JBT10137-1999提水和发电用小型风力机 试验方法

ISC27180F11JB/T101371999提水和发电用小型风力机试验方法TESTINGMETHODSFORSMALLWINDENERGYCONVERSIONSYSTEM19990806发布20000101实施国家机械工业局发布前言本标准的附录A是标准的附录。本标准的附录B和附录C都是提示的附录。本标准由全国风力机械标准化技术委员会提出并归口。本标准起草单位呼和浩特畜牧机械研究所。本标准主要起草人彭永载。本标准于1999年8月首次发布。JB/T101371999前言1范围12试验前的准备13性能试验14生产试验85试验报告10附录A（标准的附录）试验用主要仪器设备16附录B（提示的附录）用脉冲法摄取风轮空气动力特性的几点说明17附录C（提示的附录）调向特性测试中的几点说明18JB/T101371999目次11范围本标准规定了小型风力机的性能试验方法和生产试验方法。本标准适用于水平轴式小功率风力提水机组和风力发电充电机组的现场性能试验和生产试验。2试验前的准备21机具准备试验样机应具有质量检查合格证、使用说明书及必须的技术文件。试验前应对样机主要易损件进行测定，将结果填入表3；试验样机的使用、调整和保养应按使用说明书的规定进行。22仪器准备221试验前必须对测试仪器、仪表及工具见附录A（标准的附录）进行检定和校正。222选择的仪器应使所测值在仪器测量范围的2095之内。23风速风向仪的架设在风力机的两侧与最多风向相垂直的方位上，对称地架设两个风速风向仪，其高度与风轮中心距地面高度等同；而且每一风速风向仪其架设处距风力机塔架中心的距离应是风轮直径的35倍。计算测试值时，取两者的算术平均值。3性能试验31风轮空气动力特性测定测定应在风向不变，风速稳定且小于5M/S的情况下进行。将测定结果填入表1。311测定原理因为在风轮空气动力特性曲线ZFM和ZF中RZ1232RMM2ZM3TJJMDD；TDD4式中风轮的角速度，RAD/S；R风轮半径，M；风速，M/S；Z高速性系数；国家机械工业局19990806批准中华人民共和国机械行业标准提水和发电用小型风力机试验方法TESTINGMETHODSFORSMALLWINDENERGYCONVERSIONSYSTEMJB/T10137199920000101实施JB/T1013719992空气密度，KG/M3；M风轮力矩，NM；M风轮相对力矩；风能利用系数；J风轮转动惯量，KGM2；风轮转角，RAD；T时间，S；风轮角加速度，RAD/S2。故只要在风轮空载的情况下，同步测取风轮从静止一直到同步转速时转角、风速对时间T的函数，在测得风轮的转动惯量J后，Z、M、即可对应求得，从而可以绘制出MFZ和FZ曲线（见图5）。312测定方法3121低速风轮转动惯量的测定AM0的测定让风轮对风，在风轮不带负荷的情况下，用拉力计测取启动力F，同时测取与之对应时刻的风速，然后量取F作用线与风轮回转中心的垂直距离L，则启动力矩M0为M0FLNM5M0亦可采用制动风轮轴，用电测法测取。试验时，亦要求风轮对风，并同步测取风速。相对启动力矩为23002RMM6B启动力矩还标法求J在测得风轮起动角加速度0和相对启动力矩0M后，可求得风轮的转动惯量J02302RMJ73122高速风轮转动惯量的测定让风轮空载，在任一桨叶上离风轮中心距离为L的地方挂上质量为P、半径为R（M）的圆柱体重块（见图1），使风轮的静平衡破坏，然后拉开角（小于或等于5），让其摆动，测出摆动周期，则风轮的转动惯量为2142222LGPRGPPLTJJJ重系8式中P附加重块的质量，KG；L重块距风轮中心的距离，M；G重力加速度，M/S2；T风轮与重块整个系统的摆动周期，S。测定时可测出T秒内的摆动次数K，则有KTT；J系风轮和附加重块整个系统的转动惯量，KGM2；JB/T1013719993J重附加重块P的转动惯量应不大于（810）J，KGM2。图1摆动法测转动惯量示意图3123风轮空气动力特性测定A测试原理框图如图2所示。图2脉冲法测试原理框图B记录讯号的一般形式如图3所示。JB/T1013719994图3脉冲法测定记录带示意图C根据图3，绘制出图4中的T曲线、T曲线。