(高清版)GB∕T 19068.3-2019 小型風力發(fā)電機組 第3部分：風洞試驗方法

ICS27.180GB/T19068.3—2019代替GB/T19068.3—2003小型風力發(fā)電機組第3部分：風洞試驗方法國家市場監(jiān)督管理總局中國國家標準化管理委員會GB/T19068.3—2019 Ⅲ V 1 13術(shù)語、定義和符號 1 2 4 67數(shù)據(jù)采集和處理 8試驗報告格式和內(nèi)容 IⅢGB/T19068.3—2019——第1部分：技術(shù)條件；——第2部分：試驗方法； 本部分為GB/T19068的第3部分。本部分按照GB/T1.1—2009給出的規(guī)則起草。本部分代替GB/T19068.3—2003《離網(wǎng)型風力發(fā)電機組第3部分：風洞試驗方法》。與——調(diào)整了本部分的適用范圍(見第1章，2003年版的第1章);——增加了規(guī)范性引用文件(見第2章);——增加了部分符號說明(見第3章);——增加了基本要求并更新了原技術(shù)條件章節(jié)(見第4章);——增加了試驗程序(見第5章);——更新了試驗方法(見6.9.1.7,2003年版的4.9.1);——增加了試驗項目(見6.9.2);——增加了數(shù)據(jù)采集和處理的相關(guān)要求(見第7章);——修改了對于試驗報告的部分要求(見第8章，2003年版的第5章)。本部分由中國機械工業(yè)聯(lián)合會提出。本部分由全國風力機械標準化技術(shù)委員會(SAC/TC50)歸口。本部分所代替標準的歷次版本發(fā)布情況為：——GB/T19068.3—2003。GB/T19068.3—2019目前已大量應(yīng)用于科學研究以及小型風力發(fā)電機組檢測。近年來風洞試驗技術(shù)得到了很大的發(fā)展，試驗方法和技術(shù)指標也不斷更新。國內(nèi)風電行業(yè)自主研發(fā)高性能產(chǎn)品，不僅需要通過風洞試驗對產(chǎn)品性技術(shù)標準中部分指標落后、不包括一些新的試驗項目，已不能為當前的試驗工作提供充分的規(guī)范化指1GB/T19068.3—2019GB/T19068的本部分規(guī)定了小型風力發(fā)電機組(以下簡稱“機組”)在低速風洞中進行試本部分適用于輸出功率為10kW以下小型風力發(fā)電機組，其他形式的風能轉(zhuǎn)換裝置的鑒定評估也2規(guī)范性引用文件下列文件對于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文GB/T17646小型風力發(fā)電機組CM:風輪扭矩系數(shù)。Cp:風輪風能利用系數(shù)。Cp,:第i個測點對應(yīng)的壓力系數(shù)。Cp:未經(jīng)洞壁干擾量修正的風輪風能利用系數(shù)。Cr:風輪推力系數(shù)。P:海拔1000m標準大氣條件下的輸出功率，W。Pn:海拔1000m標準大氣條件下的風輪機械輸出功率，W。2GB/T19068.3—2019e:風輪阻塞效應(yīng)修正因子。po:海拔1000m標準大氣密度，取po=1.111kg/m3,kg/m3。4基本要求4.1.1試驗任務(wù)書是試驗承擔方實施風洞試驗的主要技術(shù)依據(jù)，由試驗委托方編寫，經(jīng)委托方與承擔方共同確定。d)確定相關(guān)試驗設(shè)備；e)確認與數(shù)據(jù)處理有關(guān)的模型幾何參數(shù)，給出數(shù)據(jù)修正方案4.3.1試驗風洞應(yīng)根據(jù)風輪尺寸選取。風輪掃掠面積宜不大于閉口試驗段橫截面積的15%,或不大于開口試驗段橫截面積的25%。4.3.2風洞風速控制范圍應(yīng)覆蓋測試要求的風速范圍。