CN109737016B - 一种风力机气动性能实验装置的机械效率测量方法 - Google Patents
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Abstract
一种风力机气动性能实验装置的机械效率测量方法，步骤为：先以单轴承座装配风力机风轮，通过风洞实验求取各个设定风速下的平均转速和标准偏差；再以双轴承座装配风力机风轮，通过风洞实验求取各个设定风速下的平均转速和标准偏差；在相同设定风速下，求取单/双轴承座下的平均转速差值，再将差值与单轴承座下的平均转速进行求和，得到修正平均转速；以完整风力机气动性能实验装置作为实验对象，通过风洞实验求取各个设定风速下的平均转速和标准偏差；在相同设定风速下，求取风力机气动性能实验装置下平均转速与修正平均转速的比值，该比值即为风力机气动性能实验装置的机械效率；最后求取修正后的风力机气动性能实验装置的机械效率。
Description
技术领域
本发明属于风力机气动性能实验技术领域，特别是涉及一种风力机气动性能实验装置的机械效率测量方法。
背景技术
风力机气动性能实验需要在风洞中进行，同时需要用到风力机气动性能实验装置，尽管各个实验室采用的风力机气动性能实验装置在结构组成上基本相同，但是每套风力机气动性能实验装置的调校各不相同，当面对同一台风力机的风轮进行测试时，由于风力机气动性能实验装置不同，通常会导致实测出的实验结果也存在差异，尽管各套风力机气动性能实验装置之间的测量偏差不大，但仍会影响到实验数据的可靠性。
因此，有必要对现有风力机气动性能实验装置的机械效率进行测量，以使每一套的风力机气动性能实验装置的机械效率都能够获得修正，从而使实验数据更加真实可靠。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种风力机气动性能实验装置的机械效率测量方法，能够对风力机气动性能实验装置的机械效率进行修正，以使实验数据更加真实可靠。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种风力机气动性能实验装置的机械效率测量方法，包括如下步骤：
步骤一：在风洞内安装实验台，在实验台上安装第一轴承座，将风力机风轮通过第一传动轴连接到第一轴承座上，再在第一传动轴表面粘贴一处反光条；
步骤二：启动风洞，在设定风速下，利用非接触式激光转速表对准反光条测量第一传动轴的转速，进而获得风力机风轮的转速；
步骤三：重复步骤二，重复次数为7次，并将获取的7个转速求取平均值，然后按照公式
求取转速的标准偏差，式中，S为转速的标准偏差，
为平均转速；
步骤四：调整设定风速，重复步骤二和步骤三，获取各个设定风速下的平均转速和转速的标准偏差；
步骤五：将第一传动轴和风力机风轮从第一轴承座上拆下，再在实验台上安装第二轴承座，在第一轴承座和第二轴承座之间连接第二传动轴，将拆下的风力机风轮安装到第二传动轴上，然后在第二传动轴表面粘贴一处反光条；
步骤六：启动风洞，在设定风速下，利用非接触式激光转速表对准反光条测量第二传动轴的转速，进而获得风力机风轮的转速；
步骤七：重复步骤六，重复次数为7次，并将获取的7个转速求取平均值，然后按照公式
求取转速的标准偏差，式中，S为转速的标准偏差，
为平均转速；
步骤八：调整设定风速，重复步骤六和步骤七，获取各个设定风速下的平均转速和转速的标准偏差；
步骤九：在相同设定风速下，求取步骤四与步骤八中的平均转速差值，该差值用以反映增加第二轴承座后对转速的影响，然后将该差值与步骤四中的平均转速进行求和，即可得到消除第二轴承座影响的修正平均转速；最后求取步骤四和步骤八中的标准偏差的平均值，即可得到消除第二轴承座影响的修正标准偏差；
步骤十：将电加载装置、第一联轴器、扭矩仪及第二联轴器依次串联连接到第二传动轴上，以构成完整的风力机气动性能实验装置；
步骤十一：启动风洞，且电加载装置处于不加载状态，在设定风速下，利用非接触式激光转速表对准反光条测量第二传动轴的转速，进而获得风力机风轮的转速；
步骤十二：重复步骤十一，重复次数为7次，并将获取的7个转速求取平均值，然后按照公式
求取转速的标准偏差，式中，S为转速的标准偏差，
为平均转速；
步骤十三：调整设定风速，重复步骤十一和步骤十二，获取各个设定风速下的平均转速和转速的标准偏差；
步骤十四：在相同设定风速下，求取步骤十三与步骤九中的平均转速比值，该比值即为风力机气动性能实验装置的机械效率；
步骤十五：通过公式η＝c1+c2v+c3v2+c4v3+c5v4求取修正后的风力机气动性能实验装置的机械效率，式中，η为机械效率，c1～c5为修正系数，v为风速。
本发明的有益效果：
本发明的风力机气动性能实验装置的机械效率测量方法，能够对风力机气动性能实验装置的机械效率进行修正，以使实验数据更加真实可靠。
附图说明
图1为风力机风轮与单一轴承座的装配示意图；
图2为风力机风轮与双轴承座的装配示意图；
