一种实现风力机实时同步噪声监测试验装置制造方法及图纸

本发明专利技术的目的是为更加真实的记录变化的自然风对风力机产生噪声的影响。风力发电机实时同步噪声监测装置，能够在动态入流下实时采集旋转风轮某部位的噪声，实现风速、风向变化下旋转风轮某部位噪声的实时采集，达到捕获动态声源的试验目的。三线式热线风速仪与噪声采集设备的组合构成测试总成，并通过带刻度的旋转伸缩机构固定测试总成于尾舵杆上，带刻度的旋转伸缩机构与测试总成上的螺纹滑块固定装置配合一起完成噪声测试位置的选取；置于测试总成上的三线式热线风速仪和噪声测试仪可随同测试风力机机头按一定函数映射下的角速度一同旋转，并配合可变入流风可实现动态入流(仅指风速大小变化)、动/静态偏航下旋转叶片声场实时抓取的功能。

【技术实现步骤摘要】
一种实现风力机实时同步噪声监测试验装置
本专利技术涉及风力发电机动态同步监测
，尤其涉及一种风力机动态实时同步噪声采集试验装置。
技术介绍
随着世界化石能源耗竭的加剧，风能无疑将成为人类未来能源开发的主体之一。风力机在复杂自然环境中的多用途性(如工矿企业通风节能回收、农业提水灌溉耕作、城市及乡村日常生活分布式供能、道路交通照明等)备受世界各国关注。然而，在目前受静态试验条件的限制，动态下研究风力机流场参数、声场参数、结构动力学参数、发电机输出参数间的强烈相互作用依然存在困难，制约着风力机在实际使用过程中使用寿命和输出功率的提升。故风力机研发领域急待一套能实时动态同步测试风力机流场参数与声场及其他场参数的测试方法和系统的诞生，以作为风力机开发多用途化适应性机型中的基础研究、产品研发和检测、后期运行中健康监测等多个方面的技术支撑。仅利用计算机设定轴流式引风机的控制频率与时间的映射函数，并结合风洞的长度(或轴流式引风机到风力机旋转风轮的距离)来计算到达试验段测试风力机旋转平面实时风速的方法。由于变频控制下变转速的轴流式引风机产生的变速风要经过整流网以及扩压段充分发展，并由于入流风速的实时变化和空气的可压缩性，导致变风速入流下结合风洞长度计算得到的实时风速存在严重的误差，且仅能粗略预测试验段风速的大小；在改变入流方向上，以在风洞出风处安装变向引流罩来达到入流方向改变的方法则需要复杂而笨重的引流变向装置，且成本昂贵。而通过风力偏航的方式来达到相对入流方向改变的目的则更加方便，但通过动态旋转机头实现相对入流方向实时发生变化，由于相对风向发生动态变化的影响将导致沿垂直旋转平面的入流风大小实时发生改变，导致很难精确有效的对变动的风速测试点进行实时有效捕捉，从而不能准确获取动态偏航下旋转风轮某位置的真实入流风速大小。并且在动态偏航下，由于旋转叶片相对风向实时变化下很难精确跟踪到相对于旋转平面位置固定的风速测试点，所以不能简单地利用计算机设定轴流式引风机的风速控制频率和时间映射函数结合风洞的长度以及安装简单固定的测风装置来完成试验段风力机的入流风速及风向的实时准确记录。小型风力机与大型风力机不同，小型风力机叶片转速高，尾迹受旋转叶片扰动较大型风力机更加剧烈，所以实时风速测试装置不能像大型风力机布置于机头顶端。综上所述这些因素的存在制约了小型风力机动态实时噪声采集试验的有效进行，所以在小型风力机动态入流下准确方便地进行实时采集旋转叶轮不同部位的噪声试验还存在一定的困难。1、现有风力机噪声测试试验设备均为静态下采集噪声的，以匀速入流下特定位置，固定偏航下的噪声采集试验为主。2、动态入流下，现有的则是利用计算机根据风速随时间的变化规律并配合风洞的长度(或轴流式引风机到风力机旋转风轮的距离)计算变化的风速到达测试风力机旋转平面的实时风速。风向的改变则依靠改变风洞出风口引流罩的方向来达到变风向入流的目的。以上风力机试验测试方式都不能实时准确的开展小型风力机动态入流噪声试验，更不易达到最大程度真实模仿自然风入流下进行小型风力机旋转风轮不同部位噪声测试的目的。
技术实现思路
