[发明专利]一种垂直轴风力机实验叶轮轴摆动对风机影响测量方法

说明书

本发明公开了一种垂直轴风力机实验叶轮轴摆动对风机影响测量方法，利用目前的风洞实验技术，通过不同叶轮的高与直径之比，在不同风速下得到叶轮转速的影响，从数据分析中画出摆动对风力机影响的曲线族。本发明是对垂直风力机在设计中未考虑轴摆动而会造成风力机实际性能的偏差，从而使用本发明对实际垂直轴风力机进行参数修正，以达到最切合实际的设计结果；对多种叶轮的高宽比进行了实验，可以形成数据链，对目前所有的垂直轴风力机进行修正；又对同一高宽比例的垂直轴风力机进行多风速的实验，得到了风速对叶轮影响的数据，可以由多维数据形成曲线族，从而给垂直轴风力机设计者提供参考。

技术领域

本发明涉及风能发电技术领域，具体涉及一种垂直轴风力机实验叶轮轴摆动对风机影响测量方法。

背景技术

随着环境和能源问题日益突出，可再生能源的开发和利用得到世界各国的重视。风能在可再生能源的利用中占有很大的比例，风力发电作为对风能利用的主要形式受到越来越多的重视。现代用于并网运行的大型风力发电机组，大多为水平轴风力发电机组，并且技术已经很成熟。但风能的最早利用形式就是垂直轴风车，但是垂直轴风力发电机出现较晚。主要是由于人们普遍认为垂直轴风力发电机的风能利用率低于水平轴，因而导致垂直轴风力发电机长期得不到重视。随着升力型风轮技术的发展，使得垂直轴风力发电机的风能利用率不再低于水平轴，并且与水平轴风力发电机相比，其具有维护方便，叶片设计制造简单，造价低，不需要对风装置等优点。

风力机按照转轴与风向的位置关系划分其型式主要有两种：分为水平轴风力机和垂直轴风力机；目前垂直轴风力机有三种利用风能的形式：1)升力型，是目前应用比较广的，因为可以有更高的风能利用系数；2)阻力型，尖速比较小，但容易起动；3)升阻混合型，该种组合是结合了以上两种的弊端，取其优点，但在大的尖速比下，阻力单元会成为整个风机的阻力。因此升力型在垂直轴风力机上的应用发展更具潜力。垂直轴风力机中一般的支撑方式都是利用单端轴承座支撑，风力机顶部属于自由端，因此在风力机运转过程中会出现摆动现象，并产生风力机结构疲劳，从而影响风力机的整体性能。目前垂直轴风力机设计中还未考虑风力机摆动问题对其影响的修正，因此会对垂直轴风力机的设计出现偏差。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种垂直轴风力机实验叶轮轴摆动对风机影响测量方法。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种垂直轴风力机实验叶轮轴摆动对风机影响测量方法，利用目前的风洞实验技术，通过不同叶轮的高与直径之比，在不同风速下得到叶轮转速的影响，从数据分析中画出摆动对风力机影响的曲线族，为垂直轴风力机设计者提供参考；

包括以下步骤：

步骤一：定义叶轮的高为H，叶轮直径为D，θ＝H/D；取常规风力机机叶片，制作不同θ的叶轮，至少5个，θ分别为2.0、1.5、1.0、0.5、0.2；

步骤二：安装θ为2.0的叶轮到实验装置到风洞上，叶轮采取单端支撑方式，从4.5m/s风速开始，分速间隔1m/s测量不同风速下叶轮的转速，记录转速数据；

步骤三：风洞停车，等待叶轮完全停止后，再启动风洞，重复测量θ为2.0的叶轮在不同风速下的转速，风速和步骤二中速度相同；如此测量三次，保证数据的可靠性；取三次转速数据的平均值；

步骤四：重复步骤二到三，对不同θ叶轮进行实验，测量不同θ时对叶轮转速的影响；

步骤五：由步骤四得到的数据，整理成数据表，以便在后续的步骤中应用，定义单端支撑方式的转速为n1；

步骤六：安装θ为2.0的叶轮到实验装置到风洞上，叶轮采取上下两端支撑方式，顶部支撑采用1个轴承，从4.5m/s风速开始，风速从间隔1m/s测量不同风速下叶轮的转速，记录转速数据；

步骤七：重复步骤六和步骤三，双端支撑时，对不同θ叶轮进行实验，测量不同θ时对叶轮转速的影响；