一种风电叶片运行攻角测量装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种风电叶片运行攻角测量装置，包括风电叶片、气流探针、表面压力测量点、数据收集分析单元，通过将气流探针安装于叶片前缘，直接测量叶片所感受的相对入流速度矢量，该速度矢量是远前方来流速度、风轮转速、轴向和周向诱导速度、叶片升力环量诱导速度的合成矢量，其中与叶片运行攻角相关的速度矢量包括远前方来流速度、风轮转速、轴向和周向诱导速度，因此叶片升力环量诱导速度需要计算去除。为此本实用新型专利技术提出相对入流速度矢量和气动力同时测量的方案，并采用基于升力环量修正的计算方法，可以准确去除叶片升力环量诱导速度的影响，从而得到了叶片运行攻角。从而得到了叶片运行攻角。从而得到了叶片运行攻角。

【技术实现步骤摘要】
一种风电叶片运行攻角测量装置


[0001]本技术属于风电叶片空气动力学
，涉及一种空气动力学参数测量装置，更具体涉及一种风电叶片运行攻角测量装置。

技术介绍

[0002]风电叶片是将风能转换为机械能的核心部件，其气动性能决定了风电机组的风能利用效率(功率系数)。风电叶片气动外形是由一些列不同厚度及弦长的翼型按照一定安装扭角分布积叠而成，评价翼型气动性能的关键参数是攻角和气动力。
[0003]尽管风电产业发展迅速，装机体量庞大，但风电叶片在实际运行过程中的气动性能一直没有得到很好的评估与验证，主要原因之一是目前还缺乏有效的测量方法获得风电叶片运行攻角，其难点在于，根据风电机组空气动力学理论可知，风电叶片翼型攻角与风轮远前方来流风速、风轮转速、安装扭角、轴向及周向诱导因子有关，而其中轴向及周向诱导因子是无法直接测量的未知量，因此仅测量来流风速、风轮转速并不能计算得到风电叶片攻角。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的以上问题，本技术提出一种风电叶片运行攻角测量装置，提出将气流探针安装于叶片前缘，直接测量叶片所感受的相对入流速度矢量，该速度矢量是远前方来流速度、风轮转速、轴向和周向诱导速度、叶片升力环量诱导速度的合成矢量，其中与叶片运行攻角相关的速度矢量包括远前方来流速度、风轮转速、轴向和周向诱导速度，因此叶片升力环量诱导速度需要计算去除，通过提出相对入流速度矢量和气动力同时测量的方案，并采用基于升力环量修正的计算方法，可以准确去除叶片升力环量诱导速度的影响，从而得到了叶片运行攻角。
[0005]本技术为解决其技术问题所采取的技术方案为：
[0006]一种风电叶片运行攻角测量装置，包括风电叶片、气流探针、表面压力测量点、数据收集分析单元，其特征在于，
[0007]所述气流探针与数据收集分析单元通信连接，且所述气流探针安装在所述风电叶片的前缘位置，且所述气流探针的中心线沿所述风电叶片的弦长方向延伸，所述气流探针随风电叶片共同旋转，用以测量叶片前缘的相对入流速度矢量，所述相对入流速度矢量包括合成速度值V
p
、方向角度α
p
；
[0008]在所述气流探针的安装位置的展向上的两侧分别选定两个处于流动干扰区域之外的待测叶片翼型，每一所述待测叶片翼型在展向上与所述气流探针的距离为所述气流探针长度l的一半，每一所述待测叶片翼型的压力面和吸力面上分别从前缘至尾缘布置多个表面压力测量点，每一所述表面压力测量点均与所述数据收集分析单元通信连接，所述表面压力测量点用以测量所述待测叶片翼型的表面压力分布；
[0009]所述数据收集分析单元根据其所采集的各所述表面压力测量点反馈的压力值以
及各所述待测叶片翼型的弦线坐标系分别积分得到沿翼型弦线的切向力和法向力，并将各所述待测叶片翼型的切向力和法向力的平均值作为所述气流探针安装位置的叶片翼型的切向力A和法向力N；
[0010]所述数据收集分析单元还包括一基于升力环量修正的攻角计算模块，所述攻角计算模块基于所述气流探针所测得的叶片前缘相对入流速度矢量、所述气流探针安装位置的叶片翼型的切向力A和法向力N计算所述气流探针安装位置的叶片翼型的升力环量Γ，并基于所述升力环量Γ计算诱导速度矢量，最后基于所述气流探针所测相对入流速度矢量与诱导速度矢量的差值得到升力环量修正后的更新攻角，所述更新攻角即为所述风电叶片的运行攻角。
[0011]优选地，所述气流探针为多孔气流探针或多分量热线风速探针。
