一种风力发电高塔模型试验风场测量装置及测量方法制造方法及图纸

一种风力发电高塔模型试验风场测量装置及测量方法，其中，测量装置包括固定底盘、可升降支撑立柱、限位轴承、转动轴杆、风速仪主支架、横向测风支架、第一限位螺栓和第二限位螺栓；测量方法基于点集的F

【技术实现步骤摘要】
一种风力发电高塔模型试验风场测量装置及测量方法


[0001]本专利技术涉及风力发电高塔模型试验


技术介绍

[0002]随着全球能源危机与环境污染问题日益加重，人们越来越重视清洁能源的开发与利用。风能作为一种可再生的清洁能源，在现代能源结构中占据的比重不断增加。风力发电高塔作为风能开发利用的核心结构，其结构安全性与可靠性备受关注。目前，风力发电高塔的结构动力特性研究主要包括理论建模和物理模型试验，其中物理模型试验因为直观、更能反映真实的风机结构受力特性而得到高度重视。
[0003]在风力发电高塔的模型试验中，为保证模型气动特性的合理性和试验结果的正确性，必须对来流风场进行测量和标定。在现有的风力发电高塔模型试验技术中，关于模型风场的测量均是采用矩形网格点的布点方式，即根据试验室造风机生成的风场范围划分一系列的矩形网格点，测量矩形网格点上的风速时程。然而，这种测量方式往往需要布置40～70个风速测点才能获得较为精细的风机叶轮平面风场。另一方面，在现有的试验条件下，往往很难找到足够数量的风速仪进行多测点的同步测量。因此，传统的矩形布点测量方式通常需要对多测点进行多批次的分批测量，这种方式需要大量的时间来完成风场的测量与标定，由此带来的试验成本十分高昂。而且，分批测量的批次越多，测量的同步性越差，测量结果的精度越低。
[0004]为了提高风力发电高塔模型试验风场测量的效率，从而极大减少试验成本，并降低由于测量批次过多而引入的误差，必须发展一种高效、精细的风力发电高塔模型试验风场测量装置与测量方法。<br/>
技术实现思路