一般最小風速不大于2m/s,最大風速不小于15m/s;1min內(nèi)，試驗段脈動風速的最大值與最小值之差宜不大于0.2m/s;試驗段中心橫截面80%的面積內(nèi)的最大速度與最小速度差不大于0.2m/s;試驗段中心橫截面80%的面積內(nèi)局部氣流偏角不大段內(nèi)氣流溫度變化率不超過15℃/h。4.4.1試驗機組應(yīng)在風洞試驗前完成動平衡和靜平衡調(diào)試。相應(yīng)測試數(shù)據(jù)應(yīng)隨機組交接。3GB/T19068.3—2019試驗機組支架系統(tǒng)應(yīng)具有足夠的強度與剛度，與風洞的安裝接口匹配。機組支架可與正常使用機4.6.1機組支架系統(tǒng)應(yīng)能實現(xiàn)姿態(tài)角變化，姿態(tài)角的控制誤差應(yīng)不大于3'。制造廠或標準試驗室)進行校驗。c)安裝位置：在風洞試驗流場均勻區(qū)內(nèi)或其他能反映風輪處風速的位置。4.6.4對大氣溫度計的要求如下：a)測量范圍：—20℃~60℃;4.6.5對大氣壓力計的要求如下：b)測量誤差：相對誤差不大于1%;4.6.6對轉(zhuǎn)速傳感器的要求如下：a)測量范圍：不小于試驗機組風輪額定轉(zhuǎn)速的2倍；a)測量范圍：不小于試驗機組額定值的2倍；b)精度等級：不低于0.5級。a)測量范圍覆蓋試驗機組風輪額定載荷，不大于試驗機組風輪額定載荷的10倍；b)測量誤差：相對誤差不大于0.5%。4.6.9對角度傳感器的要求如下：b)測量誤差：±0.5°。4.6.10負載宜使用電阻型負載器，應(yīng)可連續(xù)調(diào)節(jié)大小，負載額定功率不小于試驗使用負載控制方法出現(xiàn)風輪轉(zhuǎn)速不易穩(wěn)定的狀況時，應(yīng)記錄對應(yīng)的轉(zhuǎn)速和尖速比范圍。在進行風輪空4GB/T19068.3—20194.6.12壓強傳遞裝置應(yīng)有良好的內(nèi)部通氣性和對外的密閉性。4.6.13對于測壓傳感器的要求如下：a)當測量獲得的未經(jīng)修正的壓強系數(shù)絕對值大于3時，測壓傳感器的精準度值應(yīng)小于風洞試驗動壓值的0.5%;否則，測壓傳感器的精準度值應(yīng)小于風洞試驗動壓值的0.3%;b)測壓傳感器應(yīng)在其量程范圍內(nèi)使用，選用測壓傳感器時，其量程裕度宜大于20%;5試驗程序5.2.2交接時應(yīng)依據(jù)4.4檢查物品是否齊全。5.3.2壓強感受元件及與其固聯(lián)的壓強傳遞裝置的檢查應(yīng)在試驗階段進行。當采用測壓孔進行測壓a)測壓孔數(shù)量和位置。測壓孔數(shù)量應(yīng)不少于設(shè)計測點數(shù)的98%,缺失的孔位應(yīng)記錄；隨機檢查不少于總數(shù)5%的測壓孔的位置，不合格測點的數(shù)量應(yīng)在抽取數(shù)量的10%以內(nèi)，與設(shè)計不符的測點應(yīng)測定其真實位置并記錄(位置測定可在試驗結(jié)束之后進行)。b)通氣性與氣密性。不合格測點數(shù)不多于設(shè)計值的4%。c)測壓孔質(zhì)量。不合格測壓孔應(yīng)在現(xiàn)場進行處理，處理后仍不合格的測壓孔數(shù)量應(yīng)低于測點總數(shù)的2%以內(nèi)。d)相鄰不合格測點的數(shù)量應(yīng)不超過三個。a)對試驗機組進行必要的調(diào)整；c)修整或重新加工試驗機組。對測量系統(tǒng)檢查的要求如下：a)測量系統(tǒng)檢查應(yīng)在試驗前完成，檢查與試驗的時間間隔不應(yīng)超過15天。遞裝置可采取抽樣檢查方式，其樣本應(yīng)有典型性且抽樣率不應(yīng)小于1%。全系統(tǒng)組裝后，正式c)測量系統(tǒng)檢查的項目和要求應(yīng)符合4.6的規(guī)定。5GB/T19068.3—2019Lss≤0.05√S,…………(1)安裝就位后應(yīng)對試驗機組與風洞坐標軸系的初始姿態(tài)進行調(diào)整。