垂直轴多风机的通用试验平台制造技术

本发明专利技术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。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
垂直轴多风机的通用试验平台
本专利技术涉及风力发电
，尤其是涉及一种垂直轴多风机的通用试验平台。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术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。根据本专利技术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。根据本专利技术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。根据本专利技术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。根据本专利技术的一个实施例，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。根据本专利技术进一步的实施例，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。根据本专利技术的一个实施例，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。根据本专利技术的一个实施例，所述叶片为一体式叶片。根据本专利技术进一步的实施例，所述叶片采用3D打印制作而成。根本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种垂直轴多风机的通用试验平台，其特征在于，包括：/n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；/n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；/n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。/n...

【技术特征摘要】
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。


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。


3.根据权利要求2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。


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...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏浩，雷丽萍，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11