一种解决H型垂直轴风力机启动死角的方法与流程
一种解决h型垂直轴风力机启动死角的方法
技术领域
1.本发明涉及风能发电技术领域，具体涉及一种解决h型垂直轴风力机启动死角的方法。
背景技术：
2.随着世界经济的高速发展，能源的需求不断增加。尤其是进入21世纪以来，煤炭、石油的价格持续上涨，能源消耗急剧增加，传统能源已经远远不能满足当今社会的发展需要。风能、太阳能、水能等可再生能源开始走进人们的视野。在这些新能源中，风能以储量大、分布广、开发门槛低、利用效率高成为目前世界能源结构中的重要组成部分。风能是因空气流做功提供给人类的一种可利用的能量，属于可再生能源。风能就是空气的动能，空气流速越高，动能越大。风能的大小决定于风速和空气的密度。全球的风能约为2.74x109mw，其中可利用的风能约为2x107mw，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。
3.风力机的型式划分有多种情况。其中按照风力机风轮的转轴与风向的位置关系，分为水平轴风力机和垂直轴风力机；按照风力机叶片的工作原理，分为升力型风力机和阻力型风力机。作用在风力机叶片上的力可分解成与风向垂直和与风向平行的两个分力，垂直分力称为升力，平行分力称为阻力。主要依靠升力来工作的风力机称为升力型风力机，水平轴的螺旋桨型风力机、垂直轴的达里厄型和直线翼型风力机都属于这种类型。由于升力的作用，风轮的圆周速度可以达到风速的几倍乃至十几倍。升力型风力机多被用于发电。主要依靠阻力来工作的风力机称为阻力型风力机，水平轴的美式多翼型风力机、垂直轴的萨渥纽斯型和涡轮型等风力机属于阻力型风力机。该类型风力机转速不高，但输出扭矩很大，所以常被用于提水、碾米和拉磨等。垂直轴风力机中的h型风力机也是一种常用的升力型风力机形式，但h型风力机有一个严重的缺点就是存在启动死角位置，也就是当风力机停车位于这个位置，无论风速多大，风力机也无法启动，尤其是4叶片h型垂直轴风力机，这种问题更为显著，因此解决h型风力机死角问题是关系到该型式风力机发展的问题。
技术实现要素：
4.本发明提供一种解决h型垂直轴风力机启动死角的方法，以解决h型垂直轴风力机启动死角的问题。
5.本发明的一种解决h型垂直轴风力机启动死角的方法采用如下技术方案：一种解决h型垂直轴风力机启动死角的方法，包括如下步骤：
6.步骤一：风力机安装在实验风洞中，转动风力机叶片以使风力机叶片所停位置为任意位置；
7.步骤二：选定风力机任意一个叶片，叶片上设定预设点，且设定叶片上预设点所对应转轴的位置为零度位置；以零度位置为基点，以转轴的轴心为中心，画零度线；然后叶片转动预设角度后，将叶片上预设点与轴心划线，用方法根据预设角度将叶片转动圆周等分，并标记好角度，以便在实验中记录数据；
8.步骤三：将风力机选定的叶片上预设点置于零度位置处；
9.步骤四:开启风洞进行吹风实验，风速从预设启动速度开始，每次风速增加量为速率增加预设量，且在每次风速增加一个速率增加预设量后，停留时间设为第一预设间隔时间，以观察风力机的启动情况；当风力机启动时，记录风速值，以作为风力机对应角度处的启动风速；
10.步骤五：把风力机选定叶片的预设点的位置每转动增加预设角度后，则重复步骤四，直至把风力机所有角度的启动风速实验做完；
11.步骤六：分析实验数据，根据风力机每个角度的启动风速的大小，划分风力机的难启动角度以及易启动角度范围，形成数据文件，以便在后续的风机控制中使用；
12.步骤七：测量风力机的最小维持风力机转动风速：在风力机停止的情况下，开启风洞进行吹风，使风力机充分运转，运转匀速，逐渐减小风速值，且每次风速值减小量为速率减小预设量，风速每次减少一个速率减小预设量后，停留时间设为第二预设间隔时间，以观察风力机是否能维持转动；当风力机不能维持转动，且逐渐停车时，记录对应的风速值，以作为风力机的最小维持风力机转动风速；
13.步骤八：把风力机安装在实际风场中，安装风力机的控制装置，控制装置包括位置传感器、风速风向传感器、发电机、磁粉制动器、磁粉制动控制器和转速传感器；
14.步骤九：当风力机启动后，开启控制系统，观察风力机的控制情况；当测量实际风速小于风力机的最小维持风力机转动风速时，使得风力机无法维持转动；当风力机转速小于预设转速时，磁粉制动控制器开始控制磁粉制动器，并根据角度传感器的位置信号，来控制磁粉制动器制动力的大小；根据风力机的实验数据和风场的风向数据条件确定风力机停机时的叶片位置，使风力机处于易启动位置；
