CN113404654A - 一种风力发电仿真模拟实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种风力发电仿真模拟实验装置，包括：机架、转盘和多个桨叶；转盘，绕第一旋转轴线受控转动地设置在所述机架上；多个桨叶，设置于所述转盘，且围绕所述第一旋转轴线间隔布设，每一所述桨叶上设置有用于安装风力发电配套设施的安装位，且每一所述桨叶相对所述转盘均绕第二旋转轴线可转动，所述第二旋转轴线与所述第一旋转轴线相交。上述风力发电仿真模拟实验装置，转盘带动桨叶绕第一轴线转动，用于模拟风力发电机组运转的情况，桨叶绕第二旋转轴线的转动可以调整桨叶的角度，用于模拟风力发电机组的变桨过程。通过该模拟实验装置，使得风力发电配套设施无需挂机就可以进行实验，大大减少了风力发电机组的调试时间和成本。

Description

一种风力发电仿真模拟实验装置

技术领域

本发明涉及风电技术领域，特别是涉及一种风力发电仿真模拟实验装置。

背景技术

在风电领域中，风电叶片的变桨系统为大型风力发电机组控制系统中的核心部件之一。该变桨系统通过调节风电叶片的节距角，改变气流对风电叶片的攻角，进而控制整个风力发电机捕获的气动转矩和气动功率。由此可见，变桨系统的运行稳定性，会对整个风电机组能够安全、稳定、高效的运行起到十分重要的作用。因此，针对变桨系统会设置有多种风力发电配套设施，如用于判断是否需要变桨的主动安全变桨设备，以保证变桨系统稳定运行。

现有技术中，风力发电机组中的风力发电配套设施在设计完成后没有模拟应用环境的试验运行平台，往往需要把风力发电配套设施挂载于实际风力发电机组上进行挂机试验运行，这样不仅试验成本较高，试验时间较长，也使得风力发电配套设施的开发周期延长。

发明内容

基于此，有必要针对现有技术中需要把风力发电配套设施挂载于实际风力发电机组上进行挂机试验的问题，提供一种改善上述缺陷的风力发电仿真模拟实验装置。

一种风力发电仿真模拟实验装置，包括：

机架；

转盘，绕第一旋转轴线受控转动地设置在所述机架上；

多个桨叶，设置于所述转盘，且围绕所述第一旋转轴线间隔布设，每一所述桨叶上设置有用于安装风力发电配套设施的安装位，且每一所述桨叶相对所述转盘均绕第二旋转轴线可转动，所述第二旋转轴线与所述第一旋转轴线相交。

在其中一个实施例中，所述风力发电仿真模拟实验装置还包括变桨机构，所述变桨机构包括动力源和传动组件，所述动力源安装于所述转盘，所述传动组件传动连接于所述动力源与多个所述桨叶之间。

在其中一个实施例中，所述传动组件包括主动锥齿轮和多个从动锥齿轮，所述主动锥齿轮安装于所述动力源的驱动端，多个所述从动锥齿轮与多个所述桨叶一一对应，每一所述从动锥齿轮安装于对应的一个所述桨叶，并与所述主动锥齿轮相啮合。

在其中一个实施例中，所述风力发电仿真模拟实验装置还包括设置在所述转盘上的多个变桨机构，多个所述变桨机构与多个所述桨叶一一对应，每一所述变桨机构与对应的一个所述桨叶传动连接。

在其中一个实施例中，所述风力发电仿真模拟实验装置还包括与多个所述桨叶一一对应相连的多个定位机构，每一所述定位机构可受控地与所述转盘连接或分离。

在其中一个实施例中，每一所述定位机构包括夹紧块和定位件，所述夹紧块连接于对应的所述桨叶，且具有定位孔，所述转盘上开设有多个固定孔；

所述桨叶带动对应的所述夹紧块转动的过程中，所述定位孔能够依次与各个所述固定孔相对应，所述定位件穿设于所述定位孔和与所述定位孔对应的一个所述固定孔。

在其中一个实施例中，每一所述定位机构包括夹紧块和定位件，所述夹紧块连接于对应的所述桨叶，且具有多个定位孔，所述转盘具有与多个所述定位孔一一对应的多个固定孔，每相对应的一个所述定位孔和一个所述固定孔组成一个孔位组；

