专利名称：一种简捷型垂直轴风力发电机风轮的风洞试验装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种风洞试验装置。
背景技术：
现有的风力发电机可分为水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机两大类。与水平 轴风力发电机相比，垂直轴风力发电机可以接受360度方位任何方向的来风，不需要水平 轴风力发电机所必须具备的迎风转向机构，使得其主轴受力状况得到改善、结构简单、成本 较低、维护方便。在垂直轴风力发电机的研发过程中，风轮的结构参数、安装参数以及性能参数的 设计或选取直接影响着垂直轴风力发电机的运转性能。单从理论上分析计算由于受到模型 简化、条件假设等限制使得风力发电机实际运行时不能达到预期的性能指标。风洞试验研 究正好可以弥补理论分析的不足之处，为风机整体性能参数优化提供了既有效又可行的方 法手段。然而，现有的风洞试验装置结构复杂、造价高昂，最少也需要数百万元，使得小型垂 直轴风力机研究人员在起步阶段望而却步，影响了垂直轴风力发电机的研发和改进。

实用新型内容本实用新型的目的是提供一种结构简单、制造成本低廉的简捷型垂直轴风力发 电机风轮的风洞试验装置，以弥补现有技术中的不足。本实用新型的简捷型垂直轴风力发电机风轮的风洞试验装置的技术方案是一种 简捷型垂直轴风力发电机风轮的风洞试验装置，其主要由风洞本体及设置在风洞本体出口 端的风轮试验台组成，该风轮试验台包括固定设置的基座，基座上转动装配有用于立轴式 风轮的安装平台，在该安装平台上装配有用于与立轴式风轮同轴联动的皮带轮，皮带轮上 绕装有皮带，皮带的两端分别连接在两个与基座固连的测力计上。所述的风洞本体为两端开口的中空筒状结构，其主要由依次连接的风洞扩散段、 风洞整流段及风洞收缩段组成。所述的风洞扩散段由圆形的通道入口以1:2.5的扩散率扩大为正方形的通道出 口，所述的风洞整流段与风洞扩散段的通道出口结构相同为正方形通道结构，所述的风洞 收缩段由与风洞整流段结构相同的正方形的通道入口以2. 8:1的收缩率缩小为层流的正 方形的通道出口。所述的风洞整流段中设置有方格整流格栅。在所述风洞本体的出口端还设置有风速仪和用于测量风轮转速的转速仪。所述的两测力计的一端分别与所述皮带的连接，其另一端分别通过调整螺栓与基 座连接。所述的风洞本体还包括设置于入口端的风机，该风机为混流式通风机，该混流式 通风机上连接有由变频器控制的驱动电机。本实用新型在使用时，立轴式风轮在风洞驱动下转动，带动与其同轴联动的皮带轮转动，皮带轮通过皮带在其两端连接的测力计上产生一个压力差，这一压力差值即可反 映出试验风轮的负载特性，其结构简单、检测方便、制造成本低，弥补了现有技术中风洞试 验装置体积大、成本高的缺陷。

图1为本实用新型风洞试验装置具体实施例的结构简图；图2为图1中风轮的安装试验台架的结构示意简图；图3为图2的侧视图。
具体实施方式
如图1、图2、图3所示，本实用新型的简捷型垂直轴风力发电机风轮的风洞试验装 置主要由风洞本体及设置在风洞本体出口端的风轮试验台组成，风洞本体由依次连接的风 洞扩散段4、风洞整流段5-1及风洞收缩段6组成开口直流型风洞，其中，风洞扩散段4由圆 形的通道入口以1:2. 5的扩散率扩大为正方形的通道出口，风洞整流段5-1与风洞扩散段4 的通道出口结构相同为正方形通道结构，风洞收缩段6由与风洞整流段5-1结构相同的正 方形的通道入口以1 2. 8的收缩率缩小为层流的正方形的通道出口，在风洞整流段5-1中 设置有方格形的整流格栅5-2。在风洞扩散段4的入口处设置有风机，为保证风机在全压附 近工作，本实施例中选用混流式通风机3以防止风洞内壁风阻过大导致轴流式风机压力不 足。该混流式通风机3上连接有由变频器1控制的驱动电机2，变频器1用来调节通风机电 机2的频率以满足试验段风速在0. 5 30m/s范围的实际需求。风轮试验台包括固定设置 的基座7，基座7上转动装配有用于立轴式试验风轮的安装平台，立轴式试验风轮安装平台 上转动装配有用于与立轴式试验风轮同轴联动的皮带轮，皮带轮上绕装有皮带11，皮带11 的两端分别连接有两个相同的测力计12，两测力计12的一端分别与皮带11的连接，其另 一端分别通过调整螺栓13与基座7连接。通过皮带11连接把皮带轮和两个相同的测力计 12相连接可用于测量预加载荷的大小，以用于检测风轮的启动转矩特性，调整螺栓13可以 实现调整预加载荷的大小。