若初始姿態(tài)偏差值大于3',則在數(shù)據(jù)處理時應(yīng)進行初始姿態(tài)修正。風向風力機軸線風洞中心軸線試驗機組風向風力機軸線風向風力機軸線風洞中心軸線試驗機組風向風力機軸線a)側(cè)視圖b)俯視圖按運轉(zhuǎn)計劃表的要求進行試驗，動壓的控制精度為0.5%。試驗過程中應(yīng)對試驗機組實施監(jiān)控。a)試驗機組出現(xiàn)結(jié)構(gòu)破損或出現(xiàn)結(jié)構(gòu)破損的征兆；6GB/T19068.3—2019a)試驗結(jié)果與預期值存在明顯差異時；c)測試點損壞過多(大于7%),造成試驗結(jié)果分析或應(yīng)用困難時；d)試驗委托人或試驗承擔方認為有必要中斷試驗時；新試驗。a)完成運轉(zhuǎn)計劃表全部試驗內(nèi)容及全部補充內(nèi)容；a)試驗數(shù)據(jù)能安全保存和方便調(diào)用；b)試驗設(shè)備能妥善保存或方便使用；c)試驗模型能長期妥善保存或運輸；d)后續(xù)試驗任務(wù)或其他工作能方便地進行。6試驗方法(輪轂或聯(lián)軸器)上的扭矩或切向力。測量切向力時，起動力矩按式(2)計算：Mg=FLL…………(2)式(6)計算試驗機組輸出功率和效率。重復測量三次(需量化精度，則不低于五次),分別取P和η的算術(shù)平均值為機組額定功率和機組效率。7GB/T19068.3—2019 (3) (3) (4) (5) (6)6.5功率輸出特性試驗6.5.1在試驗機組風輪處于自由、迎風狀態(tài)下，啟動風洞，使風速穩(wěn)定至各試驗風速，調(diào)節(jié)試驗負載使試驗機組控制器輸出功率最大，當風輪運行穩(wěn)定后測量控制器輸出端輸出電壓和電流，按式(5)計算機組輸出功率。6.5.2在試驗風速不大于1.5倍機組額定風速時，相鄰兩試驗風速間隔宜為1m/s;風速大于1.5倍機組額定風速時，相鄰試驗風速間隔宜為2m/s:最小試驗風速為起動風速，最大試驗風速應(yīng)為以下各項約束的最小值：a)風洞保證安全運行的最大風速；b)試驗機組保證安全運行的最大風速。重復上述步驟三次(需量化精度，則不低于五次),分別取各試驗風速下試驗機組輸出功率的算術(shù)平均值，給出試驗機組輸出功率隨風速變化的曲線，如圖2所示。圖2機組功率輸出特性曲線6.6偏航試驗6.6.1固定試驗機組風輪軸線與風洞軸線的夾角至規(guī)定的風輪偏角或仰角，啟動風洞，使風速穩(wěn)定至各試驗風速。調(diào)節(jié)試驗負載使試驗機組控制輸出功率最大，當風輪運行穩(wěn)定后測量控制器輸出端輸出電壓和電流，按式(5)計算機組輸出功率。三次在完整的風速序列下重復完成上述步驟(需量化精度，則不低于五次),取各試驗風速下機組輸出功率的算術(shù)平均值，給出機組在給定風輪偏角或仰角下機組輸出功率隨風速變化的曲線。6.6.2試驗風速選取應(yīng)符合6.5.2的規(guī)定。6.6.3改變風輪偏角或仰角，重復上述試驗，給出機組在不同風輪偏角或仰角下輸出功率隨風速變化的曲線。8GB/T19068.3—20196.7調(diào)速特性試驗在試驗機組進行功率特性輸出試驗和偏航試驗時，同時測量風輪轉(zhuǎn)速，并繪出風輪轉(zhuǎn)速隨風速變化的曲線。6.8空載電壓特性試驗6.8.1在試驗機組空載，風輪處于自由、迎風狀態(tài)下，啟動風洞，使風速穩(wěn)定至各試驗風速，當風輪運行穩(wěn)定后測量控制器端輸出電壓。重復上述步驟三次(需量化精度，則不低于五次),分別取各試驗風速下機組輸出電壓的算術(shù)平均值，給出機組輸出電壓隨風速變化的曲線。6.8.2試驗風速選取應(yīng)符合6.5.2的規(guī)定。6.9風輪空氣動力特性試驗6.9.1風能利用系數(shù)、推力系數(shù)試驗6.9.1.1風能利用系數(shù)宜采用測量風輪扭矩及轉(zhuǎn)速的方法(定轉(zhuǎn)速法)獲得，也可采用變轉(zhuǎn)速法或其他方法測量。