СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ВЕТРОГЕНЕРАТОРОВ

Устройство относится к аэродинамике, в частности для испытания ветрогенераторов при низкотурбулентных воздушных потоков.
Технический уровень
Известна аэродинамическая труба (патент RU №2462695, МГЖ G01М 9/02, опубл. 27.09.2012 г.).
Сущность конструкции заключается в том, что в аэродинамической трубе с рабочей частью открытого типа для классических и ветровых исследований, содержащей фотокамеру и сопло подводящего канала, диффузор и рабочую часть, в соответствии с заявляемым изобретением, рабочая часть снабжена дополнительно поворотным столом, установленным в нижней горизонтальной плоскости вне зоны воздушного потока, который имеет автономный механизм управления, жестко связанную с поворотным столом трехкоординатную траверсу, которая имеет автономный механизм управления, и поворотным кругом для размещения исследуемых моделей, который установлен в зоне рабочей части аэродинамической трубы и имеет автономный механизм управления, при этом плоский экран рабочей части выполнен протяженным, имеющим длину, соизмеримую с размером, определяемым расстоянием со стороны края экрана, до края у начала диффузора, а плоский экран выполнен со сквозным отверстием и жестко связан вне зоны рабочего потока с торцом фланца сопла аэродинамической трубы, вертикальными стойками и горизонтальными перекладинами, расположенными вне зоны воздушного потока.
Помимо этого, указанный технический результат достигается тем, что автономный механизм управления поворотного круга выполнен с возможностью его установки в любой промежуточной плоскости, проектируемой от нижней горизонтальной до верхней горизонтальной в левой или правой вертикальных плоскостях, расположенных параллельно оси аэродинамической трубы.
Данное устройство в макетном исполнении заявленного устройства предусматривает провести измерения локальных параметров 3-х полей скорости свободного воздушного потока, так и потока, взаимодействующего исследуемой моделью с помощью измерительных зондов и оптической лазерной установки.
Использовать данную установку для испытания на работоспособность серийно выпускаемых ветрогенераторов не представляется возможным из-за больших размеров, и отсутствия системы проверки работы ветрогенераторов.
Известен способ аэродинамических испытаний модели объекта, в котором используется конструкция трубы (патент RU №2082137, МПК G01M 9/00, опубл. 20.06.19997 г.).
Устройство работает следующим образом.
Установленную в аэродинамической трубе модель на внутримодельных тензовесах закрепляют на хвостовой державке и нагружают набегающим потоком с заданным числом Маха и давлением в фотокамере аэродинамической трубы.
Регистрируют показания тензометрических средств измерений аэродинамических весов и определяют, например, зависимость производной коэффициента нормальной силы С, по углам атаки от числа А. Одновременно регистрируют показания спектра цветности по поверхности модели.
кр
Для режимов (чисел Маха), при которых зафиксированы (выявлены) особенности в поведении характеристик по результатам расшифровки спектра цветности при фиксированных режимах воздействия набегающим потоком, например в окрестности критического числа М, определяют распределение давления по наветренной и подветренной образующим. Зависимости получены с помощью тарировочного спектра, в котором области постоянного давления условно отмечены штриховкой различной тональности в соответствии с изменением цвета бароиндикаторного покрытия после нагружения модели набегающим потоком.
р
кр
кр
Из анализа этих исследований следует, что коэффициент давления числа С при числах Маха и числах М, а также перепады давления между наветренной и подветренной образующим, в окрестности излома образующих меняются скачкообразно, что подтверждает характер изменения С, по числам Маха в окрестности М.
В данном изобретении замеряется давление потока, который проходит на исследуемый объект. Давление определяют с помощью регистрации показаний тензометрических средств и регистрации спектра цветности бароиндикаторного покрытия.
Техническое решение сокращает время работы аэродинамической установки и связанные с ним эксплуатационные затраты, так как регистрация спектра цветности, а, следовательно, и диаграмм давления по всей поверхности исключает необходимость дополнительных дренажных испытаний для определения АХ с требуемой точностью.
В нашем случае необходимо измерять не давление, приходящееся на исследуемый объект, а регистрировать напряжение, образованное ветрогенератором под давлением воздушного потока.
За прототип взята конструкция низкоскоростной аэродинамической трубы с пониженным уровнем пульсационных характеристик потока в рабочей части (патент RU №2371615, МПК F15D 1/00, опубл. 27.10.2009 г.).
Технический результат заключается в исключении влияния перемежаемой внешней границы турбулентного слоя на стенках рабочей части на интенсивность пульсаций потока в ее ядре.
Решение поставленной задачи и указанный технический результат достигается тем, что в аэродинамической трубе, содержащей входной коллектор с фотокамерой, набор детурбулирующих сеток, суживающее сопло, рабочую часть и детурбулирующие элементы, выполняющие роль разрушителей вихревых структур, размещены во внешней зоне турбулентного пограничного слоя между началом рабочей части трубы и зоной расположения исследуемого объекта.
Данное изобретение предназначено исключительно для снижения вихревых потоков путем установки детурбулизующих сеток и суживающего сопла.
