CN202614494U

CN202614494U - 一种测试小型风力发电机的工厂用风洞

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Publication number: CN202614494U
Application number: CN 201220125087
Authority: CN
Inventors: 麦建斌
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-03-28
Filing date: 2012-03-28
Publication date: 2012-12-19
Anticipated expiration: 2022-03-28

Abstract

本实用新型公开了一种测试小型风力发电机的工厂用风洞，其特征是：包括固定放置于室内的风洞体，所述风洞体为筒状，其一端为入风口，另一端为出风口；所述入风口大于出风口，所述入风口处设有风机支架，风机支架上设有风机组，风机组由多个风机组成。本实用新型使用时不受野外和天气条件的限制，安全、经济、风力稳定，测量的结果就更准确。而且不需要重复改装和重装测试车，降低了测试的成本。由于利用本实用新型后，可以做到想测试时就测试，就可以满足产品的测试要求和测试频率，大大地缩短了新产品的开发/定型的时间。

Description

一种测试小型风力发电机的工厂用风洞

技术领域

本实用新型涉及的是一种测试小型风力发电机的工厂用风洞，该种风洞用于工厂中进行测试小型风力发电机。

背景技术

风力发电机的原理是利用叶片吸收风的能量后，转化为旋转的机械能，进而转化为交流的电能（功率）；由于产生的电能（功率）是风速的立方，所以消费者需要知道该风力发电机在多大的风速产生的电能（功率），这个功率就是该风力发电机的发电功率，是所有的消费者最关心的核心问题。

在现有技术中，测试小型风力发电机主要用拖车测试法，这个拖车测试法就是把风力发电机安装在一个按照不同的速度行驶的货车/卡车上，当车按照不同的速度行驶时，就会产生不同风速的风力，从而可以测试出不同风速下的风力发电机产生的功率。但是这个方法有以下的几个无法克服的缺点：

1）安装高度的限制：根据IEC61400-2(IEC关于小型风力发电机设计的安全标准)和实践经验的要求，为了获得最准确的发电量（功率），风力发电机的风轮要离最近的障碍物最少是风轮高度的2倍。如果是安装在货车/卡车上，离风力发电机的风轮最近的障碍物是车头，如果普通货车的车头离地是2.6米，小型的200W风轮是1.2米，那么风力发电机安装在车上后，风轮的最高点离地面就是

2.6米+1.2*2米=5米………计算1）

越大功率的风力发电机，风轮就越大越高，就是说，风轮的最高点离地面也就越高。按照我国的公路法，这个高度的车是不能上高速路/国道/省道等高等级道路的。

2）野外的风速的大小和风的方向无法稳定，极大的受到了道路条件的限制：

因为我们的公路法，上述拖车测试法只能在等级不高的道路上进行，风速的大小和风的方向就无法稳定。根据IEC 61400-2(IEC关于小型风力发电机设计的安全标准)的要求，任何的功率测试值都是10分钟的平均值，因为等级不高的道路无法保证车速的稳定性和行驶方向的直线性，也就无法提供稳定的，方向一致的风力来测试风力发电机的功率。

一般的小型的风力发电机的额定功率都是出现在风速的10m/s到12m/s之间，如果需要提供稳定的10m/s的风力，车需要稳定地以每小时36公里的速度直线行驶6公里，这在国内的等级不高的道路上很难达到。