15.步骤十：当风力机停稳后，磁粉控制器的控制信号输出为零，释放磁粉制动器的制动力；
16.步骤十一：系统调试稳定工作：开启控制系统，实现根据实际情况自动控制。
17.进一步地，步骤二中预设角度为五度，将叶片转动圆周等分为七十二等分。
18.进一步地，步骤四中预设启动速度为2m/s。
19.进一步地，步骤四中速率增加预设量0.2m/s，第一预设间隔时间为十秒钟。
20.进一步地，步骤七中的速率减小预设量为0.2m/s。
21.进一步地，步骤七中的第二预设间隔时间为三十秒。
22.进一步地，步骤九中的预设转速为每分钟转数十五转。
23.进一步地，风力机为常规四叶h型风力机。
24.进一步地，步骤十一中的控制系统的操作步骤为：把安装座安装到风力机转轴上，并根据叶片的长度固定；连接支撑杆到安装座，吧把叶片固定到支撑杆上；风力机的转动通过转轴，通过第一连轴节传到发电机上，从而达到发电的目的；在发电机的轴上使用第二连轴节与磁粉制动器连接，通过磁粉制动控制器控制磁粉制动器的制动力；计算机采集风速、风向传感器、位置传感器、转速传感器的信号，用来控制风力机的停车位置；从而使风力机的停车位置处于易启动的角度范围内。
25.进一步地，叶片为naca4412翼型，叶片的展长为800mm，叶片的弦长为80mm，叶片的叶轮直径为600mm。
26.本发明的有益效果是：针对h型垂直轴风力机具有无法启动的问题，利用实验得到h型垂直轴风力机的启动死点以及低扭矩角度范围，避免风力机停车时停在该范围内，造成风力机不易启动问题的。该方法利用先进的控制技术使风力机在停车时停在最容易启动的角度位置，当具有启动风速时，风力机启动。由于控制了风力机的最佳启动停车角度，降低了风力机的启动力矩，因此大大降低了风力机的启动风速，使h型垂直轴风力机风能利用率更高。另外在风力机上加入了智能传感器判别系统，从而使风力机可以在性能提高上进一步扩展，实现智能型风力机，逐渐提高h型垂直轴风力机的气动性能。
附图说明
27.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
28.图1为本发明的一种解决h型垂直轴风力机启动死角的方法的实施例的系统控制的示意图；
29.图2为本发明的一种解决h型垂直轴风力机启动死角的方法的实施例的流程图。
30.图中：1、叶片；2、支撑杆；3、安装座；4、转轴；5、第一连轴节；6、发电机；7、第二连轴节；8、磁粉制动器；9、转速传感器；10、磁粉制动控制器；11、计算机；12、风速、风向传感器；13、位置传感器。
具体实施方式
31.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
32.本发明的一种解决h型垂直轴风力机启动死角的方法的实施例，如图1至图2所示：一种解决h型垂直轴风力机启动死角的方法，利用目前风力机的气动实验设备，逐步到风力机在一个圆周角度内的各个位置的启动风速，明确划分出h型垂直轴风力机难启动的角度范围和易启动的角度范围。根据风力机的安装风场风向参数，采用先进的信号采集控制技术，确定风力机在停车时应该助停的角度范围，从而使风力机有效的避开风力机转动一周的死角位置。这种方法不仅可以大大降低风力机的启动风速，也可以在风力机达到启动风速时更有利启动风力机，进而增加风力机的发电量，提高风力机的风能利用率和自身效率，具体包括如下步骤：
33.步骤一：风力机安装在实验风洞中，转动风力机叶片以使风力机叶片所停位置为任意位置；
34.步骤二：选定风力机任意一个叶片，叶片上设定预设点，且设定叶片上预设点所对应转轴的位置为零度位置，该位置可以根据需要自己定义；以零度位置为基点，以转轴的轴心为中心，画零度线；然后叶片转动预设角度后，将叶片上预设点与轴心划线，用方法根据预设角度将叶片转动圆周等分，并标记好角度，以便在实验中记录数据；
35.步骤三：将风力机选定的叶片上预设点置于零度位置处；
36.步骤四:开启风洞进行吹风实验，风速从预设启动速度开始，每次风速增加量为速率增加预设量，且在每次风速增加一个速率增加预设量后，停留时间设为第一预设间隔时间，以观察风力机的启动情况；当风力机启动时，记录风速值，以作为风力机对应角度处的启动风速；
37.步骤五：把风力机选定叶片的预设点的位置每转动增加预设角度后，则重复步骤四，直至把风力机所有角度的启动风速实验做完；