由T曲线，经一次微分和二次微分后，可得T曲线，T曲线。图4T，T，T，T曲线图图3所示记录带可采用下列方法进行整理设时间比例尺为KT，则TTTLTNK（S/MM）式中NT时标线格数；T时间坐标上每格代表的时间，S；LTNT格时标线的距离，MM。设风速比例尺为K，它代表坐标上每1MM高度相当之风速值，可由风速仪的风速标定曲线得到。只要量得风速记录曲线高度H（MM），则风速KHM/S。JB/T1013719995设角度变换装置之测速盘为N等分见附录B（提示的附录）图B2，则每一等分之转角RAD2N。取转角波形从“0”线开始一凸一凹为一个单位，从开始一直到转角波形间隔不变为止，量得从这些单位点到时间“0”线的距离L1，L2，L3，则1；22；33T1KTL1；T2KTL2；T3KTL3从而可得FT曲线，有了FT，根据T，由作图法可得FT，同理由FT，作图可得FT。有条件时，该曲线亦可由电子计算机进行处理。图5风轮空气动力特性示意图32启动风速0的测定试验时，需在风轮对风，机组处于正常工作位置，且风速比较稳定，其变化幅度不大于05M/S时，测取机组由静止状态开始转动大于一圈时的最小风速，这个风速定名为启动风速0。重复试验次数不得少于6次，取其算术平均值，将测试结果填入表5。33调向特性测定图6为测定装置简图。图6调向特性测定装置简图JB/T1013719996风速仪的安装位置同23。在风速大于8M/S和风向不变的情况下，人为地让调速机构不起作用，认定这时风力机的指向和风向仪的指向一致。331调向灵敏度测试在机组处于正常工作位置且静止的情况下进行。根据所测曲线，找出当风向与风轮轴偏转角度为10时风力机开始调向时的风速T1。计算其调向灵敏度K0T00K9式中0启动风速，M/S。332调向稳定性试验时机组处于正常工作状态。依据测试结果，绘制出风力机调向时的过渡过程曲线2（见图7），据此判定其调向的稳定程度。ABCX风向仪的角度变化RAD；D风力机回转体的角度变化RAD图7调向过渡过程曲线图图中，A和B属于稳定的调向过程，而C属于不稳定的调向过程。34输出特性的测定测试需在机组开始工作至自动关车的整个风速范围内进行。限于测试地点风力资源条件，测试时的最高风速可以小于机组关车时的风速，但不得低于机组设计风速的14倍。在整个测试范围内，其测点次数不得少于30次。将测试结果填入表6、表7中。限于仪器条件不能测取瞬时风速时，允许用平均值风速计测得的结果代替式（10）、式（12）的计算值。341风力发电机组每一测试点平均值的测定时距为05MIN，机组按正常工作时接线，同步测取其瞬时风速、充电电流和电压，然后进行计算313NNII平均101当风轮轴线与尾翼之间存在安装角0时，其角度定为100。2A稳定迎风当风向改变时，风轮轴与风向一致后即稳定不动。B超调迎风当风向改变时，风轮轴与风向一致后，风轮轴还继续往风向改变时方向偏转，然后返回，与风向一致后，才稳定不动。C振荡迎风当风向改变时，风轮轴来回摆动。JB/T1013719997NUI11式中平均时距05MIN内风速立方后的平均值，M/S；I瞬时风速，M/S；U时距05MIN内的平均电压，V；I时距05MIN内的平均电流，A；N输出功率，W；N测点次数，次。根据测试结果，作出其输出特性NF平均曲线。342风力提水机组对于拉杆泵，以冲程次数为准，每一测试点的冲程数不得少于30次，同步记录瞬时风速I、平均流量和扬程，然后进行计算313NNII平均12P水QHR13式中Q规定测试冲程次数内的平均流量，M3/S；H相应的平均扬程，M；R水的密度，N/M3；P水功率，W。其他泵，可以时距05MIN为基准进行测试。流量Q的测取，对于拉杆泵采用称重法，其他泵用称重法及流量计法均可。根据测试结果，作出输出特性P水F平均曲线。35转速特性351转速特性的测定转速特性可与输出特性同时测得。风轮转速测定可采用光电式、磁电式等传感器，对于风力发电机组亦可测取其频率进行折算。根据测试结果，绘制平均转速N平均和平均的函数图形N平均F平均。