本专利技术的目的是为更加真实的模拟并记录实时变化的自然风对小型风力机产生噪声的影响。小型风力发电机实时同步噪声监测装置，能够在动态入流下实时采集旋转风轮某部位噪声，实现获取风速、风向变化下噪声实时采集的实验目的。风力机实时同步噪声监测装置包括风力机基本测试系统及联动多场同步测试系统。三线式热线风速仪与噪声采集设备的组合构成测试总成，并通过带刻度的旋转伸缩机构固定测试总成于尾舵杆上，带刻度的旋转伸缩机构与测试总成上的螺纹滑块固定装置配合一起完成噪声测试位置的选取工作。置于测试总成上的三线式热线风速仪、丹麦BK公司的60通道声阵列噪声测试传感器可随同测试风力机机头按一定函数映射下的角速度一同旋转，并配合变速入流风可实现动态入流(仅指风速大小发生改变)、动态/静态偏航下旋转叶片声场实时抓取功能。风力机实时同步噪声监测试验装置，由风力机基本测试系统及联动多场同步测试系统组成。其中风力机基本测试系统包括：测试10风力机叶片安装于11发电机主轴上，11发电机安装于24塔筒上端，24塔筒下端固定于地面，11发电机电能输出线路穿过塔筒连接于35可移动式集成试验台上，通过35可移动式集成试验台与内部19发电机输出参数采集仪相连。35可移动式集成试验台还集成了1变频控制计算机、2集成控制同步触发计算机、20测试总成位置记录器、3变频控制与集成控制同步触发计算机主机、4变频器集合等设备。同时35可移动式集成试验台利用内部1变频控制计算机及4变频器控制5轴流式引风机转速；旋转联动多场实时同步测试系统包括：14三线式热线风速仪、BK噪声采集设备、16面板集成箱、17同步器和18负载箱组成。其中14三线式热线风速仪与13声阵列盘分别通过26卡钳与29螺纹滑块固定装置、28带标尺丝杠、27滑块固定装置固定于联动架25滑杆上，配合可调整位置的9热线探头来选定测试位置，位置选定后则不需要再调整26卡钳、27滑块固定装置。当需要改变测试位置时仅需要调整30带刻度的旋转伸缩机构，通过伸缩、旋转25滑杆与29螺纹滑块固定装置，分别改变沿叶片展向或绕风轮中心轴旋转方向上的位置与13BK声阵列盘距风轮旋转平面的距离。14三线式热线风速仪、噪声采集设备、12内置角位移传感器的偏航电机的控制与传输线路通过17同步器连入35可移动式集成试验台，最终连接于2集成控制同步触发计算机与21数据采集及处理计算机。1、通过该装置获得的在动态风速及动态偏航下采集的风速更加精准(理论上三线式热线风速仪的探头测试点无限接近叶片旋转面前端，或轴流式引风电机到三线式热线风速仪测试点的距离远远大于三线式热线风速仪探头测试点到风力机旋转叶片平面的距离，认为由轴流式引风机所产生实时变化的风经过充分发展阶段后到达叶片旋转平面的风速与到达三线式热线风速仪探头测试点的风速一致)，同时配合灵敏的噪声采集装置完成动态噪声采集。与其他机构相比，该机构能更加准确的采集动态入流下旋转叶片瞬态流场变化对声场产生的实时响应。2、偏航下由于旋转平面相对风洞出风口的旋转从而导致叶片不同部位受风情况以及旋转叶片与空气相互作用的不同而导致不同位置处风速、噪声大小也不一样，该装置可以在偏航条件下实时跟踪测试位置，并可灵活调整测试位置。调整位置时仅需调节30带刻度的旋转伸缩机构就可联动调节风速采集装置、噪声采集装置，且二者的相对位置不会发生改变，尽可能规避了误差的产生。而在非偏航下，风力机等径向位置旋转噪声只需测试一点。3、计算机对三线式热线风速仪采集到的风速数据进行处理分析并与预设函数映射下的风速进行对比，可实时修正变频器控制函数，弥补由客观因素引起的误差，形成闭环反馈调节，提高测量精度。4、本专利技术系统中各分系统的协同工作由触发集成控制系统管控，系统集成化程度高，控制便捷，人为干扰影响因素小，测试精度高。附图说明图1为本专利技术实时同步噪声监测试验装置整体系统组成示意图；图2为本专利技术机头测试总成图；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.风力机实时同步噪声监测试验装置，其特征在于，该实时同步噪声监测装置由风力机基本测试台架系统、旋转动态联动多场同步监测系统、发电机动态参数输出监测系统和触发及变频集成控制与反馈系统组成；/n所述风力机基本测试台架系统包括风洞与安装与于风洞出风口试验段处的风力机，所述风洞包括轴流式引风机与整流导风罩，所述轴流式引风电机在计算机预设程序控制下可在所述风洞出风口试验段产生风速大小随时间变化的动态风；所述旋转动态联动多场同步监测系统包括旋转风力机机头及其联动设备，其中所述联动设备包括实时风速采集装置、噪声场采集装置、其他物理场采集装置，所述实时风速采集装置包括风速采集探头、伸缩传输线路，所述风速采集装置通过计算机可自动对试验段某点实时风速数据进行采集并分析处理；所述发电机动态参数输出监测系统包括负载箱、发电机输出参数采集仪、集成控制及同步触发计算机，负责记录风力机发电机组的输出电流、电压、电功率和电频率；所述触发及变频集成控制与反馈系统主要利用计算机程序实现各个分系统的工作时序控制以及相关控制结果的反馈收集与修正控制。/n

