[发明专利]一种小型水平轴风力机轴向推力测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量装置，尤其涉及一种小型水平轴风力机轴向推力测量装置。

背景技术

目前轴向推力测量装置主要借助应变式传感器，现有的测量装置主要包括以下几种结构，例如可以在水平旋转轴上设置凸肩，通过水平旋转轴上的凸肩推动一垂直安装于测量柱上的轴承传递轴向力，应变片粘贴于测量柱上与水平旋转轴线垂直的一个侧面上，当承受轴向力时，应变片产生形变以测量轴向推力；这种结构比较简单，但凸肩与轴承之间的旋转摩擦，以及应变片的响应迟缓都会限制测量装置的灵敏度及测量精度。现有技术中还有这样的结构，通过安装在支承旋转轴的轴承外圈两边的端部和外壳支承的凸边之间的弹性环前后端面的应变片感受力而发生形变以测量轴向推力，这种结构也较简单，且可以在轴承前后各安装一个弹性环，分别测量两个方向的轴向力，因这种结构便于接成全桥测量电路，因此灵敏度和测量精度相对较高。现有技术还有一种常用的结构，通过均匀粘贴在测力环内壁轴向方向的应变片在轴向力作用下产生形变来测量轴向推力，此结构简单、紧凑，应变片之间的相互干扰较小，因此灵敏度和精度相对较高，且测量范围较宽。

但是上述现有技术由于其中采用的应变式传感器都是接触式的，所以总体来说，以上形式的测量装置的灵敏度和测量精度普遍较低。另外，现有技术中还有一种采用均匀分布在轴承外圈周边的3个或3个以上小测力计测量轴向推力的装置，轴承所受的轴向推力即为各小测力计力值之和，此结构因小测力计须加工得非常小巧，所以制造工艺复杂，成本较高。

发明内容

针对上述现有技术的缺点和不足，本发明旨在提供一种新型的小型水平轴风力机轴向推力测量装置，采用非接触式的光纤传感器，以弹簧为双轴连接中间过渡部件的结构，以克服现有接触式传感器非线性特性、以及输出信号弱、抗干扰能力差、受空间限制等不足，从而提高测量装置灵敏度和测量精度，增强抗干扰能力，延长使用寿命。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案为：

一种小型水平轴风力机轴向推力测量装置，包括基座以及设置在所述基座顶部的小型水平轴风力机，所述小型水平轴风力机包括一水平输入轴、一水平输出轴以及设置在所述水平输入轴前端的叶轮，所述基座顶部还设置一光纤传感器，其特征在于，

--所述基座顶部沿所述水平输入轴的轴向方向前后间隔设置至少两个支座，所述水平输入轴可轴向移动地支撑于所述至少两个支座上，所述水平输入轴受到轴向推力时可在轴向上向后移动，

--所述水平输出轴与所述水平输入轴同轴布置，所述水平输出轴与所述水平输入轴整体均为实心轴，其前端呈空心筒体结构，所述空心筒体的前端沿周向均匀设置有若干方波状凹槽，所述水平输入轴的末端沿实心轴的外表面周向均匀设置若干方波状凸起，所述水平输入轴末端的方波状凸起与所述水平输出轴前端的方波状凹槽相适配，所述水平输出轴与所述水平输入轴处于连接状态时，所述水平输入轴末端的方波状凸起插设于所述水平输出轴前端的方波状凹槽中，且所述水平输出轴前端的空心筒体内设置有弹性体，所述弹性体仅在所述水平输入轴受到轴向推力时被压缩，

--所述水平输入轴的末端沿其外周面设置一环状凸肩，所述环状凸肩位于所述方波状凸起和靠近所述水平输入轴的末端设置的一所述支座之间，所述光纤传感器的感应表面正对所述环状凸肩的前侧或后侧端面，所述光纤传感器用以测量当所述水平输入轴受到轴向推力时所述环状凸肩的轴向位移量。

本发明的小型水平轴风力机轴向推力测量装置，其工作原理为：风力机叶片在大气中受到来流风速的绕流作用产生升阻力，从而产生扭矩，带动水平输入轴旋转，由于水平输入轴末端的方波状凸起插设于所述水平输出轴前端的方波状凹槽中，水平输入轴的旋转会带动水平输出轴旋转，继而对外输出机械能，再通过发电机等装置将机械能转换成电能，并产生轴向推力，使水平输入轴上的环状凸肩向左移动，且使安置于水平输出轴和水平输入轴端部的弹性体压缩变形，环状凸肩的轴向位移量即弹性体的压缩变形量可由光纤传感器测出，再根据胡克定律便可计算出弹性体的弹力即为小型风力机的轴向推力。

优选地，所述至少两个支座之间沿周向均布有至少三个水平轴承轴，各所述水平轴承轴的前后两端固定在所述至少两个支座上，并且每个所述水平轴承轴的前后两端均设置一相同尺寸的轴承，且各所述轴承的内圈均过盈套设在所述水平轴承轴上，各所述轴承的外圈之间夹持所述水平输入轴，所述水平输入轴受到轴向推力时可在轴向上向后移动。

优选地，所述弹性体为弹簧。

优选地，所述叶轮包括轮毂和设置在所述轮毂上的若干风力机叶片，所述轮毂固定设置在所述水平输入轴的前端。