因为：

10m/s=10米*60秒*60分钟/1000米=36公里/小时……计算2）

以这个速度均匀，稳定地行驶10分钟的距离是：

36公里/小时*10分钟/60=6公里……计算3）

根据计算2）和计算3），如果需要提供稳定的12m/s的风力，车需要均匀，稳定地以每小时43.2公里的速度直线行驶7.2公里，……计算4）

这在国内的等级不高的道路上更难达到。

3）测试时不安全。

在现有的风力划分及其表象中，

五级风的陆上地物征象为：有叶的小树摇摆,内陆的水面有小波,高的草波浪起伏明显；其相当于平地十米高处的风速8.0-10.7(米/秒)；

六级风的陆上地物征象为：大树枝摇动,电线呼呼有声,高的草不时倾伏于地；其相当于平地十米高处的风速10.8-13.8(米/秒)；

七级风的陆上地物征象为：全树摇动,大树枝弯下来,迎风步行感觉不便；其相当于平地十米高处的风速13.9-17.1(米/秒)；

风速越高，陆上地物征象的变化更为激烈。由此可见，当风力达到6级以上时，风力就很强大了。

如果被测试的风力发电机在测试车上不能很好的固定，就会出现车废人亡的重大安全事故。

4）测试的成本高：

如果想把被测试的风力发电机牢固地安装在测试车上，那必然要对测试车改装，加固；按照中国道路法的要求，测试结束后又需要恢复测试车的原状，这极大的增加了测试车成本。就算不考虑其他的成本，这也是个很高的成本。

而改装后的测试车，是不能随便上路的，必须要得到有关管理部门的检验和批准，否则是属于违法行为。

5）测试时的天气限制：

由于是在野外测试，测试时的天气也极大的限制了测试时的准确性和进度。需要挑选晴朗的天气。

所以，拖车测试是不能做到想测试时就测试，测试时的限制条件太多，测量的结果的准确性也就差了。

实用新型内容

本实用新型需要解决的技术问题是提供一种测试小型风力发电机的工厂用风洞，该种风洞用于测试时，可以做到想测试时就测试，而且安全，经济，准确，不受野外和天气条件的限制。

本实用新型可以采取如下技术方案:

一种测试小型风力发电机的工厂用风洞，其特征是：包括固定放置于室内的风洞体，所述风洞体为筒状，其一端为入风口，另一端为出风口；所述入风口大于出风口，所述入风口处设有风机支架，风机支架上设有风机组，风机组由多个风机组成。

本实用新型解决问题还可以进一步采取以下改进措施：

所述出风口为圆形，所述风洞体的长度L与出风口的直径D比值大于或等于5。

所述风洞体的长度L与出风口的内切圆的直径D比值大于或等于5。

所述风洞体为多边体、圆锥体或圆柱体。

所述风洞体由水泥、金属材料或木板制成。

所述风机支架与风洞体相互独立，风机支架位于风洞体外、靠近入风口处。

所述风机支架上均匀设有放置风机的风机座。

所述风洞体在入风口处径向向外扩展。

还包括支承着风洞体的风洞体支架。

上述技术方案具有这样的技术效果:

1、本实用新型风洞可以节约成本，具有以下经济效益。

原有的拖车测试方法成本高，如果是2吨的小货车，改装一次的成本是人民币4000元，给有关的管理部门检验费用是人民币2000一次；恢复测试车原貌一次的成本是人民币5000，给有关的管理部门重新检验费用是人民币2000一次；那么拖车测试一次的改装成本就是：

人民币4000+2000+5000+2000=13000……计算5）

如果需要进行5次这样的拖车测试的话，就需要的改装成本就是：

人民币13000*5=65000……计算6）

而本实用新型的风洞（如果出风口产生10米/秒的风速）只需要：

风机组（21个2KW的工业电风扇，每个价格是人民币1500，21*1500=31500）；风机支架（人民币2000）；风洞体（人民币2000）；风洞体支架（人民币3000）；安装维修架（人民币1000）；

共计：人民币39500……计算7）

从计算6）和计算7）中可以比较出，在进行了5次的风速-功率测试后，本实用新型就可以节省资金

人民币65000–39500=25500……计算8）

节省的资金率为：

人民币25500/65000=39.23%……计算9）

2、本实用新型风洞节约了时间成本：

时间就是金钱，效率就是生命。

原有的拖车测试方法浪费时间，效率低。因为从本技术交底书的1.2.2.2)就可以比较出，拖车测试法受野外和天气条件的极大的限制，时间长，效率低。为了等一个适合的天气和找到一个适合的路段，并要找到一个合适的时间是需要等待很长的时间，我们在有本实用新型前，为了拖车测试而去找合适的路段，竟然花了整整四天，跑了1000多公里（合计）还没找到。

