[发明专利]一种在风场实现叶片气动测量的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及风场风力机叶片测量，特别涉及一种在风场实现叶片气动测量的方法及装置。

背景技术

风力发电机的叶片是影响发电效率的最根本之一，可通过CFD计算，风洞实验，和控制制造质量共同来保证。而在真实的风场中运行的叶片性能则更有难度，由于风力机叶片流场的复杂性，CFD计算结果的不确定性太大，叶片的气动性能往往要靠实验来验证。在用风洞测试叶片时，要同时满足雷诺数和马克数，需要有较大的风洞，实验费用很高，所以市场上可查的有关研究文献极少。

在现有技术中，即使不考虑实验费用，真实风况与风洞大不相同，目前风机控制算法所用的气动参数，是建立在未经验证的设计值的基础上，对真实的叶片气动性能以及在风场风况下的气动表现，尚无从检验。目前风机控制算法所用的气动参数，是建立在未经验证的设计值的基础上，对真实的叶片气动性能以及在风场风况下的气动表现，尚无从检验。控制算法对风切的适应度，即叶片是否在最高点(风速高)和最低点(风速低)都有最佳的气动性能，目前不得而知；风轮的仰角过大会造成叶片旋转一周内的气动性能波动过大而增加不稳定性，有待测试验证；风轮偏航的准确性无法测得；轮毂对测风仪的影响也停留在照本宣科的阶段，无法测试。

上述的风切，仰角，偏航，轮毂等都有可能造成边界层分离，页面横向流，譬如在风场中经常会听到风机有较大的气动噪声，很有可能存在叶片吸风面的气动边界层动态分离，边界层一旦分离，升阻比就会下降，减少发电量。边界层动态分离不仅产生噪音，更能产生周期性载荷，降低叶片寿命。叶面横向流不仅会降低叶片的升阻比，甚至会颠覆叶片载荷计算的前提假设，造成错误计算结果。目前还没有成熟的方法测试解决这些问题，也无从得知实际功率曲线的真实度，以及叶片实际载荷的真实度。因此，目前整个风电领域急需一种测量叶片真实气动性能的方法和装置。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种在风场实现叶片气动测量的方法及装置，来测量叶片真实气动性能，该方法在不影响原有流体状态下，保持所测流体的真实性，并且能够从流线记录中获得更多的流场信息譬如边界层分离状况，横向流位置及方向等。

本发明所述的风洞实验是指把被测物体固定在流动的空气中，依靠控制空气的流动来保证被测物体与空气的相对运动，从而获得被测物体的空气动力学特性的一种实验方法。

风场实验是指在风场的真实风况下，对风力机各项性能进行测试。

CFD是指计算机辅助的流体力学计算。

风切在本文中指地球边界层(从地面到200～500米高度)中风向风速随高度而变化的现象。

仰角是指风力机风轮回转面与水平面的夹角。

偏航是指风力机风轮随风向的变化而做的水平跟踪。

横向流是指发生在叶片表面，方向与来风方向垂直的流体现象。

为了实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种在风场实现叶片气动测量的方法，具体包括以下步骤：

在不同风况下，进行叶片控制程序操作，同时用摄像机记录叶片上纵横排列的轻质纤维流线丛状态，具体包括以下步骤：

(1)风切和仰角测试，摄像机设置在风力机上游，并且摄像机距风力机地面的距离为100-200米，测风用的激光测速仪设置在风力机上游的地面上，使摄像机快门和测速仪与控制动作同步(调整摄像机，测速仪，和控制程序在时间上同步，或通过遥控使摄像机快门和测速仪与控制动作同步。)，两架摄像机分别聚焦叶片竖直时的上下位置，用摄像机记录不同风况下叶片流线丛状态；

(2)偏航测试，摄像机分别设置在风力机的上下游，使摄像机快门和测速仪与控制动作同步，在不同风况下，两架摄像机分别聚焦叶片水平时的左右位置，用摄像机记录不同风况下的叶片流线丛状态；

(3)横向流的测试，摄像机设置在风力机的下游，使摄像机快门和测速仪与控制动作同步，在不同风况下，两架摄像机聚焦同一叶片在水平位置时的不同部位，用摄像机记录不同风况下的叶片流线丛状态；

(4)用图像分析软件处理风场实地的流线丛记录，结合与之同步的测速仪和控制数据，得到量化的统计结果，并用来分析风切、仰角、偏航及轮毂影响。