[发明专利]垂直轴多风机的通用试验平台

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，尤其是涉及一种垂直轴多风机的通用试验平台。

背景技术

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。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明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。

根据本发明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；