫秒进行一次，对比过程如下：
①、当a-a0>0时，则Fout＝F0+(a-a0)×F0×5％；
②、当a-a0<0时，则Fout＝F0-(a-a0)×F0×5％；
③、当a-a0＝0时，则Fout＝F0；
式中，a为计算机中调取的飞车发生前一时刻的旋转加速度，a0为实时获取的旋转加速度，Fout为电加载器的实时输出载荷量，F0为电加载器的初始输出载荷量；其中，前一次对比过程中的Fout将作为后一次对比过程中的F0，并且在进行首次对比过程时，F0按照实验设定的输出载荷总量的5％进行加载；
步骤八：当电加载器的实时输出载荷量Fout达到实验设定的输出载荷总量时，对比过程停止，叶轮1由启动过程进入匀速转动过程。
实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。

Claims (1)

1.一种水平轴风力机气动性能实验中叶轮飞车控制方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤一：在风洞内安装水平轴风力机气动性能实验装置，在实验装置的传动轴表面粘贴一处反光条，同时在风洞实验段的观察窗外部安装一台激光转速测量仪，使激光转速测量仪发射的激光束准确照射在反光条上；
步骤二：启动风洞，风速按照每隔10秒升高0.5m/s的规律从低到高逐渐增大，当叶轮启动后，利用激光转速测量仪实时监测叶轮的转速，并且每隔1毫秒记录一次叶轮的转速，在计算机中建立叶轮的转速随时间的变化曲线，直至叶轮发生飞车现象，之后关闭风洞；
步骤三：调整叶轮的叶片安装角，重复步骤二；
步骤四：重复步骤三，重复次数至少为5次；
步骤五：根据叶轮的转速随时间的变化曲线，由计算机自动换算出叶轮在飞车发生前一时刻的旋转加速度；
步骤六：开始气动性能实验，将叶轮调整到气动性能实验设定的叶片安装角，然后启动风洞，风速按照每隔10秒升高0.5m/s的规律从低到高逐渐增大，当叶轮启动后，利用激光转速测量仪实时监测叶轮的转速，并且每隔1毫秒记录一次叶轮的转速，在计算机中建立叶轮的转速随时间的变化曲线，同时由计算机自动换算每一时刻的旋转加速度；
步骤七：计算机自动调取步骤五中得到的飞车发生前一时刻的旋转加速度数据，同时将计算机中调取的旋转加速度数据与步骤六中实时获取的旋转加速度数据进行对比，再根据对比结果决定控制电加载器的输出载荷量，且数据对比过程每0.5毫秒进行一次，对比过程如下：
①、当a-a0>0时，则Fout＝F0+(a-a0)×F0×5％；
②、当a-a0<0时，则Fout＝F0-(a-a0)×F0×5％；
③、当a-a0＝0时，则Fout＝F0；
式中，a为计算机中调取的飞车发生前一时刻的旋转加速度，a0为实时获取的旋转加速度，Fout为电加载器的实时输出载荷量，F0为电加载器的初始输出载荷量；其中，前一次对比过程中的Fout将作为后一次对比过程中的F0，并且在进行首次对比过程时，F0按照实验设定的输出载荷总量的5％进行加载；
步骤八：当电加载器的实时输出载荷量Fout达到实验设定的输出载荷总量时，对比过程停止，叶轮由启动过程进入匀速转动过程。
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