352转速的不均衡度根据测得的N平均F平均曲线，计算其转速的不均衡度1001212NN14式中N2风速等于14倍开始调速风速值时，风轮转速特性上测点的平均值转速，MIN1；N1当风速为开始调速风速值时，风轮转速特性上测点的平均值转速，MIN1；1开始调速时的风速，M/S；214倍开始调速时的风速，M/S。36风轮负载特性的测定由一可变转速的原动机代替风轮去拖动风力机风轮的负载，让负载转速从零变到12倍机组额定输出时的转速，同步测取负载输入端的转速、平均力矩MC（或功率NC），将测试结果填入表8，根据测JB/T1013719998试结果绘制出扭矩MC和功率NC与转速的函数图形。试验时如负载为发电机组，发电机组的接线需与正常工作时保持一致，其负载端电压恒定在7的整数倍且与设计值相符的等级上；如负载为提水机组，其扬程应与设计值相符。37机组特性机组特性指风轮的机械特性与其负载的匹配特性。风轮机械特性是对应于转速的功率的变化，可以根据所测得的风轮空气动力特性，按表2计算结果作出风轮机械特性。同一图上绘制出风轮的负载特性。其一般形式如图8所示。图8风力机组负载曲线图曲线顶上各点为风轮在一定风速时所产生的最大功率值。把机械特性曲线的各顶点相连，得到曲线A，此曲线表示风力机组的最佳工作状态。因此，应使负载曲线（图中虚线）与曲线A相重合。曲线B和B为不利的匹配状态。B工作在非稳定区，B使风力机组输出功率减少。38其他发电机、调节器和提水机具的特性按相应的标准规定进行试验。39修正391风轮输出功率的修正在测取风轮空气动力特性、输出特性时，需进行海拔高度、空气温度的校正（校正到温度为20、压力为101325105BAR）。设试验时温度为T，压力为BBAR，则有NTKFN0155F10101325273293TBK16式中NT为T和BBAR时的功率，W；N0为20和101325105BAR时的功率，W；KF修正系数。4生产试验41试验目的考核风力机组在生产条件下的经济性、可靠性、适应性和耐久性等项技术经济指标。42试验样机不得少于两台，并应分点进行试验，试验点的选择应具有代表性。43样机考核的纯工作时间不得少于2000H，如试验期间发生重大事故（主要工作部件损坏），需重新JB/T1013719999进行试验。考核的最大风速不得低于试验点当年的最大风速。将测试结果填入表9。44试验之后，应测量主要易损件的磨损量及变形量。试验中，零部件损坏时，需记录和测定损坏原因及部位，并记录该零部件累计工作时间。将结果记入表3、表4。45测定技术经济指标451使用可靠性系数100故纯纯TTTK17式中K使用可靠性系数；T纯累计纯工作时间，H；T故累计故障时间，H。452年生产量4521平均风速的测定采用自记风速风向仪，24H自动记录，取正点前10MIN平均数为小时平均值，24次的算术平均值即为日平均风速。如受条件的限制，可采用定时日测4次，取目测2MIN平均值作小时平均值，计算出日测4次的日平均风速，再折算至日测24次值Y008092X18式中Y日测24次平均风速，M/S；X日测4次平均风速，M/S。观测期间的日平均风速为NNII1,CP19式中CP观测期间的日平均风速，M/S；,I每一天的平均风速，M/S；N观测天数。4522年发电量利用直流电度表自动记录发电量，亦允许用记录耗电量的方法来计算发电量。试验时，系统接线需与实际工作时保持一致，且电瓶过充时应及时放电，以确保全部风能得到利用。年发电量计算为876000TWW年20式中W年年发电量，KWH；W0测试期间的总充电量（或总耗电量），KWH；T0测试期间的总延续时间，H。4523年提水量利用水表自动记录提水量，对于拉杆泵，需在水表前加一缓冲池。试验时，提水高度必须与设计值基本一致。JB/T10137199910年提水量计算为876000TQQ年21式中Q年年提水量，M3；Q0试验期间总提水量，M3；T0测试期间总延续时间，H。如果条件不具备，允许用记录总耗水量进行折算。453单位能量的成本A风力机组购置费（按10年折旧）K1；B机组运输及安装费（按10年均分）K2；C其他设备费用（按实际使用年限折旧）K3；D工资K4；E福利基金01K4；F机组修理费K5；G管理费K6；H润滑油等材料费K7；I全年总消耗费用KK1K2K311K4K5K6K7；J能量成本年WKC22式中W年对于发电机组为年发电量，KWH；对于提水机组为年提水量，M3；C能量成本，元/KWH或元/M3。