【技术特征摘要】
1.风力机实时同步噪声监测试验装置，其特征在于，该实时同步噪声监测装置由风力机基本测试台架系统、旋转动态联动多场同步监测系统、发电机动态参数输出监测系统和触发及变频集成控制与反馈系统组成；
所述风力机基本测试台架系统包括风洞与安装与于风洞出风口试验段处的风力机，所述风洞包括轴流式引风机与整流导风罩，所述轴流式引风电机在计算机预设程序控制下可在所述风洞出风口试验段产生风速大小随时间变化的动态风；所述旋转动态联动多场同步监测系统包括旋转风力机机头及其联动设备，其中所述联动设备包括实时风速采集装置、噪声场采集装置、其他物理场采集装置，所述实时风速采集装置包括风速采集探头、伸缩传输线路，所述风速采集装置通过计算机可自动对试验段某点实时风速数据进行采集并分析处理；所述发电机动态参数输出监测系统包括负载箱、发电机输出参数采集仪、集成控制及同步触发计算机，负责记录风力机发电机组的输出电流、电压、电功率和电频率；所述触发及变频集成控制与反馈系统主要利用计算机程序实现各个分系统的工作时序控制以及相关控制结果的反馈收集与修正控制。


2.如权利要求1所述的风力机实时同步噪声监测装置，其特征在于，该实时同步噪声监测装置能够在动态入流下实时采集旋转风轮某部位噪声，实现获取风速、风向变化下噪声实时采集的实验目的。


3.如权利要求1所述的风力机实时同步噪声监测装置，其特征在于，所述风力机基本测试台架系统包括风洞(7)、风力发电机(11)，其中所述风洞(7)为可控实时变频直流式风洞，风洞(7)为风力发电机组提供实时动态变化的来流风以驱动风力机叶片(10)旋转，风洞(7)所提供风速的大小通过控制洞体内部的轴流式电机的工作频率实现变速入流；所述风力机发电机组包括塔筒(24)、叶片(10)、发电机(11)和尾舵(31)；所述发电机(11)外壳连接偏航电机(12)主轴，所述偏航电机(12)外壳与风力机塔筒(24)相连，所述偏航电机内加装角位移传感器，并通过同步器(17)连接于集成控制及同步触发计算机(2)；
所述旋转动态联动多场同步监测系统包括三线式热线风速仪(14)、丹麦BK公司的60通道声阵列传感器(23)、带刻度的旋转伸缩机构(30)、滑块固定装置(27)、带标尺丝杠(28)，并构成机头测试总成，所述丹麦BK公司的60通道声阵列传感器(23)布置在声阵列圆盘(13)上，所述声阵列圆盘(13)安放在旋转叶片(10)下风向某位置处并与旋转平面平行，所述三线式热线风速仪(14)与声阵列圆盘(13)均安装于联动架的滑杆(25)上；所述三线式热线风速仪(14)的热线探头(9)位于风力机旋转叶片前端，所述三线式热线风速仪(14)可通过伸缩线路调节热线探头(9)的位置及方向，所述热线探头(9)的位置理论上无线接近叶片(10)旋转平面前端，或所述轴流式引风电机(5)到三线式热线风速探头(9)的距离远远大于三线式热线风速仪探头(9)到风力机叶片(10)旋转平面的距离，所述热线探头(9)测点位置在声阵列盘(13)的轴线上，将所述三线式热线风速仪(14)的热线探头(9)采集到三个方向上的速度分量与偏航角配合可得到实时入流速度量；
所述发电机动态参数输出监测系统包括集成控制及同步触发计算机(2)、数据采集及处理计算机(21)、同步器(17)、三线式热线风速仪(14)、噪声采集设备、发电机输出参数采集仪(19)和测试总成位置记录器(20)，数据采集及处理计算机(21)通过数据线连接同步器(17)，再利用同步器同...

【专利技术属性】
技术研发人员：马剑龙，柴晓慧，吕文春，
申请(专利权)人：内蒙古工业大学，
类型：发明
国别省市：内蒙古;15