不同試驗方法獲得的結(jié)果不一致時，以定轉(zhuǎn)速法試驗結(jié)果為準。6.9.1.2推力系數(shù)采用測量風輪推力的方法獲得。6.9.1.3在試驗機組無尾舵，風輪迎風狀態(tài)下，啟動風洞并穩(wěn)定風速至機組額定風速，調(diào)節(jié)試驗負載得到不同的風輪轉(zhuǎn)速，在每一轉(zhuǎn)速下風輪穩(wěn)定運行50s后，同步測量風輪扭矩、推力、轉(zhuǎn)速，每個測點采集間距宜10s～15s,各通道采樣頻率宜大于600Hz。將測量的載荷轉(zhuǎn)換到風輪軸系，按式(7)～式(10) (7) (8) (9) (10)6.9.1.4在高風能利用系數(shù)的葉尖速度比范圍內(nèi)取3個～5個測點，按上述步驟重復三次，取各次測量的最大風能利用系數(shù)的算術(shù)平均值為機組風輪最大風能利用系數(shù)(未修正)。6.9.1.5改變機組偏角或仰角，可測量風輪在不同偏角或仰角時的風能利用系數(shù)和推力系數(shù)。6.9.1.6對轉(zhuǎn)速相對穩(wěn)定的風輪，可在不同風速下進行測量，以獲得不同的葉尖速度比，測量前應(yīng)調(diào)節(jié)試驗負載使機組輸出功率最大。6.9.1.7由于風輪在風洞試驗段形成堵塞作用，在風洞試驗段中進行風能利用系數(shù)測試時應(yīng)對洞壁干擾量進行修正，在閉口試驗段進行試驗時，宜采用壁壓信息修正法進行修正；當機組風輪掃掠面積不超過風洞試驗段橫截面積8%時，可按式(11)～式(14)進行修正；當機組風輪掃掠面積超過風洞試驗段橫截面積8%時，按式(15)～式(19)進行修正。 ( (11) (12) (13)9 (14) (14) (15) (16) (17) (18) (19)完成上述計算、修正后繪制f(Cp,λ)曲線，如圖3。圖3風輪空氣動力特性曲線6.9.2葉片測壓試驗在試驗機組風輪處于給定偏航角、迎風狀態(tài)下，啟動風洞并穩(wěn)定風速至機組的額定風速下，按試驗要求調(diào)節(jié)試驗負載器，當風輪運行穩(wěn)定后測量風輪葉片所受壓力，壓力傳感器輸出端輸出測量點壓強，按式(20)計算試驗機組葉片各點的壓力系數(shù)。試驗風速選取應(yīng)符合6.5.2的規(guī)定?！跈C組的三維旋轉(zhuǎn)流場中不能直接測得上述壓力，實際測試中宜在截面前緣安裝多孔探針，通過數(shù)據(jù)后處理得到測量到截面的等效遠場速度矢量，并根據(jù)截面的等效遠場速度推算得到上述壓力。當測壓試驗目的僅是獲取不同工況下葉片表面壓力分布，而不與翼型氣動特性做相關(guān)分析時，進行式(20)所示的無量綱化處理時，p。、q?？蛇x取機組遠前方自由氣流的靜壓和動壓。6.10風力發(fā)電機組功率輸出特性計算用6.9.1獲得的f(Cp,λ)曲線，分別取風速3m/s、4m/s、5m/s……v,m/s,按式(21)、式(22)計算出風輪轉(zhuǎn)速和輸出功率：……………………GB/T19068.3—2019如圖4。PN/W=v4v=v2y=Vi7數(shù)據(jù)采集和處理7.1.3經(jīng)優(yōu)化后的采集數(shù)據(jù)稱為試驗原始數(shù)據(jù)。原始數(shù)據(jù)的記錄、貯存有效數(shù)位應(yīng)不少于十進制的7.2.1試驗結(jié)果數(shù)據(jù)可進行氣流偏角、洞壁干擾、阻塞效應(yīng)等修正。在不能確實證明修正方法的可靠7.2.2數(shù)據(jù)修正流程宜在報告中分步驟說明。7.3.1每個試驗數(shù)據(jù)文件應(yīng)有唯一的文件名。始數(shù)據(jù)或試驗結(jié)果數(shù)據(jù)等。數(shù)據(jù)的定位信息可是序列號或測試點位置坐標等，試驗數(shù)據(jù)部分各項數(shù)據(jù)之間應(yīng)有分隔符。7