图3为风力机风轮与风力机气动性能实验装置的装配示意图；
图中，1—实验台，2—第一轴承座，3—风力机风轮，4—第一传动轴，5—反光条，6—第二轴承座，7—第二传动轴，8—电加载装置，9—第一联轴器，10—扭矩仪，11—第二联轴器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
一种风力机气动性能实验装置的机械效率测量方法，包括如下步骤：
步骤一：如图1所示，在风洞内安装实验台1，在实验台1上安装第一轴承座2，将风力机风轮3通过第一传动轴4连接到第一轴承座2上，再在第一传动轴4表面粘贴一处反光条5；
步骤二：启动风洞，在设定风速下，利用非接触式激光转速表对准反光条5测量第一传动轴4的转速，进而获得风力机风轮3的转速；
步骤三：重复步骤二，重复次数为7次，并将获取的7个转速求取平均值，然后按照公式
求取转速的标准偏差，式中，S为转速的标准偏差，
为平均转速；
步骤四：调整设定风速，重复步骤二和步骤三，获取各个设定风速下的平均转速和转速的标准偏差，具体如下表：
| 设定风速(m/s) | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 |
| 平均转速(r/min) | 613 | 852 | 1204 | 1433 | 1623 | 1820 | 2045 | 2301 | 2756 |
| 标准偏差 | 5.4 | 6.1 | 5.8 | 6.2 | 5.6 | 6.8 | 8.1 | 8.6 | 8.8 |
步骤五：如图2所示，将第一传动轴4和风力机风轮3从第一轴承座2上拆下，再在实验台1上安装第二轴承座6，在第一轴承座2和第二轴承座6之间连接第二传动轴7，将拆下的风力机风轮3安装到第二传动轴7上，然后在第二传动轴7表面粘贴一处反光条5；
步骤六：启动风洞，在设定风速下，利用非接触式激光转速表对准反光条5测量第二传动轴7的转速，进而获得风力机风轮3的转速；
步骤七：重复步骤六，重复次数为7次，并将获取的7个转速求取平均值，然后按照公式
求取转速的标准偏差，式中，S为转速的标准偏差，
为平均转速；
步骤八：调整设定风速，重复步骤六和步骤七，获取各个设定风速下的平均转速和转速的标准偏差，具体如下表：
| 设定风速(m/s) | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 |
| 平均转速(r/min) | 603 | 843 | 1191 | 1419 | 1607 | 1805 | 2029 | 2289 | 2742 |
| 标准偏差 | 5.3 | 6.0 | 5.8 | 6.1 | 5.7 | 6.2 | 8.1 | 8.5 | 8.4 |
步骤九：在相同设定风速下，求取步骤四与步骤八中的平均转速差值，该差值用以反映增加第二轴承座6后对转速的影响，然后将该差值与步骤四中的平均转速进行求和，即可得到消除第二轴承座6影响的修正平均转速；最后求取步骤四和步骤八中的标准偏差的平均值，即可得到消除第二轴承座6影响的修正标准偏差，具体如下表：
| 设定风速(m/s) | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 |
| 修正平均转速(r/min) | 623 | 861 | 1217 | 1447 | 1639 | 1835 | 2061 | 2313 | 2770 |
| 修正标准偏差 | 5.35 | 6.05 | 5.8 | 6.15 | 5.65 | 6.5 | 8.1 | 8.55 | 8.6 |
步骤十：如图3所示，将电加载装置8、第一联轴器9、扭矩仪10及第二联轴器11依次串联连接到第二传动轴7上，以构成完整的风力机气动性能实验装置；
步骤十一：启动风洞，且电加载装置处于不加载状态，在设定风速下，利用非接触式激光转速表对准反光条5测量第二传动轴7的转速，进而获得风力机风轮3的转速；
步骤十二：重复步骤十一，重复次数为7次，并将获取的7个转速求取平均值，然后按照公式
求取转速的标准偏差，式中，S为转速的标准偏差，
为平均转速；
步骤十三：调整设定风速，重复步骤十一和步骤十二，获取各个设定风速下的平均转速和转速的标准偏差，具体如下表：
| 设定风速(m/s) | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 |
| 平均转速(r/min) | — | 633 | 897 | 1085 | 1256 | 1523 | 1778 | 2041 | 2420 |
| 标准偏差 | — | 6.4 | 6.2 | 6.4 | 6.8 | 6.2 | 7.8 | 8.3 | 9.0 |
步骤十四：在相同设定风速下，求取步骤十三与步骤九中的平均转速比值，该比值即为风力机气动性能实验装置的机械效率，具体如下表：