[0005]专利技术目的：针对现有风力发电高塔模型试验风场测量技术存在的问题，本专利技术提供了一种风力发电高塔模型试验风场测量装置，并提供了一种风力发电高塔模型试验风场测量方法。
[0006]技术方案一提出了装置结构技术方案：
[0007]一种风力发电高塔模型试验风场测量装置，其特征在于，包括固定底盘1、可升降支撑立柱2、限位轴承9、转动轴杆3、风速仪主支架6、横向测风支架4、第一限位螺栓7和第二限位螺栓8，其中：
[0008]所述的固定底盘1包括固定底板和方形套管1
‑
5，其中，固定底板设有4个螺栓孔槽，分别为1
‑
1、1
‑
2、1
‑
3、1
‑
4，方形套管1
‑
5固定在固定底板中央，所述方形套管1
‑
5插入所述的可升降支撑立柱2；
[0009]所述可升降支撑立柱2通过所述第一限位螺栓7调节高度，在可升降支撑立柱2靠近顶端处设有所述限位轴承9；
[0010]所述限位轴承9内设有所述的转动轴杆3，通过所述第二限位螺栓8固定；
[0011]所述转动轴杆3前端设有风速仪安装孔槽3
‑
1，尾部设有转动把手3
‑
2，中部设有插销孔3
‑
3，转动轴杆3通过插销与所述的风速仪主支架6连接固定；
[0012]所述风速仪主支架6为多段式插接构造，包括多段支架、第一夹紧螺栓6
‑
1、第二夹紧螺栓6
‑
2、两个风速仪安装扣件6
‑
3、横向连接翼耳6
‑
5和横向连接翼耳6
‑
6。其中：多段支架通过第一夹紧螺栓6
‑
1和第二夹紧螺栓6
‑
2固定进而调节风速仪主支架6的总臂长度；风速仪主支架6的顶端和底端均设有风速仪安装扣件6
‑
3，中部设有横向连接翼耳6
‑
5和横向连接翼耳6
‑
6，风速仪主支架6通过横向连接翼耳6
‑
5和6
‑
6与左右两侧的横向测风支架4栓接；
[0013]所述横向测风支架4包括外套管4
‑
3、内套管4
‑
4、夹紧螺栓4
‑
1、若干个风速仪安装扣件4
‑
2和若干风速仪夹紧螺栓4
‑
21。其中：所述外套管4
‑
3、内套管4
‑
4均为U型方管，上壁设有长条形槽且位置相对应，内套管4
‑
4嵌套在所述外套管4
‑
3内形成可活动的插接结构，通过所述的夹紧螺栓4
‑
1固定进而形成横向测风支架4的工作长度；所述外套管4
‑
3、内套管4
‑
4前壁也设有长条形槽且位置相对应，若干个风速仪安装扣件4
‑
2分布于U形外套管4
‑
3和内套管4
‑
4内，用于提供风速仪安装点位，同时通过前壁长条形槽采用风速仪夹紧螺栓4
‑
21调节和固定。
[0014]本专利技术上述风力发电高塔模型试验风场测量装置可以实现多测点同步测量，从而有效提高风场测量的效率。此外，本专利技术的风力发电高塔模型试验风场测量装置不仅可以实现圆盘平面风场测量，也适用于传统矩形网格测点布置的风场测量方案。最后，本专利技术的风力发电高塔模型试验风场测量装置采用模块拼装的方式搭建，拆装方便，保存时占用场地少。
[0015]技术方案二提出了测量方法技术方案：
[0016]基于上述风场测量装置的一种风力发电高塔模型试验风场测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0017]步骤1，根据试验模型确定风力发电机叶轮的扫略范围，初步设定风场测点的数量n与测点布置层数m；
[0018]步骤2，在步骤1的基础上，在风力发电机叶片扫略范围的中心建立极坐标系(r,θ)，计算所有测点集合的F
‑
偏差，并取F
‑
偏差最小作为测点最优布置方式，F
‑
偏差计算公式如下：
[0019][0020]其中，P
n
为n个风场测点的代表性集合，为r0为圆盘的半径，r
i
为第i个测点的半径，θ
i,k
为编号小于等于i的第k个测点的角坐标，n为测点数量，π为圆周率。
[0021]步骤3，根据步骤1和步骤2，在模型风机(图中未画出)安放位置固定本专利技术提出的风力发电高塔模型试验风场测量装置，并旋转转动轴杆3使横向测风支架4到达指定角度后锁定限位轴承9；
[0022]步骤4，将风速仪(图中未画出)插入风速仪主支架6的风速仪安装扣件6
‑
3和横向测风支架4上的风速仪安装扣件4
‑
2中，并将装好风速仪的风速仪安装扣件移动至指定位置后锁定，连接和调试风速仪数据采集系统；
[0023]步骤5，启动试验室造风设施，测量并记录来流风速数据；
[0024]步骤6，关闭试验室造风设施，待试验段恢复平静，解除限位轴承9，旋转转动轴杆3到达下一批测点的指定角度并锁定限位轴承9；
[0025]步骤7，将风速仪安本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种风力发电高塔模型试验风场测量装置，其特征在于，包括固定底盘(1)、可升降支撑立柱(2)、限位轴承(9)、转动轴杆(3)、风速仪主支架(6)、横向测风支架(4)、第一限位螺栓(7)和第二限位螺栓(8)，其中：所述的固定底盘(1)包括固定底板和方形套管(1
‑
5)，其中，固定底板设有4个螺栓孔槽，分别为(1
‑
1)、(1
‑
2)、(1
‑
3)、(1
‑
4)，方形套管(1
‑
5)固定在固定底板中央，所述方形套管(1
‑
5)插入所述的可升降支撑立柱(2)；所述可升降支撑立柱(2)通过所述第一限位螺栓(7)调节高度，在可升降支撑立柱(2)靠近顶端处设有所述限位轴承(9)；所述限位轴承(9)内设有所述的转动轴杆(3)，通过所述第二限位螺栓(8)固定；所述转动轴杆(3)前端设有风速仪安装孔槽(3
‑
1)，尾部设有转动把手(3
‑
2)，中部设有插销孔(3
‑
3)，转动轴杆(3)通过插销与所述的风速仪主支架(6)连接固定；所述风速仪主支架(6)为多段式插接构造，包括多段支架、第一夹紧螺栓(6
‑
1)、第二夹紧螺栓(6
‑
2)、两个风速仪安装扣件(6
‑
3)、横向连接翼耳(6
‑
5)和横向连接翼耳(6
‑
6)；其中：多段支架通过第一夹紧螺栓(6
‑
1)和第二夹紧螺栓(6
‑
2)固定进而调节风速仪主支架(6)的总臂长度；风速仪主支架(6)的顶端和底端均设有风速仪安装扣件(6
‑
3)，中部设有横向连接翼耳(6
‑
5)和横向连接翼耳(6
‑
6)，风速仪主支架(6)通过横向连接翼耳(6
‑
5)和(6
‑
6)与左右两侧的横向测风支架(4)栓接；所述横向测风支架(4)包括外套管(4
‑
3)、内套管(4
‑
4)、夹紧螺栓(4
‑
1)、若干个风速仪安装扣件(4
‑
2)和若干风速仪夹紧螺栓(4
‑
21)；其中：所述外套管(4
‑
3)、内套管(4
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：陈建兵，刘增辉，宋玉鹏，彭勇波，李杰，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：