[发明专利]风力机性能分析与故障模拟实验系统

说明书

技术领域

本发明属于风力机实验装置领域，具体来说属于风力机性能分析与故障实验研究的实验设备技术领域。

背景技术

风能作为一种清洁能源，其在全球范围内蕴藏量巨大，具有可再生、分布广、无污染的特性，使风能发电成为世界可再生能源发展的重要方向。中国近年来风电产业发展迅速，为保证风力发电机组安全可靠稳定运行，高效利用风力资源，开展风力发电机组性能分析与故障诊断研究是十分必要的。因此，国内外许多科研院所在风力发电机组故障的机理、诊断方法及状态监测与故障诊断系统的开发等方面进行着深入研究。

在对风力发电机组运行性能、故障机理和诊断方法理论分析的同时，需要对理论分析结果进行实验验证。而目前尚未有完整的风力机性能分析与故障实验系统用于研究分析工作，绝大多数风力发电实验平台主要采用电动机通过传动轴带动风力发电机旋转，或采用风轮与发电机联接的方式，该连接方式没有轴承，不能获得轴承振动信号及主轴振动信号)，这些实验装置不能很好地反映大型风力发电机组实际情况，极大地限制了风力机运行性能和故障特性的研究，由此制约了风力发电机组的优化设计、轴系动力学特性和故障诊断理论的深入研究。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于风力机性能分析与故障实验研究完整的实验系统。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种风力机性能分析与故障实验系统，其特征在于，该系统包括风洞、风力机实验装置和数据分析与处理系统；所述的风力机实验装置包括台架、风轮、主轴、扭矩传感器、发电机、控制器、蓄电池、逆变器、负载、风速传感器、用于测量主轴转速的转速传感器、用于测量主轴水平方向和垂直方向位移的位移传感器、用于测量轴承振动的加速度传感器、显示和转换模块、数据采集器以及含有分析与处理软件程序的计算机；所述的风轮、扭矩传感器、发电机同轴布置；风轮通过主轴与扭矩传感器连接，主轴由轴承支撑；所述的发电机和扭矩传感器放置在所述的台架上；所述的转速传感器、风速传感器、扭矩传感器、发电机以及控制器分别通过信号线与显示和转换模块连接；所述的位移传感器依次通过前置器和隔直电路与数据采集器相连；所述的加速度传感器依次通过信号调理器和抗混滤波器与数据采集器相连；所述的显示和转换模块分别输出0～5V电压信号和数字信号，其中电压信号通过BNC接线与数据采集器相连，数字信号通过RS232接口与计算机相连；数据采集器通过USB数据线与计算机连接；所述的数据分析与处理软件程序包括操作设置模块，状态监测模块和数据分析模块，所述的操作设置模块包括数据采集子模块、数据存储子模块、数据调用子模块、数据转换子模块和组态设置子模块；所述的状态监测模块包括监测界面子模块、波形显示子模块、参数列表子模块；所述的数据分析模块包括频谱分析子模块、轴心轨迹分析子模块、趋势分析子模块和瀑布图分析子模块。

本发明所述的风洞包括进气口、动力段、扩散段、整流段和试验段；其中整流段包括蜂窝器、紊流网；动力段包括交流风机、变频器。风洞通过变频器实现风速的无级调节；所述的整流段采用分段可拆式；所述的试验段采用开口式。所述的整流段采用分段可拆卸式；所述的试验段采用开口式。

本发明所述的台架采用可移动结构，长度为1.2米，宽度为0.52米，高度为0.7～0.8米；风轮直径为1.2～1.5米；所述的风轮和轴承采用可拆解式。

本发明所述的轴承采用调心滚子轴承、圆柱滚子轴承或圆锥滚子轴承；所述的发电机采用低速永磁发电机。

本发明所述的位移传感器采用电涡流位移传感器；所述的加速度传感器采用压电式加速度传感器；所述的扭矩传感器采用非接触式扭矩传感器。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果：

①本发明由风洞提供风源，能更好地模拟实际风能本身的随机波动性和不稳定性，研究风速不稳定条件下，风力机产生的非线性、非平稳振动信号的处理方法；同时，研究风力机功率平衡联合控制策略，以消除风力发电功率的波动性。

②风力机实验装置采用和实际风力机相同的连接方式，能准确地模拟真实风力发电机组的运行状况。

③本发明具有很好的开放性、扩展性和可拆解性，可以选用不同尺寸、不同翼型的风轮，可以装配调心滚子轴承、圆柱滚子轴承或圆锥滚子轴承来支撑主轴，以比较不同形式下风力机的性能。

④本发明可以模拟风力机风轮质量不平衡、气动不平衡、偏航、轴系不对中、支座松动和轴承损坏等多种故障状态，并进行实时分析。

附图说明

图1为本发明风力机性能分析与故障实验系统整体结构示意图。