就算找到了合适的路段，也要等一个合适的天气和时间，白天路上的人多，根本无法进行测试。晚上测试又不安全，因为这样的路段，晚上一般没有照明。

而本实用新型是固定地安装在工厂里，不需要机动性；只要不停电，就可以想测试时就测试；本实用新型是利用多台风机（电风扇）的运行/停止，产生不同的风速的风力，所以风力稳定，测量的结果就更准确。

利用本实用新型后，就可以满足产品的测试要求和测试频率，大大地缩短了新产品的开发/定型的时间。

以前需要花上7天或更长的时间才能做一次拖车测试，利用本实用新型后，只需要30分钟就可以做一次风速-功率测试。本实用新型的时间的相对利用率是：

7天*24小时每天/0.5小时=33600%......计算10）

3、本实用新型风洞与现有技术相比避免了安全问题。

在这个以人为本的社会，人的安全是第一位，这是无法用经济效益来衡量的。

与现有技术就可以比较出，拖车测试法受野外和天气条件的极大的限制，当测试的风速达到10米/秒以上时，拖车和拖车上的人员，设备的安全都要受到极大的威胁。不怕一万，就怕万一。一旦出事，就是大家都不愿意看到的。

而本实用新型是固定地安装在工厂里，不需要机动性，测试时，人员和设备是非常的安全，从这点看，本实用新型的安全系数，相对于拖车测试，是非常高的。

附图说明

图1是本实用新型风洞的主视图。

图2是本实用新型风洞的侧视图。

图3是本实用新型风洞在出风口端的示意图。

图4是本实用新型风洞在入风口端的示意图。

图5是本实用新型风洞的分解示意图。

图6是风机的示意图。

图7是本实用新型风洞在使用过程中的参考示意图。

图8是风机组的接线示意图。

图9是一款风力发电机的功率-风速曲线表。

图10是测试得出的功率-风速曲线表。

图11是测试得出的风速-电流/电压曲线表。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进行具体描述。

实施例：如图1至图8所示，一种测试小型风力发电机的工厂用风洞，包括固定放置于室内的风洞体1，所述风洞体1为筒状，其一端为入风2，另一端为出风口3；所述风洞体1在入风口处径向向外扩展。

所述入风2大于出风口3，所述入风3处设有风机支架4，风机支架4上设有风机组，风机组由多个风机5组成。所述风机支架4与风洞体相互独立，风机支架4位于风洞体1外、靠近入风口2处。独立的风机支架4易于制作，易于搬运，易于放置，易装配风机。所述风机支架4上均匀设有放置风机5的风机座。

风机组：由多个相同功率或不同功率的电风扇（风机）组成,可以在市场上购买现成的工业用电风扇，输入电压是380V,50/60Hz,功率在2kw以上的都可以。在本例中，风机组由21台风机（电风扇）构成。

风机支架4：在市场上买现成的方管或圆管，焊接后构成，用墙壁螺丝固定在地板上；外表面做防腐处理（电镀或喷漆，喷粉，涂漆等方法）。用于放置，牢固地支撑风机组。

所述风洞体1为正八面体，所述风洞体的长度L与出风口的内切圆的直径D比值大于或等于5。

所述风洞体由钢板制成。风洞体其侧壁所有的间隙要填满，不能漏风。所述风洞体内表面光滑，以降低风的损耗。外表面做防腐处理（电镀或喷漆，喷粉，涂漆等方法）以保证长期的使用。用于形成稳定的风力，风速和风向一致的风力。

还包括支承着风洞体的风洞体支架6。风洞体支架6，可以在市场上买现成的方管或圆管，焊接后制成，再用墙壁螺丝固定在地板上；外表面做防腐处理（电镀或喷漆，喷粉，涂漆等方法）。用于牢固地支撑风洞体。