所述定位机构随所述桨叶转动的过程中包括多个定位位置，每一所述定位位置与一组所述孔位组相对应；当所述定位机构转动至一个所述定位位置时，对应的所述孔位组的一个所述定位孔和一个所述固定孔对齐，所述定位件穿设于对齐的所述固定孔和所述定位孔。

在其中一个实施例中，所述定位机构还包括与所述夹紧块可拆离连接的压板，当所述定位件穿设于所述定位孔时，所述压板盖设于所述定位孔上。

在其中一个实施例中，所述风力发电仿真模拟实验装置包括，可受控绕自身轴线转动的驱动轴，所述驱动轴与所述转盘相连并驱动所述转盘绕所述第一旋转轴线旋转，所述驱动轴上套设有与所述风力发电配套设施电连接的电滑环。

在其中一个实施例中，所述驱动轴上还套设有测速编码器。

上述风力发电仿真模拟实验装置，转盘带动桨叶绕第一轴线转动，用于模拟风力发电机组运转的情况，桨叶绕第二旋转轴线的转动可以调整桨叶的角度，用于模拟风力发电机组的变桨过程。通过该模拟实验装置，使得风力发电机组的风力发电配套设施无需挂机就可以进行实验，大大减少了风力发电机组的调试时间和成本。

附图说明

图1为本发明一实施例中风力发电仿真模拟实验装置的结构示意图；

图2为图1风力发电仿真模拟实验装置在另一视角下的结构示意图；

图3为图1中转盘的结构示意图；

图4为图3中转盘的剖面示意图；

图5为本发明另一实施例中风力发电仿真模拟实验装置的结构示意图；

图6为图5中转盘的结构示意图；

图7为图6中转盘的剖面示意图；

图8为图5中夹紧块的结构示意图。

机架10；驱动轴11；电滑环12；测速编码器13；

转盘20；

桨叶30；

变桨机构40；动力源41；传动组件42；主动锥齿轮43；从动锥齿轮44；

定位机构50；定位件51；夹紧块52；定位孔53；固定孔54；压板55。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

参阅图1，本发明一实施例提供了一种风力发电仿真模拟实验装置，包括：机架10、转盘20和多个桨叶30。

机架10用于承载转盘20，转盘20受控地绕第一旋转轴线可转动地设置在机架10上。多个桨叶30设在转盘20上，且围绕转盘20的第一旋转轴线间隔布设，每一桨叶30上设置有安装风力发电配套设施的安装位，从而可以通过转盘20带动桨叶30绕第一轴线转动，可以模拟风力发电机组运转的情况。进一步地，每一桨叶30均相对转盘20绕与第一旋转轴线相交的第二旋转轴线可转动，从而可以通过桨叶30绕第二旋转轴线的转动来调整桨叶30的角度，进而模拟风力发电机组的变桨过程。

在实际使用过程中，在桨叶30上安装风力发电机组的风力发电配套设施。通过转盘20带动各个桨叶30绕第一轴线转动来模拟风力发电机组运转的情况，使得桨叶30在转盘20转动时能够受到来自气流的外部阻力，以模拟桨叶30上的风力发电配套设施的工作情况，进而检验风力发电配套设施的工作状态。进一步地，为了检测上述风力发电配套设施在不同风向上的工作情况，通过转动桨叶30来调整桨叶30的角度，可以使得风力发电配套设施能够受到不同的方向上的气流阻力，进一步模拟风力发电配套设施在实际的工作状态。

上述风力发电仿真模拟实验装置，转盘20带动桨叶30绕第一轴线转动，用于模拟风力发电机组运转的情况，桨叶30绕第二旋转轴线的转动可以调整桨叶30的角度，用于模拟风力发电机组的变桨过程。通过该模拟实验装置，使得风力发电机组的风力发电配套设施无需挂机就可以进行实验，大大减少了风力发电机组的调试时间和成本。