В нашем случае необходимо не только создать равномерный воздушный поток, подаваемый на ветрогенератор, а проверить работоспособность ветрогенератора, в аэродинамическом стенде это сделать невозможно.
Задача решается тем, что стенд для испытания ветрогенераторов содержит блок вентиляторов, турбулирующую сетку, сопло и рабочую зону. Отличие в том, что имеется камера, разделенная перегородкой на верхнюю и нижнюю части, соединенные между собой переходами дл обеспечения циркуляции воздушных потоков, причем в нижней части камеры размещены блок вентиляторов, детурбулирующая сетка, сужающееся сопло и рабочая зона. В рабочей зоне установлена метеостанция для замера характеристик воздушного потока. При испытании ветрогенератор устанавливается в рабочей зоне так, чтобы ядро воздушного потока, выходящего из сужающего сопла, охватывало рабочее колесо, находящееся в верхней части ветрогенератора, при этом отработанный воздушный поток уходит в верхнюю часть камеры и захватывается блоком вентиляторов, и вновь поступает в рабочую зону через сужающее сопло.
Работоспособность ветрогенераторов проверяют на различных скоростях воздушных потоков по заданной программе.
Краткое описание устройства
Конструкция устройства представлена на фиг. 1. На фиг. 1 - дана общая схема стенда для испытания ветрогенераторов. Стенд включает общую камеру 1, разделенную перегородкой 2 на две верхнюю и нижнюю части, причем верхняя часть больше нижней.
В нижней части расположены блок вентиляторов 3, затем детурбулирующая сетка 4 с соплом 5. Между соплом 5 и окончанием перегородки 2 находится рабочая зона 6, в которой установлены метеостанция 7 (для измерения характеристик воздушного потока) и испытываемый ветрогенератор 8. Причем рабочее колесо в верхней части ветрогенератора располагают на уровне оси сопла, чтобы ядро воздушного потока приходилось на рабочее колесо.
Следует отметить, что верхняя часть камеры 1 имеет больший объем, что создает некоторое разряжение, следовательно, дополнительную подъемную силу, способствующую продвижению воздушных масс в верхнюю часть камеры 1.
Стенд работает следующим образом.
Воздух, захватываемый блоком вентиляторов 3, направляется на детурбулирующую сетку 4, проходит через сужающееся сопло 5. Струя воздуха, выходя из сопла 5, поступает в рабочую зону 6. Установленная в рабочей зоне 6 метеостанция 7 регистрирует характеристики воздушного потока, далее воздушный поток охватывает рабочее колесо ветрогенератора 8. Отдав часть своей энергии, воздушный поток выходит из нижней части камеры в переход, имеющий больший объем, расширяется и проходит в верхнюю часть камеры 1, затем захватывается блоком вентиляторов 3 и вновь поступает в рабочую зону 6 через суживающееся сопло 5.
Испытания ветрогенератора.
Испытания проходят в два этапа. На первом этапе испытывается ветрогенератор в режиме холостого хода, и втором - под нагрузкой с контроллером и с аккумуляторной батареей.
Первый этап.
Проведение испытаний начинается с осмотра технического состояния стенда, его электрической части и целостности камеры.
Скорость воздушного потока регулируется преобразователем частоты, который изменяет скорость вращения блока вентиляторов.
Скорость воздушного потока от минимальных до максимальных значений соответствует определенной частоте преобразователя.
Испытание начинается с минимальных показаний преобразователя частоты, постепенно увеличивая скорость воздушного потока. При каждом повышении частоты выжидают время необходимое для разгона рабочего колеса ветрогенератора.
Характеристики воздушного потока измеряются с помощью метеостанции, которая находится в рабочей зоне стенда, и передаются на дисплей оператора.
Частота, при которой на вольтметре появляется напряжение, означает момент срыва рабочего колеса, эта скорость воздушного потока фиксируется в журнале испытаний.
При помощи блока преобразователя частоты постепенно повышают скорость воздушного потока до контрольных значений: 5; 9; 12 м/с и штормовом более 15 м/с. При этих значениях воздушного потока с вольтметра снимают показания и заносят их в журнал испытаний. После сравнения всех показаний напряжения на различных скоростях воздушного потока дается оценка работоспособности ветрогенератора.
Второй этап.
Второй этап испытания производят при подключении контроллера и аккумуляторных батарей. Перед началом испытания проверяется величина заряда аккумуляторной батареи. После проведения испытания снова измеряется напряжение на аккумуляторной батарее и определяется величина, на которую зарядилась батарея, при включении нагрузки проверяется работоспособность контроллера.
По результатам двух испытаний делается заключение о работоспособности ветрогенератора.
В настоящее время стенд для испытания ветрогенераторов изготовлен и начаты испытания ветрогенераторов. Было произведено более 100 испытаний ветрогенераторов. Испытания показали положительные результаты, надежность всех узлов стенда, также проверена работоспособность ветрогенераторов.
Предлагаемая конструкция стенда позволяет с большой надежностью обеспечивать проверку работоспособности ветрогенераторов.