[发明专利]一种风机结冰模拟系统及其模拟方法

说明书

技术领域

本发明属于风力发电技术领域，具体是涉及一种风机结冰模拟系统及其模拟方法。

背景技术

风力发电机组一般安装于风资源丰富的高山及边疆等湿寒地区，叶片结冰问题成为影响其安全运行的严重隐患之一。当风机处于环境温度较低的气候条件下，风机会形成冰凌，并逐渐积聚，最终导致叶片附冰，改变叶片气动外形，进而影响风力机组安全可靠性。桨叶大量覆冰时，风力机组效率降低，机组输出功率减少，有可能导致风力机组非计划停机，影响电网系统的安全稳定运行，因此风电机组除冻防冻技术已成为我国大力发展风力发电需要重点攻克的技术难关。现有除冰防冻技术还处在实验室阶段，将该技术直接应用在野外风机上，得到实验数据是比较困难的，况且由于季节更替，大部分风机在一定的时间段没有结冰，不能满足除冰实验条件，无法开展相关试验研究，因此建立风机模拟结冰系统是一个亟待解决的问题。

公开号为CN104368471A的发明专利批露了一种冰风洞或结冰气候室喷雾水压控制装置及方法，该专利采用水泵供水，通过喷雾管路直接将水喷出，虽然能调节水量，但水压不能调节，而且该发明在水喷出前没有气水充分混合，喷出来的水雾冲力较大，比较难实现水气混合物的生成，不能完全模拟室外的各种雨雪天气。公开号为CN204620012U的实用新型专利批露了一种带冰风洞的气候人工模拟室，采用雾化喷淋装置，通过制冷装置和低速风洞装置，模拟低风速条件下的雨雪天气，该专利只是一种通用的气候人工模拟室，并不适合用来对风机结冰的模拟。该发明也未涉及风机结冰的情况，在常规条件下，无法将野外风机移入室内做试验研究。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明是提供一种结构简单，能用较低的成本模拟雨雪天气下风机结冰情况的风机结冰模拟系统及其模拟方法。

本发明采用的技术方案是：一种风机结冰模拟系统，包括制冻房、风机、模拟水滴系统和吹风机，风机、模拟水滴系统和吹风机位于制冻房内，吹风机朝向风机设置；

所述的模拟水滴系统包括水管、气管及水滴发生器，水管与气管分别与水滴发生器的进水口和进气口连接；水管上设有水流量调节器和水压力调节器；气管上设有空气流量调节器和空气压力调节器；模拟水滴系统的水滴发生器位于吹风机和风机之间。

上述的风机结冰模拟系统中，所述的水管上还设有水过滤器，气管上还设有空气过滤器；水滴发生器的喷嘴处安装有网孔螺帽。

上述的风机结冰模拟系统中，所述的风机包括基座、制动皮带、风机主轴及三片叶片；所述的风机主轴通过滚动轴承安装在基座上；所述的制动皮带半包附在风机主轴上，其两端固定在地面上；所述的风机主轴的悬臂端设有轮毂，三片叶片安装在轮毂上。

一种利用上述的风机结冰模拟系统的风机结冰模拟方法，步骤如下：

1）开启空气流量调节器，调节空气压力调节器，开启水流量调节器，调节水压力调节器，水气混合经水滴发生器形成模拟水滴；

2）开启吹风机，将模拟水滴吹向风机，调节吹风机风量模拟野外实际风场；

3）调节风机的转速以模拟风机在发电状况下的实际叶片转速；

4）调节制冻房内温度，模拟冰冻天气，吹风机吹向风机的模拟水滴沾附在风机上冷冻成冰；

5）调整叶片和轮毂的装配角度，获得不同变桨条件下的风机冰冻状况；

6）依步骤1）—5），对多种工况下风机上形成不同的凝冰情况进行模拟，对比分析各工况下形成的凝冰的异同。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明采用制冻房、风机、模拟水滴系统和吹风机等联合控制来模拟风机结冰，全天候为风机破冰防冰科学试验和教学提供试验试件。本发明相比现有技术具有如下有益效果：

1）本发明的风机结冰模拟系统结构简单，安装和维护方便，投资少；

2）本发明的风机结冰模拟系统能模拟不同大小的雨滴，实现雨凇、雾凇、混合凇和冰雪多重天气；

3）本发明的风机结冰模拟系统采用吹风机供风，能模拟均匀、稳定、风向一致的风阻，满足科研工作对风场的要求；

4）本发明的风机结冰模拟系统的风机的叶片可变桨，满足风机在各种不同变桨工况下的科学试验；

5）本发明的风机结冰模拟系统通过调节制动皮带和风机主轴之间的摩擦力矩，可以模拟风机在不同风场下发电所受的阻力，模拟此工况的风机转速；

6）本发明的风机结冰模拟系统可模拟不同工况下在风机表面形成的结冰，满足研究风场对风机表面附冰影响研究，且能够为有效除冰防冰提供科学试件，也能为教学实践提供试验条件。

附图说明