| 设定风速(m/s) | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 |
| 步骤九中的平均转速n<sub>0</sub>(r/min) | 623 | 861 | 1217 | 1447 | 1639 | 1835 | 2061 | 2313 | 2770 |
| 步骤十三中的平均转速n<sub>Z</sub>(r/min) | — | 633 | 897 | 1085 | 1256 | 1523 | 1778 | 2041 | 2420 |
| 机械效率η(n<sub>Z</sub>/n<sub>0</sub>) | — | 0.74 | 0.74 | 0.75 | 0.77 | 0.83 | 0.86 | 0.88 | 0.87 |
步骤十五：通过公式η＝c1+c2v+c3v2+c4v3+c5v4求取修正后的风力机气动性能实验装置的机械效率，式中，η为机械效率，c1～c5为修正系数，v为风速；具体的，以风速为6m/s、8m/s、10m/s、11m/s、12m/s的五组数为例，将这五组数据分别带入上述公式中，可以得出以下五个方程组：
0.74＝c1+c2×6+c3×62+c4×63+c5×64
0.75＝c1+c2×8+c3×82+c4×83+c5×84
0.83＝c1+c2×10+c3×102+c4×103+c5×104
0.86＝c1+c2×11+c3×112+c4×113+c5×114
0.88＝c1+c2×12+c3×122+c4×123+c5×124
通过解方程组，可以得到c1＝0.748，c2＝-0.0125，c3＝-0.0014，c4＝0.0026，c5＝-0.0002，然后带回公式中，即可得到实施例中的η＝0.748-0.0125v-0.0014v2+0.0026v3-0.0002v4的机械效率修正公式；最后，重新将实验中的设定风速带入机械效率修正公式中，就可以得到当前风速下的经修正后的风力机气动性能实验装置的机械效率。
实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。
Claims (1)
1.一种风力机气动性能实验装置的机械效率测量方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤一：在风洞内安装实验台，在实验台上安装第一轴承座，将风力机风轮通过第一传动轴连接到第一轴承座上，再在第一传动轴表面粘贴一处反光条；
步骤二：启动风洞，在设定风速下，利用非接触式激光转速表对准反光条测量第一传动轴的转速，进而获得风力机风轮的转速；
步骤三：重复步骤二，重复次数为7次，并将获取的7个转速求取平均值，然后按照公式
求取转速的标准偏差，式中，S为转速的标准偏差，
为平均转速，ni为实际测量转速；
步骤四：调整设定风速，重复步骤二和步骤三，获取各个设定风速下的平均转速和转速的标准偏差；
步骤五：将第一传动轴和风力机风轮从第一轴承座上拆下，再在实验台上安装第二轴承座，在第一轴承座和第二轴承座之间连接第二传动轴，将拆下的风力机风轮安装到第二传动轴上，然后在第二传动轴表面粘贴一处反光条；
步骤六：启动风洞，在设定风速下，利用非接触式激光转速表对准反光条测量第二传动轴的转速，进而获得风力机风轮的转速；
步骤七：重复步骤六，重复次数为7次，并将获取的7个转速求取平均值，然后按照公式
求取转速的标准偏差，式中，S为转速的标准偏差，
为平均转速，ni为实际测量转速；
步骤八：调整设定风速，重复步骤六和步骤七，获取各个设定风速下的平均转速和转速的标准偏差；
步骤九：在相同设定风速下，求取步骤四与步骤八中的平均转速差值，该差值用以反映增加第二轴承座后对转速的影响，然后将该差值与步骤四中的平均转速进行求和，即可得到消除第二轴承座影响的修正平均转速；最后求取步骤四和步骤八中的标准偏差的平均值，即可得到消除第二轴承座影响的修正标准偏差；
步骤十：将电加载装置、第一联轴器、扭矩仪及第二联轴器依次串联连接到第二传动轴上，以构成完整的风力机气动性能实验装置；
步骤十一：启动风洞，且电加载装置处于不加载状态，在设定风速下，利用非接触式激光转速表对准反光条测量第二传动轴的转速，进而获得风力机风轮的转速；
步骤十二：重复步骤十一，重复次数为7次，并将获取的7个转速求取平均值，然后按照公式
求取转速的标准偏差，式中，S为转速的标准偏差，
为平均转速，ni为实际测量转速；
步骤十三：调整设定风速，重复步骤十一和步骤十二，获取各个设定风速下的平均转速和转速的标准偏差；
步骤十四：在相同设定风速下，求取步骤十三与步骤九中的平均转速比值，该比值即为风力机气动性能实验装置的未修正的机械效率；
步骤十五：通过公式η＝c1+c2v+c3v2+c4v3+c5v4求取修正后的风力机气动性能实验装置的机械效率，式中，η为机械效率，c1～c5为修正系数，v为风速。
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