还可以设置有安装维修梯7。安装维修梯7可以在市场上买现成的方管或圆管，焊接后制成，用墙壁螺丝固定在地板上；外表面做防腐处理（电镀或喷漆，喷粉，涂漆等方法）。用于安装和维修，保证风洞体和风机组的安全。

本实用新型的电气原理和接线图如图8所示，

FR热继电器（图8中，不同的热继电器对应不同表示符号：FR1、FR2、FR3、FR4、FR5……）用于保护电风扇（电机）不在过热的状态下运行；当电机过热时，该零件动作，停止电机；当电机的温度回到正常的温度时，该零件动作，电机接通，正常运行。

QF低压断路器（图8中，不同的低压断路器对应不同表示符号：QF1、QF2、QF3、QF4、QF5……）用于保护电风扇（电机）不在低压的状态下运行；当电压过低时，该零件动作，停止电机；当电压回到正常时，该零件动作，电机接通，正常运行。

TA交流互感器用于测量电机的消耗电流和功率。

SB启动停止开关（图8中，不同的低压断路器对应不同表示符号：SB1、SB2、SB3、SB4、SB5……）。

SK启动停止开关（图8中，不同的低压断路器对应不同表示符号：SK1、SK2、SK3、SK4、SK5……）。

KM交流接触器（图8中，不同的低压断路器对应不同表示符号：KM1、KM2、KM3、KM4、KM5……）。

HL指示灯（图8中，不同的低压断路器对应不同表示符号：HL1、HL2、HL3、HL4、HL5……）。

M电风扇（电机）（图8中，不同的低压断路器对应不同表示符号：M1、M2、M3、M4、M5……）。

按下SB,KM触点动作，接通对应的M,使M 常运转，产生测试的风，同时HL亮。

再次按下SK,KM触点动作，断开对应的M,使M停止运转，不产生测试的风，同时HL熄。

风力发电机的原理为：

当风从风轮的正面过来时，会在叶片上产生图示方向的推力Q，从而产生旋转力矩T；在该旋转力矩T的作用下，叶片（风轮）逆时针或顺时针转动，从而产生了机械能；这个机械能经过发电机的电磁转换，产生了电能输出。这样，风能转换成了电能。

可以看出，叶片吸收了风能后，通过发电系统，产生了电能，这个电能就是功率P,这个当然就是消费者最关心的指标和性能。

P=0.5ρAV³ …………公式1）

公式1）中，P…发电系统产生的功率（单位：瓦）；ρ…空气的密度（单位：公斤/立方米）；A…风轮的扫风面积（单位：平方米）；V…风速（单位：米/秒）

从公式1）中可以看出，风力发电机产生的功率P是和风速成立方的关系。

根据测量风力发电机产生的功率P和对应的风速数值，我们可以得到功率-风速曲线表。

比如，我们一款风力发电机，利用本实用新型测量的数据，得到以下的功率-风速曲线表（图9）。

在图9的上述表中，横坐标是风速（单位：米/秒），纵坐标是风力发电机产生的功率（单位：瓦）。

根据这个表，就可以得到该被测试发电机在不同风速时产生的功率，比如，当风速是12米/秒时，能产生210瓦的功率。

这是每个买家和消费者最关心的曲线表，因为他们需要知道他们要买的风力发电机在多大的风速下能产生多到的功率（换句话就是说,能发多少电）。

小型风力发电机的定义：根据IEC61400-2(IEC关于小型风力发电机设计的安全标准)的定义，功率在20kw以下的风力发电机都是属于小型风力发电机。本实用新型（小型风力发电机测试风洞）就是针对这类小型风力发电机的。