5试验报告51在系统的试验测定后，应将所取得的资料进行整理分析，编写出试验报告。52试验报告内容A试验目的、地点及概况；B样机简介（用途、主要结构及技术特征）；C性能试验结果；D生产试验结果；E使用单位意见及群众评定；F存在问题及改进意见；G结论。JB/T10137199911表1风轮空气动力特性计算用表平均TSRADRAD/SRAD/S1M/S2M/S平均M/SJKGM2MNM232平均RMM平均RZZM123456789101112表2风轮机械特性计算用表ZMRZN30322RMMNMN012101220123JB/T10137199912表2完ZMRZN30322RMMNMN012012012N表3主要零部件磨损情况记录表机具名称型号试验前测定日期试验样机编号试验后测定日期制造单位试验地点序号图号零件名称设计要求测定部位（可用图表示）试验前测定尺寸MM试验后测定尺寸MM磨损量MM累计工作时间H备注测定记录JB/T10137199913表4零部件损坏变形情况记录表机具名称型号测定时间试验样机编号制造单位测定地点序号零部件名称损坏变形情况损坏变形原因累计工作时间H备注记录表5启动风速记录用表年月日测定次数启动风速M/S12345平均测试_地点_记录_温度_表6风力发电机组输出特性和转速特性记录用表温度海拔高度风速电流记录曲线高度MM记录曲线高度MM序号瞬时值313NHHNII平均平均M/S瞬时值平均值平均电流A平均电压V平均功率W平均转速MIN1备注123456781风速标定曲线中每1MM代表风速为M/S；2电流标定曲线中每1MM代表电流为A测试记录地点日期JB/T10137199914表7风力提水机组输出特性和转速特性记录用表温度海拔高度风速流量记录曲线高度MM序号瞬时值313NHHNII平均平均M/S容积M3时间SQM3/S平均扬程M平均功率W转速MIN1备注12345678风速标定曲线中每1MM代表风速为M/S测定记录地点日期表8风轮负载特性记录用表序号平均转速MIN1平均扭矩NM平均功率W1234567891011测定记录日期JB/T10137199915表9生产查定用表机具名称型号风速M/S纯工作时间H日期小时平均风速日平均风速起止时间总计故障停车时间H保养时间H其他试验地点记录JB/T10137199916附录AA1试验用主要仪器设备见表A1。表A1试验用仪器设备序号名称型号规格数量备注1电传风速风向仪2用手持风速仪进行校正2电子风速仪用手持风速仪进行校正3光电传感器14数字脉冲转速表15光线示波器6笔录仪17数整仪SZ418集流环19应变仪10拉压传感器111气压计12温度计010010513电压表105级14电流表05级15台秤1001KG16分流器17直流电度表118水表19秒表220万用表1（标准的附录）试验用主要仪器设备JB/T10137199917附录BB1试验装置可按图B1接线。图B1脉冲法测空气动力特性装置示意图B2电传风速仪的改装可按图B1加一附加电路直接接至光线示波器振子。为了提高其灵敏度，亦可经过一高阻输入低阻输出的直流放大器接至振子。B3测速盘为了不致因测试而影响风轮的性能，可用薄铁皮或三合板等按图B2的形状制作，将其固定在风轮上，让其中心与风轮中心重合。面向传感器一面贴上同样形状的白纸，在白纸上画出黑白相间且等距离的N个等分，每个等分的距离应大于25MM，且212DD应不小于15MM。图B2测速盘形状图（提示的附录）用脉冲法摄取风轮空气动力特性的几点说明JB/T10137199918B4光线示波器的时标需用标准讯号发生器进行校准。B5光电传感器接线因其系电压输出，末级电路如图B3所示。为了接振子，一个办法是在电路打叉处断开，引出两根线接振子；另一个办法是在图中虚线处接电阻R后，再接振子，R可取51K左右。图B3光电传感器末级电路示意图B6操作细节风轮处于起点位置时，光点应对准黑白交界处的白线或黑线。B7数字转速表系作为监视用，测试中将其放至测频档。测试过程中，其频率是慢慢增加的，当有3次的读数连续不变时，即可停止测量。附