38.步骤六：分析实验数据，根据风力机每个角度的启动风速的大小，划分风力机的难启动角度以及易启动角度范围，形成数据文件，以便在后续的风机控制中使用；
39.步骤七：测量风力机的最小维持风力机转动风速：在风力机停止的情况下，开启风洞进行吹风，使风力机充分运转，运转匀速，逐渐减小风速值，且每次风速值减小量为速率减小预设量，风速每次减少一个速率减小预设量后，停留时间设为第二预设间隔时间，以观察风力机是否能维持转动；当风力机不能维持转动，且逐渐停车时，记录对应的风速值，以作为风力机的最小维持风力机转动风速，记作vmin；
40.步骤八：把风力机安装在实际风场中，安装风力机的控制装置，控制装置包括位置传感器、风速风向传感器、发电机、磁粉制动器、磁粉制动控制器和转速传感器；
41.步骤九：当风力机启动后，开启控制系统，观察风力机的控制情况；当测量实际风速小于风力机的最小维持风力机转动风速vmin时，使得风力机无法维持转动；当风力机转速小于预设转速时，磁粉制动控制器开始控制磁粉制动器，并根据角度传感器的位置信号，来控制磁粉制动器制动力的大小；根据风力机的实验数据和风场的风向数据条件确定风力机停机时的叶片位置，使风力机处于易启动位置；
42.步骤十：当风力机停稳后，磁粉控制器的控制信号输出为零，释放磁粉制动器的制动力；
43.步骤十一：系统调试稳定工作：开启控制系统，实现根据实际情况自动控制。
44.在本实施例中，步骤二中预设角度为五度，将叶片转动圆周等分为七十二等分。
45.在本实施例中，步骤四中预设启动速度为2m/s。
46.在本实施例中，步骤四中速率增加预设量0.2m/s，第一预设间隔时间为十秒钟。
47.在本实施例中，步骤七中的速率减小预设量为0.2m/s。
48.在本实施例中，步骤七中的第二预设间隔时间为三十秒。
49.在本实施例中，步骤九中的预设转速为每分钟转数十五转(15rpm)。
50.在本实施例中，风力机为常规四叶h型风力机。
51.在本实施例中，如图1所示，步骤十一中的控制系统的操作步骤为：把安装座3安装到风力机转轴4上，并根据叶片1的长度固定。连接支撑杆2到安装座3，把叶片1固定到支撑杆上。风力机的转动通过转轴4，通过第一连轴节5传到发电机6上，从而达到发电的目的。在发电机6的轴上使用第二连轴节7与磁粉制动器8连接，通过磁粉制动器控制器10控制磁粉制动器8的制动力。计算机11采集风速、风向传感器12、位置传感器13、转速传感器9的信号，用来控制风力机的停车位置。从而使风力机的停车位置处于易启动的角度范围内。
52.在本实施例中，叶片为naca4412翼型，叶片的展长为800mm，叶片的弦长为80mm，叶片的叶轮直径为600mm。
53.结合上述实施例，本发明的使用原理和工作过程如下：使用时，当h型垂直轴风力机具有无法启动时，利用实验得到h型垂直轴风力机的启动死点以及低扭矩角度范围，避免风力机停车时停在该范围内，造成风力机不易启动问题的。该方法利用先进的控制技术使风力机在停车时停在最容易启动的角度位置，当具有启动风速时，风力机启动。由于控制了风力机的最佳启动停车角度，降低了风力机的启动力矩，因此大大降低了风力机的启动风速，使h型垂直轴风力机风能利用率更高。另外在风力机上加入了智能传感器判别系统，从而使风力机可以在性能提高上进一步扩展，实现智能型风力机，逐渐提高h型垂直轴风力机的气动性能。
54.具体的，利用目前风力机的气动实验设备，逐步到风力机在一个圆周角度内的各个位置的启动风速，明确划分出h型垂直轴风力机难启动的角度范围和易启动的角度范围。根据风力机的安装风场风向参数，采用先进的信号采集控制技术，确定风力机在停车时应该助停的角度范围，从而使风力机有效的避开风力机转动一周的死角位置。这种方法不仅可以大大降低风力机的启动风速，也可以在风力机达到启动风速时更有利启动风力机，进而增加风力机的发电量，提高风力机的风能利用率和自身效率。
55.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
技术特征：