需要说明的是，第二旋转轴线并不指代某一方向的旋转轴线，每一桨叶30均具有一预设方向的第二旋转轴线，多个桨叶30则具有多个方向的第二旋转轴线。例如，参阅图1，图1中三根桨叶30中的任意一桨叶的绕其转动的旋转轴线均为第二旋转轴线，如此，三根桨叶30的旋转轴线均为第二旋转轴线。

本发明的实施例中，为了更加方便的模拟风力发电机组在实际使用过程中的变桨过程。参阅图2至图4，风力发电仿真模拟实验装置还包括设置在转盘20上变桨机构40，变桨机构40包括动力源41和与动力源41传动连接的传动组件42，动力源41安装在转盘20上，传动组件42传动连接于动力源41与多个桨叶30之间。也就是说，通过动力源41可以同时驱动多个桨叶30一起转动。如此，在需要对桨叶30的角度进行调整时，无需单独对每个桨叶30的角度进行调整，只要启动动力源41，即可以同时对所有桨叶30一起进行调整，大大减少了调整桨叶30所需要的时间。进一步地，即使是在桨叶30随转盘20转动的过程中，也可以对桨叶30的角度进行调整，更加真实地模拟风力发电机组实际的工作过程，进而更加真实模拟风力发电配套设施在实际的使用情况。需要说明的是，传动组件42可以为齿轮组、蜗轮蜗杆等常规的一对多的传动方式，在此不做限定。

在一些实施例中，传动组件42包括主动锥齿轮43和多个从动锥齿轮44，主动锥齿轮43安装在动力源41的驱动端，通过动力源41驱动主动锥齿轮43转动。多个从动锥齿轮44与多个桨叶30一一对应，每一从动锥齿轮44安装与对应的一个桨叶30，并与主动锥齿轮43相啮合。如此，当主动锥齿轮43转动时，多个从动锥齿轮44也随主动锥齿轮43一同转动，通过多个从动锥齿轮44的转动，将主动锥齿轮43的转动，转换为多个桨叶30的同时转动。

可以知道的是，在其他实施例中，变桨机构40也可以为多个，多个变桨机构40与多个桨叶30一一对应，每一变桨机构40与对应的一个桨叶30传动连接。每一变桨机构40均包括动力源41和与动力源41传动连接的传动组件42。每一桨叶30均通过一动力源41驱动一传动组件42以带动该桨叶30转动。如此，同样也可以满足风力发电仿真模拟实验装置的变桨需求，并且多个变桨机构40还可以针对每个桨叶30的角度单独进行控制，满足不同的试验需要。

需要说明的是，除了通过动力源41驱动桨叶30的转动，也可以通过人工进行对桨叶30的角度进行调整。本发明提供的另一种的实施例中，参阅图5至图8。风力发电仿真模拟实验装置包括与多个桨叶30一一对应相连的多个定位机构50，每一定位机构50可受控地与转盘20连接或分离。当定位机构50与转盘20分离时，定位机构50随对应该定位机构50的桨叶30转动；定位机构50与转盘20连接时，定位机构50阻止桨叶30相对转盘20转动。

在实际的使用过程中，如需调整桨叶30的角度，首先停止转盘20的转动，选择需要调整角度的桨叶30，将对应该桨叶30的定位机构50与转盘20分离，然后转动桨叶30，直至该桨叶30转动至所需位置，再将对应该桨叶30的定位机构50与转盘20相连，从而该桨叶30便固定在该所需位置，完成该桨叶30的角度调整。通过定位机构50调整桨叶30的角度，同样也可以使得桨叶30上的风力发电配套设施能够受到不同的方向上的气流阻力，模拟风力发电配套设施在实际的工作状态。相对于采用动力源41驱动桨叶30，采用定位机构50调整桨叶30的角度，使得风力发电仿真模拟实验装置结构更加简单，成本更加低廉。