如图7所示，是风洞使用过程中测试风力发电机时原理图，

图中包括以下部分：

1）电气控制柜8：控制一个或多个电风扇（电机），从进风口处产生一定速度的风。2）风洞：由于风洞有一定的长度，进风口出进来的风到达出风口时变得均匀，稳定。3）风速仪9：用于测试出风口处的风速,以判断风洞的出风口处的风力是否达到了规定的要求；4）风速显示报警仪10：显示出风口处的风速，当实际风速超过设置的数值时，提供报警信号，保证整个风洞测试系统处于安全状态；5）风力发电系统11：小型的，是被检测，分析的对象，就是消费者要购买的对象；6）控制器12：用于显示实际负载下的风力发电系统的发电情况，如，产生的功率，电流，电压等；7）蓄电池13：为实际的负载，保护风力发电系统。

利用本实用新型的风洞按图7方法进行测试，入风口离最近的障碍物的距离不能小于2D；出风口离最近的障碍物的距离不能小于3D;风洞需要安装在一个密封的房间里以减低周围的自然风对测试的影响。得到以下的各风速下的真实的数据：

由此，得到风速-功率曲线表为图10。

得到的风速-电流/电压曲线表图11。

由此可见，利用本实用新型的风洞，结合风洞电气控制盒柜，风速仪，控制器，蓄电池等仪器，物品就可以很方便地安全，准确地测试出风速-功率曲线。

实施例2：该例的特点为：所述风洞体也可以由水泥或木板制成。

实施例3：该例的特点为：所述出风口为圆形，所述风洞体的长度L与出风口的直径D比值大于或等于5。这样的结构有利风洞产生的风稳定，均匀。

另外，所述风洞体可以根据需要而设计为多边体、圆锥体或圆柱体。

综上所述，本实用新型是固定地安装在工厂里，不需要机动性，所以不受野外和天气条件的限制。本实用新型是牢固地安装在工厂里，不需要机动性，所以安全。本实用新型是利用多台风机（电风扇）的运行/停止，产生不同的风速的风力，来达到测试不同风速下的风力发电机的功率的目的，所以经济，只要不停电，就可以想测试时就测试；本实用新型是利用多台风机（电风扇）的运行/停止，产生不同的风速的风力，所以风力稳定，测量的结果就更准确。本实用新型是利用多台风机（电风扇）的运行/停止，产生不同的风速的风力,所以不需要重复改装和重装测试车，降低了测试的成本。由于利用本实用新型后，可以做到想测试时就测试，就可以满足产品的测试要求和测试频率，大大地缩短了新产品的开发/定型的时间。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种测试小型风力发电机的工厂用风洞，其特征是：包括固定放置于室内的风洞体，所述风洞体为筒状，其一端为入风口，另一端为出风口；所述入风口大于出风口，所述入风口处设有风机支架，风机支架上设有风机组，风机组由多个风机组成。

2.根据权利要求1所述的测试小型风力发电机的工厂用风洞，其特征是：所述出风口为圆形，所述风洞体的长度L与出风口的直径D比值大于或等于5。

3.根据权利要求1所述的测试小型风力发电机的工厂用风洞，其特征是：所述风洞体的长度L与出风口的内切圆的直径D比值大于或等于5。

4.根据权利要求1所述的测试小型风力发电机的工厂用风洞，其特征是：所述风洞体为多边体、圆锥体或圆柱体。

5.根据权利要求1所述的测试小型风力发电机的工厂用风洞，其特征是：所述风洞体由水泥、金属材料或木板制成。

6.根据权利要求1所述的测试小型风力发电机的工厂用风洞，其特征是：所述风机支架与风洞体相互独立，风机支架位于风洞体外、靠近入风口处。

7.根据权利要求1所述的测试小型风力发电机的工厂用风洞，其特征是：所述风机支架上均匀设有放置风机的风机座。

8.根据权利要求1所述的测试小型风力发电机的工厂用风洞，其特征是：所述风洞体在入风口处径向向外扩展。

9.根据权利要求1所述的测试小型风力发电机的工厂用风洞，其特征是：还包括支承着风洞体的风洞体支架。