1.一种解决h型垂直轴风力机启动死角的方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一：风力机安装在实验风洞中，转动风力机叶片以使风力机叶片所停位置为任意位置；步骤二：选定风力机任意一个叶片，叶片上设定预设点，且设定叶片上预设点所对应转轴的位置为零度位置；以零度位置为基点，以转轴的轴心为中心，画零度线；然后叶片转动预设角度后，将叶片上预设点与轴心划线，用方法根据预设角度将叶片转动圆周等分，并标记好角度，以便在实验中记录数据；步骤三：将风力机选定的叶片上预设点置于零度位置处；步骤四:开启风洞进行吹风实验，风速从预设启动速度开始，每次风速增加量为速率增加预设量，且在每次风速增加一个速率增加预设量后，停留时间设为第一预设间隔时间，以观察风力机的启动情况；当风力机启动时，记录风速值，以作为风力机对应角度处的启动风速；步骤五：把风力机选定叶片的预设点的位置每转动增加预设角度后，则重复步骤四，直至把风力机所有角度的启动风速实验做完；步骤六：分析实验数据，根据风力机每个角度的启动风速的大小，划分风力机的难启动角度以及易启动角度范围，形成数据文件，以便在后续的风机控制中使用；步骤七：测量风力机的最小维持风力机转动风速：在风力机停止的情况下，开启风洞进行吹风，使风力机充分运转，运转匀速，逐渐减小风速值，且每次风速值减小量为速率减小预设量，风速每次减少一个速率减小预设量后，停留时间设为第二预设间隔时间，以观察风力机是否能维持转动；当风力机不能维持转动，且逐渐停车时，记录对应的风速值，以作为风力机的最小维持风力机转动风速；步骤八：把风力机安装在实际风场中，安装风力机的控制装置，控制装置包括位置传感器、风速风向传感器、发电机、磁粉制动器、磁粉制动控制器和转速传感器；步骤九：当风力机启动后，开启控制系统，观察风力机的控制情况；当测量实际风速小于风力机的最小维持风力机转动风速时，使得风力机无法维持转动；当风力机转速小于预设转速时，磁粉制动控制器开始控制磁粉制动器，并根据角度传感器的位置信号，来控制磁粉制动器制动力的大小；根据风力机的实验数据和风场的风向数据条件确定风力机停机时的叶片位置，使风力机处于易启动位置；步骤十：当风力机停稳后，磁粉控制器的控制信号输出为零，释放磁粉制动器的制动力；步骤十一：系统调试稳定工作：开启控制系统，实现根据实际情况自动控制。2.根据权利要求1所述的一种解决h型垂直轴风力机启动死角的方法，其特征在于：步骤二中预设角度为五度，将叶片转动圆周等分为七十二等分。3.根据权利要求1所述的一种解决h型垂直轴风力机启动死角的方法，其特征在于：步骤四中预设启动速度为2m/s。4.根据权利要求1所述的一种解决h型垂直轴风力机启动死角的方法，其特征在于：步骤四中速率增加预设量0.2m/s，第一预设间隔时间为十秒钟。5.根据权利要求1所述的一种解决h型垂直轴风力机启动死角的方法，其特征在于：步骤七中的速率减小预设量为0.2m/s。
6.根据权利要求1所述的一种解决h型垂直轴风力机启动死角的方法，其特征在于：步骤七中的第二预设间隔时间为三十秒。7.根据权利要求1所述的一种解决h型垂直轴风力机启动死角的方法，其特征在于：步骤九中的预设转速为每分钟转数十五转。8.根据权利要求1所述的一种解决h型垂直轴风力机启动死角的方法，其特征在于：风力机为常规四叶h型风力机。9.根据权利要求1所述的一种解决h型垂直轴风力机启动死角的方法，其特征在于：步骤十一中的控制系统的操作步骤为：把安装座安装到风力机转轴上，并根据叶片的长度固定；连接支撑杆到安装座，吧把叶片固定到支撑杆上；风力机的转动通过转轴，通过第一连轴节传到发电机上，从而达到发电的目的；在发电机的轴上使用第二连轴节与磁粉制动器连接，通过磁粉制动控制器控制磁粉制动器的制动力；计算机采集风速、风向传感器、位置传感器、转速传感器的信号，用来控制风力机的停车位置；从而使风力机的停车位置处于易启动的角度范围内。10.根据权利要求1所述的一种解决h型垂直轴风力机启动死角的方法，其特征在于：叶片为naca4412翼型，叶片的展长为800mm，叶片的弦长为80mm，叶片的叶轮直径为600mm。
技术总结
本发明涉及风能发电技术领域，具体涉及一种解决H型垂直轴风力机启动死角的方法，本发明方法步骤为利用目前风力机的气动实验设备，逐步到风力机在一个圆周角度内的各个位置的启动风速，明确划分出H型垂直轴风力机难启动的角度范围和易启动的角度范围。根据风力机的安装风场风向参数，采用目前的信号采集控制技术，确定风力机在停车时应该停的角度范围，从而使风力机有效的避开风力机的死角位置。这种方法不仅可以大大降低风力机的启动风速，也可以在风力机达到启动风速时更易启动风力机，进而增加风力机的发电量，提高风力机的风能利用率和自身效率。用率和自身效率。用率和自身效率。