在一些实施例中，定位机构50包括夹紧块52和定位件51，夹紧块52连接于对应该定位机构50的桨叶30，并具有定位孔53，转盘20上则开始开设多个固定孔54。桨叶30带动夹紧块52转动的过程中，定位孔53能够依次与各个固定孔54相对应，定位件51穿设于定位孔53和与定位孔53对应的一个固定孔54。

在实际使用过程中，选择需要转动的桨叶30，取下定位件51，使得该桨叶30能够相对转盘20转动。并继续转动桨叶30，使桨叶30转动到某一所需的角度，将定位件51穿设于定位孔53和对应该角度的固定孔54，将桨叶30固定在转盘20上，如此便可以完成该桨叶30角度的调整。可选地，定位件51为插销、螺栓等常规的紧固件。

在另一些实施例中，参阅图7和图8，定位机构50随桨叶30转动的过程中，包括多个定位位置，每一定位位置均对应一个桨叶30的转动角度。每一定位位置与一组孔位组相对应。夹紧块52具有多个定位孔53，转盘20具有与多个定位孔53一一对应的多个固定孔54，每相对应的一个定位孔53和一个固定孔54组成一组孔位组。当定位机构50转动至一个所述定位位置时，对应的孔位组的一个定位孔53和一个固定孔54对齐，定位件51穿设于对齐的固定孔54和定位孔53。

在实际使用过程中，上述一个定位孔53对应多个固定孔54的方式，由于通过固定孔54存在一定的宽度，导致相邻两个固定孔54之间的距离必须大于一固定值，因此固定孔54对应的角度之间也必须大于一固定角度，如此，桨叶30的角度调整则无法达到更加精确的数值。而通过多个定位孔53对应多个固定孔54组成多个孔位组，使得多个固定孔54相互之间不会干涉，如此，可以针对桨叶30所需的转动角度来设置相应的固定孔54和定位孔53，使得桨叶30的角度调整更叫精确。

具体到实施例中，定位机构50还包括与夹紧块52可拆离连接的压板55，当定位件51穿设于定位孔53时，压板55盖设于定位孔53上。当定位件51穿设于定位孔53和对应该角度的固定孔54时，通过压板55将定位件51卡设在定位孔53和固定孔54内。

本发明的实施例中，风力发电仿真模拟实验装置还包括可受控绕自身轴线转动的驱动轴11，驱动轴11与转盘20相连并驱动转盘20绕第一旋转轴线旋转，驱动轴11上套设有与风力发电配套设施电连接的电滑环12。在实际使用过程中，通过电滑环12给设置在桨叶30上的风力发电配套设施供电，保证在桨叶30随转盘20转动时，风力发电配套设施也能够正常工作。

本发明的实施例中，驱动轴11上还套设有测速编码器13。通过测速编码器13测量驱动轴11的转速，进而得到转盘20的转速，并通过测速编码器13将转速传递到外部，方便检测人员对转速进行监测。

上述风力发电仿真模拟实验装置具有以下优点：

通过转盘20带动桨叶30绕第一轴线转动，用于模拟风力发电机组运转的情况，桨叶30绕第二旋转轴线的转动可以调整桨叶30的角度，用于模拟风力发电机组的变桨过程。通过该模拟实验装置，使得风力发电机组的风力发电配套设施无需挂机就可以进行实验，大大减少了风力发电机组的调试时间和成本。

通过电滑环12给设置在桨叶30上的风力发电配套设施供电，保证在桨叶30随转盘20转动时，风力发电配套设施也能够正常工作。

通过测速编码器13测量驱动轴11的转速，进而得到转盘20的转速，并通过测速编码器13将转速传递到外部，方便检测人员对转速进行监测。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种风力发电仿真模拟实验装置，其特征在于，所述风力发电仿真模拟实验装置包括：