[0012]本技术的风电叶片运行攻角测量装置，其工作原理为：
[0013]在风电叶片的前缘位置安装一沿弦长方向延伸的气流探针，所述气流探针随风电叶片共同旋转，气流探针直接测量的速度为叶片前缘相对入流速度矢量，包括合成速度值V
p
、方向角度α
p
；
[0014]在所述气流探针的流动干扰区域之外的风电叶片表面上选择至少一个待测叶片翼型，并在各所述待测叶片翼型的压力面和吸力面上分别从前缘至尾缘布置多个表面压力测量点以测量所述待测叶片翼型的表面压力分布，并根据各所述待测叶片翼型的弦线坐标系分别积分得到沿翼型弦线的切向力和法向力，并将各所述待测叶片翼型的切向力和法向力的平均值作为所述气流探针安装位置的叶片翼型的切向力A和法向力N；
[0015]所述数据收集分析单元还包括一基于升力环量修正的攻角计算模块，所述升力环量修正指由于气流探针安装在叶片附近，其直接测量的速度中包含了叶片升力环量诱导产生的速度，因此气流探针直接测量的速度矢量需要进行升力环量修正，具体修正方法为：
[0016]基于气流探针所测得的叶片前缘相对入流速度矢量的方向角度α
p
作为风电叶片运行攻角的初始值α0；
[0017]基于风电叶片运行攻角的初始值α0和步骤SS2所测的所述气流探针安装位置的叶片翼型的法向力N和切向力A，计算所述气流探针安装位置的叶片翼型的升力L，其计算式为L＝N
·
cosα0‑
A sinα0；
[0018]基于气流探针安装位置的叶片翼型的升力L计算升力环量Γ，其计算式为其中，ρ为入流密度，V
p
为叶片前缘相对入流速度矢量的合成速度值；基于升力环量Γ计算诱导速度矢量其计算式为其中，l为所述气流探针的长度；将气流探针所测相对入流速度矢量减去诱导速度矢量得到更新的相对入流速度矢量包括速度值V
e
和方向角度α
e
，其中方向角度α
e
作为升力环量修正后的更新攻角；
[0019]如果更新攻角α
e
与初始攻角α0的差值大于设定阈值，则将更新攻角α
e
作为初始攻角α0，重复上述步骤直到计算得到的更新攻角α
e
与初始攻角α0的差值小于设定阈值，则更新攻角α
e
为最终所测攻角，运动攻角测量与计算完成。
[0020]通过以上技术方案可知，本技术提出将气流探针安装于叶片前缘，直接测量
叶片所感受的相对入流速度矢量，该速度矢量是远前方来流速度、风轮转速、轴向和周向诱导速度、叶片升力环量诱导速度的合成矢量，其中与叶片运行攻角相关的速度矢量包括远前方来流速度、风轮转速、轴向和周向诱导速度，因此叶片升力环量诱导速度需要计算去除。为此本技术提出相对入流速度矢量和气动力同时测量的方案，并采用基于升力环量修正的计算方法，可以准确去除叶片升力环量诱导速度的影响，从而得到了叶片运行攻角。可见，本技术的风电叶片运行攻角测量装置可有效规避了风轮轴向和周向诱导因子测量的难题，通过间接方法测得了叶片运行攻角，进一步通过所测的叶片运行攻角还可以推算风轮轴向和轴向诱导因子。
附图说明
[0021]图1为本技术的风电叶片运行攻角测量装置示意图；
[0022]附图标记说明：
[0023]气流探针1，风电叶片2，待测叶片翼型3，表面压力测量点4本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种风电叶片运行攻角测量装置，包括风电叶片、气流探针、表面压力测量点、数据收集分析单元，其特征在于，所述气流探针与数据收集分析单元通信连接，且所述气流探针安装在所述风电叶片的前缘位置，且所述气流探针的中心线沿所述风电叶片的弦长方向延伸，所述气流探针随风电叶片共同旋转，用以测量叶片前缘的相对入流速度矢量，所述相对入流速度矢量包括合成速度值V
p
、方向角度α
p
；在所述气流探针的安装位置的展向上的两侧分别选定两个处于流动干扰区域之外的待测叶片翼型，每一所述待测叶片翼型在展向上与所述气流探针的距离为所述气流探针长度l的一半，每一所述待测叶片翼型的压力面和吸力面上分别从前缘至尾缘布置多个表面压力测量点，每一所述表面压力测量点均与所述数据收集分析单元通信连接，所述表面压力测量点用以测量所述待测叶片翼型的表面压...

【专利技术属性】
技术研发人员：武广兴，刘永前，田德，葛铭纬，孟航，刘鑫，李新凯，闫姝，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：新型
国别省市：