利用PULSE19裝置和TR-PIV裝置構(gòu)建了發(fā)電機(jī)、塔架加速度與風(fēng)輪尾跡發(fā)展的同步監(jiān)測系統(tǒng),針對直徑1.4 m的小型水平軸風(fēng)力機(jī)振動特性及葉尖附近湍流渦旋進(jìn)行了測試與分析,證實了風(fēng)輪振動與尾流發(fā)展之間存在密切關(guān)聯(lián)性。由風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)形成的一次諧波能量值最高。對比加速度與尾流的頻譜圖,發(fā)現(xiàn)加速度峰值與尾流能量峰值對應(yīng)的特征頻率相近,風(fēng)輪振動的能量傳遞到了流場中。風(fēng)力機(jī)發(fā)生偏航后,風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)三倍頻與尾流一次諧波間能量傳遞受阻,偏航角小于10°時,尾流能量值對振動加速度值的變化較敏感,而隨著偏航角的增加,兩者之間的關(guān)聯(lián)性減小。 

【文章來源】：振動與沖擊. 2018,37(13)北大核心

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

測試現(xiàn)場Fig．6Testsite(c)加速度傳感器(d)信號采集

LSE19采用德國LaVision公司研發(fā)的TＲ-PIV粒子圖像測速技術(shù)系統(tǒng)完成風(fēng)輪尾跡流動信息的采集，如圖3所示。圖3尾跡測試系統(tǒng)TＲ-PIVFig．3WaketestsystemTＲ-PIV加速度信號由四個振動加速度傳感器負(fù)責(zé)采集，1#傳感器的安轉(zhuǎn)位置為發(fā)電機(jī)前端靠近風(fēng)輪處的側(cè)面，距地面150cm與風(fēng)輪軸心同高，2#傳感器位于發(fā)電機(jī)頂端軸線正上方，距地面154．3cm，3#傳感器位于發(fā)電機(jī)中部側(cè)上方，距地面153．3cm，4#傳感器位于塔架中上部與1#傳感器同側(cè)，距地面120cm，具體安裝位置如圖6(c)所示。通過對比各傳感器輸出信號，發(fā)現(xiàn)1#與2#傳感器信號輸出更為可靠，且已有研究表明靠近風(fēng)輪處傳感器的輸出信號更接近風(fēng)輪真實的振動情況［20-21］。傳感器X方向垂直于旋轉(zhuǎn)平面指向風(fēng)輪，Y方向平行于旋轉(zhuǎn)平面水平向外，Z方向豎直向下。傳感器通過卡槽固定在墊片內(nèi)，墊片通過502膠固接在測點(diǎn)處。運(yùn)用TＲ-PIV拍攝風(fēng)輪尾跡流動信息，高頻CCD相機(jī)采用仰視拍攝的方式，將CCD相機(jī)鏡頭垂直向上放置在風(fēng)輪葉片正下方，激光器位于風(fēng)力機(jī)后1m處發(fā)射垂直于旋轉(zhuǎn)平面的水平片光源。該種拍攝方法，降低了相機(jī)架設(shè)重心，使相機(jī)拍攝時更為穩(wěn)定，有效的保護(hù)相機(jī)，而又不降低拍攝要求與精度。試驗在位于內(nèi)蒙古自治區(qū)新能源示范基地所屬B1/K2型低速低湍流風(fēng)洞開口實驗段內(nèi)進(jìn)行，距風(fēng)洞出口一定距離的適當(dāng)位置處安裝風(fēng)力機(jī)并用緊固螺栓固定于地面，并為風(fēng)力機(jī)機(jī)頭處安裝偏航裝置，偏航裝置為兩個U型卡盤，根據(jù)試驗所需偏航角度用緊固螺栓將機(jī)頭與塔架固定。風(fēng)輪轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)通過美國Fluke公司研制的高精度六相功率檢測分析系統(tǒng)Norma5000

(a)λ=4．5振動譜(b)λ=4．5功率譜(c)λ=5振動譜(d)λ=5功率譜圖7振動響應(yīng)譜與流場功率譜Fig．7Spectrumofvibrationresponseandflowfieldpower流動時會產(chǎn)生內(nèi)摩擦力，流體在運(yùn)動狀態(tài)下具有抵抗剪切變形的性質(zhì)，是流體的固有屬性，因此當(dāng)流固之間發(fā)生相互作用時，若不考慮流體密度變化，流體可視為不可壓縮流體，具有質(zhì)量和速度。故將葉尖及其后附近的流體作為一個系統(tǒng)，當(dāng)來流風(fēng)速與風(fēng)輪轉(zhuǎn)速一定時，葉片所受沖量一定，系統(tǒng)水平軸向方向合外力為零。根據(jù)動量守恒，當(dāng)葉片發(fā)生位移并與空氣發(fā)生摩擦和碰撞，葉片振動速度減小，動量減小，而一定質(zhì)量的空氣移動速度加快，動量增加，進(jìn)而葉尖振動與流體脈動之間形成了一個聯(lián)動系統(tǒng)，兩個不同的物理場之間發(fā)生密集的動量傳遞與交換，當(dāng)葉片振動頻率變快，流體的脈動頻率也增大。故當(dāng)葉片發(fā)生特征頻率下的表2振型參照表Tab．2Vibrationmodeplate編號振型1軸向竄動2圓盤效應(yīng)31階振動4旋轉(zhuǎn)基頻5旋轉(zhuǎn)2倍頻6旋轉(zhuǎn)3倍頻(一次諧波)7旋轉(zhuǎn)4倍頻8二次諧波9三次諧波10四次諧波振動時，葉尖附近的流體也會隨著葉片發(fā)生相似的脈動。(2)定義λ為尖速比，Vib為振動頻率，Pow為流場脈動頻率。如表3、4所示，風(fēng)速11m/s，對比不同尖速比下，振動頻譜與功率譜中對應(yīng)峰值頻率之間的相對誤差δ=Δ/L×100%，Δ=Vib－Pow，L=Vib，得到δ＜8．2%，對應(yīng)關(guān)系較好。圖7(a)所示，尖速比為4．5時，由于旋轉(zhuǎn)基頻與軸向竄動頻率相近，故軸向竄動被旋轉(zhuǎn)基頻淹沒。而對于能量譜中某些固有頻率缺失可能是由于能量傳遞過程中的耗散或被淹沒造?

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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