机架(10)；

转盘(20)，绕第一旋转轴线受控转动地设置在所述机架(10)上；

多个桨叶(30)，设置于所述转盘(20)，且围绕所述第一旋转轴线间隔布设，每一所述桨叶(30)上设置有用于安装风力发电配套设施的安装位，且每一所述桨叶(30)相对所述转盘(20)均绕第二旋转轴线可转动，所述第二旋转轴线与所述第一旋转轴线相交。

2.根据权利要求1所述的风力发电仿真模拟实验装置，其特征在于，所述风力发电仿真模拟实验装置还包括变桨机构(40)，所述变桨机构(40)包括动力源(41)和传动组件(42)，所述动力源(41)安装于所述转盘(20)，所述传动组件(42)传动连接于所述动力源(41)与多个所述桨叶(30)之间。

3.根据权利要求2所述的风力发电仿真模拟实验装置，其特征在于，所述传动组件(42)包括主动锥齿轮(43)和多个从动锥齿轮(44)，所述主动锥齿轮(43)安装于所述动力源(41)的驱动端，多个所述从动锥齿轮(44)与多个所述桨叶(30)一一对应，每一所述从动锥齿轮(44)安装于对应的一个所述桨叶(30)，并与所述主动锥齿轮(43)相啮合。

4.根权利要求1所述的风力发电仿真模拟实验装置，其特征在于，所述风力发电仿真模拟实验装置还包括设置在所述转盘(20)上的多个变桨机构(40)，多个所述变桨机构(40)与多个所述桨叶(30)一一对应，每一所述变桨机构(40)与对应的一个所述桨叶(30)传动连接。

5.根据权利要求1所述的风力发电仿真模拟实验装置，其特征在于，所述风力发电仿真模拟实验装置还包括与多个所述桨叶(30)一一对应相连的多个定位机构(50)，每一所述定位机构(50)可受控地与所述转盘(20)连接或分离。

6.根据权利要求5所述的风力发电仿真模拟实验装置，其特征在于，每一所述定位机构(50)包括夹紧块(52)和定位件(51)，所述夹紧块(52)连接于对应的所述桨叶(30)，且具有定位孔(53)，所述转盘(20)上开设有多个固定孔(54)；

所述桨叶(30)带动对应的所述夹紧块(52)转动的过程中，所述定位孔(53)能够依次与各个所述固定孔(54)相对应，所述定位件(51)穿设于所述定位孔(53)和与所述定位孔(53)对应的一个所述固定孔(54)。

7.根据权利要求5所述的风力发电仿真模拟实验装置，其特征在于，每一所述定位机构(50)包括夹紧块(52)和定位件(51)，所述夹紧块(52)连接于对应的所述桨叶(30)，且具有多个定位孔(53)，所述转盘(20)具有与多个所述定位孔(53)一一对应的多个固定孔(54)，每相对应的一个所述定位孔(53)和一个所述固定孔(54)组成一个孔位组；

所述定位机构(50)随所述桨叶(30)转动的过程中包括多个定位位置，每一所述定位位置与一组所述孔位组相对应；当所述定位机构(50)转动至一个所述定位位置时，对应的所述孔位组的一个所述定位孔(53)和一个所述固定孔(54)对齐，所述定位件(51)穿设于对齐的所述固定孔(54)和所述定位孔(53)。

8.根据权利要求7所述的风力发电仿真模拟实验装置，其特征在于，所述定位机构(50)还包括与所述夹紧块(52)可拆离连接的压板(55)，当所述定位件(51)穿设于所述定位孔(53)时，所述压板(55)盖设于所述定位孔(53)上。

9.根据权利要求1所述的风力发电仿真模拟实验装置，其特征在于，所述风力发电仿真模拟实验装置包括，可受控绕自身轴线转动的驱动轴(11)，所述驱动轴(11)与所述转盘(20)相连并驱动所述转盘(20)绕所述第一旋转轴线旋转，所述驱动轴(11)上套设有与所述风力发电配套设施电连接的电滑环(12)。

10.根据权利要求9所述的风力发电仿真模拟实验装置，其特征在于，所述驱动轴(11)上还套设有测速编码器(13)。

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