在风洞收缩段6的出口端还设置有风速仪9和用于测量试验风 轮转速的转速仪10。风速仪9用来检测和标定试验段的风速值，转速仪10用来测试空载风 轮和负载风轮的实际转速，试验台架安装的测力计12用来加载和测试运转力矩的大小。使用时，将试验风轮安装在风轮试验台的安装工位上，和动力电源相连接的变频 器1为三相交流电动机2提供不同频率的交流电源，三相交流电动机2带动混流式通风机 3产生风源。风源经过风洞扩散段4将不稳定风速进行1 :2. 5面积扩大，在风洞整流段5-1 内部安装有整流格栅5-2，经过整流格栅5-2对风源进行消涡整流处理缩小截面风速的偏 差，最后风源通过1 -.2. 8面积收缩率的风洞收缩段6，便可在风洞出口处得到负荷垂直轴风 力发动机风轮模拟试验的风源。风轮试验台7安放在风洞本体的出口位置，位于试验台上 的试验风轮8在风源的驱动下沿垂直地表面旋转，和风轮同轴联动的皮带轮同时一起旋转 使得皮带11两端的测力计12产生压力差，这一压力差值即可反映出试验风轮的负载特性。 不同的预紧加载是通过调节调整螺栓13来实现的。风速仪9可测得风洞出口处的风速值 大小，试验之前可以通过变频器1的频率调节量和风速仪9的实测大小来进行标定。转速 仪10用来测试试验风轮8在不同载荷情况下的转速，根据压力差值的试验数据和风轮转速便可求得试验风轮的功率转速特性和功率风速特性。 本实用新型所提出的简捷型风洞试验装置，风洞收缩段出口处产生的风速的大小 可通过变频器改变频率控制电动机的转速使得通风机的风量改变来实现。试验段风速的层 流性能可通过对通风机所产生的风量进行扩散、格栅整流和收缩等步骤来保证。风洞出口 处产生的风速使得风轮试验台可以模拟不同直径和高径比、不同安装角、不同加载负荷工 况下的结构参数优化的垂直轴风轮的动力学特性。
权利要求一种简捷型垂直轴风力发电机风轮的风洞试验装置，其特征在于，其主要由风洞本体及设置在风洞本体出口端的风轮试验台组成，该风轮试验台包括固定设置的基座，基座上转动装配有用于立轴式风轮的安装平台，在该安装平台上装配有用于与立轴式风轮同轴联动的皮带轮，皮带轮上绕装有皮带，皮带的两端分别连接在两个与基座固连的测力计上。
2.根据权利要求1所述的简捷型垂直轴风力发电机风轮的风洞试验装置，其特征在 于，所述的风洞本体为两端开口的中空筒状结构，其主要由依次连接的风洞扩散段、风洞整 流段及风洞收缩段组成。
3.根据权利要求2所述的简捷型垂直轴风力发电机风轮的风洞试验装置，其特征在 于，所述的风洞扩散段由圆形的通道入口以1 2. 5的扩散率扩大为正方形的通道出口，所 述的风洞整流段与风洞扩散段的通道出口结构相同为正方形通道结构，所述的风洞收缩段 由与风洞整流段结构相同的正方形的通道入口以2. 8:1的收缩率缩小为层流的正方形的 通道出口。
4.根据权利要求3所述的简捷型垂直轴风力发电机风轮的风洞试验装置，其特征在 于，所述的风洞整流段中设置有方格整流格栅。
5.根据权利要求1所述的简捷型垂直轴风力发电机风轮的风洞试验装置，其特征在 于，在所述风洞本体的出口端还设置有风速仪和用于测量风轮转速的转速仪。
6.根据权利要求1所述的简捷型垂直轴风力发电机风轮的风洞试验装置，其特征在 于，所述的两测力计的一端分别与所述皮带的连接，其另一端分别通过调整螺栓与基座连 接。
7.根据权利要求1所述的简捷型垂直轴风力发电机风轮的风洞试验装置，其特征在 于，所述的风洞本体还包括设置于入口端的风机，该风机为混流式通风机，该混流式通风机 上连接有由变频器控制的驱动电机。
专利摘要本实用新型公开了一种简捷型垂直轴风力发电机风轮的风洞试验装置，其主要由风洞本体及设置在风洞本体出口端的风轮试验台组成，该风轮试验台包括固定设置的基座，基座上转动装配有用于立轴式风轮的安装平台，在该安装平台上装配有用于与立轴式风轮同轴联动的皮带轮，皮带轮上绕装有皮带，皮带的两端分别连接在两个与基座固连的测力计上。本实用新型所提出的简捷型风洞的结构简单、制造方便、成本低廉，可以模拟实际风场的工况，其与航空航天用风洞装置相比其购建成本大约降低数十倍，同时，还可以为垂直轴风力发电机的风轮设计提供优化的试验性能参数，也可为匹配的发电机提供相对应的设计参数。
文档编号G01M9/04GK201724806SQ201020253480
公开日2011年1月26日 申请日期2010年7月9日 优先权日2010年7月9日
发明者侯书奇, 宋磊, 杨宗霄, 邓瑞涛 申请人:河南科技大学