專利名稱：風能離心泵模擬試驗系統的制作方法
技術領域：
本發明屬于節水灌溉和新能源利用領域，特指風能離心泵模擬試驗系統。
背景技術：
我國偏遠落后的西部地區由于電網不易到達，地下水資源利用率極低，導致土地沙化，生態環境日益惡化，農作物減產，甚至很多無電人口連生活用水都沒有徹底解決，這些問題嚴重阻礙了我國西部地區經濟社會的發展。然而在這些地區風能資源豐富，開發潛力大，利用風能驅動水泵提取地下水將能大大緩解我國西部無電貧困地區百姓飲水和農牧業用水問題。風能泵系統是快速發展起來的一種綠色新能源利用技術，其關鍵設備深井泵的水力性能與風電動力系統匹配問題直接影響系統的效率與穩定性。長期以來，風電提水系統中水泵一般都是直接從現有產品中進行選型，其設計與試驗多是在額定工況下進行， 導致深井泵與風電系統的性能匹配常常達不到最佳。然而，由于風速、方向和能量隨季節、 海拔高度、地域、地表粗糙度不同而變化，風能泵工作時，它的運行工況是不斷變化的，對深井泵工作的效率、穩定與可靠性影響很大。當在室內進行試驗時，多數試驗所測量的設計工況下的性能參數不能真正反映風能泵實際應用中的性能，因此，考慮試驗的成本與操作方便，有必要設計一種能夠模擬風能離心泵工作狀態的試驗裝置。經檢索，目前還沒有相關的申報專利。
發明內容
本發明的目的是模擬風能泵系統實際工作狀態，在變工況下對風能用深井水泵進行試驗，解決風能泵實驗時風能條件難以滿足試驗要求等在室內試驗所不能考慮到的實際應用問題，方便地為風能泵的多工況設計與運行可靠性研究提供試驗條件。風能離心泵模擬試驗系統，包括測量控制系統、風力模擬驅動系統和水力循環管路系統；風力模擬驅動系統與水力循環管路系統連接，又分別與測量控制系統連接，通過測量控制系統進行試驗過程中的壓力、流量等的控制與數據采集、分析；
其中測量控制系統包括計算機、數據采集儀、配電柜、出口壓力變送器、流量計、出口流量調節閥，計算機、數據采集儀與配電柜串聯在一起，數據采集儀分別與出口壓力變送器、 流量計相連，用來采集試驗中的壓力與流量數據。
其中風力模擬驅動系統包括風力模擬電機、風力模擬控制器、發電機、變頻控制器，數據采集儀與風力模擬電機連接，用風力模擬控制器調節風力模擬電機模擬風能，進而帶動發電機，發電機與深井水泵相連，并通過變頻控制器對深井水泵實施變頻調速控制，驅動深井水泵工作。其中水力循環管路系統包括深井水泵、泵出水管、水池，深井水泵放置于水池中， 上端接泵出水管，泵出水管上依次設有出口壓力變送器、流量計、出口流量調節閥，泵出水管終端接入水池中構成循環回路。本發明的原理與使用方法為搭建水泵測試試驗臺，用風力模擬控制器根據不同風速條件下風力機的特性曲線驅動風力模擬電機模擬風能，通過變頻控制器對水泵實施變頻調速控制，驅動深井水泵在變工況下工作，最后利用數據采集儀通過出口壓力變送器、流量計測得所需的壓力、流量等試驗參數，測試深井水泵的性能及運行特性。本發明的優點在于試驗系統結構簡單，操作方便，完全模擬風能離心泵的實際工作狀態，試驗不受天氣、風速等的氣候條件影響，成本低，完善了風能泵試驗裝置。
圖1為風能離心泵模擬試驗系統示意圖；圖中，1.計算機，2.數據采集儀，3.風力模擬電機，4.風力模擬控制器，5.發電機，6.變頻控制器，7.配電柜，8.出口壓力變送器， 9.流量計，10.深井水泵，11.出口流量調節閥，12.泵出水管，13.水池。
具體實施例方式如圖1所示，本發明包括計算機1，數據采集儀2，風力模擬電機3，風力模擬控制器 4，發電機5，變頻控制器6，配電柜7，出口壓力變送器8，流量計9，深井水泵10，出口流量調節閥11，泵出水管12，水池13等部分。風能離心泵模擬試驗系統由測量控制系統、風力模擬驅動系統、水力循環管路系統組成，風力模擬驅動系統與水力循環管路系統連接，又分別與測量控制系統連接，通過測量控制系統進行試驗過程中的壓力、流量等的控制與數據采集、 分析。測量控制系統包括計算機1、數據采集儀2、配電柜7、出口壓力變送器8、流量計9、出口流量調節閥11，計算機1、數據采集儀2與配電柜7串聯在一起，數據采集儀2分別與出口壓力變送器8、流量計9相連，分別用于測試深井水泵10的出口壓力、流量，出口流量調節閥 11用于調節深井水泵10的流量；風力模擬驅動系統包括風力模擬電機3、風力模擬控制器 4、發電機5、變頻控制器6，風力模擬電機3左邊與數據采集儀2連接，用風力模擬控制器4 根據不同風速條件下風力機的特性曲線驅動風力模擬電機3模擬風能，進而帶動右邊的發電機5，發電機5右邊與深井水泵10相連，并通過變頻控制器6對深井水泵10實施變頻調速控制，驅動深井水泵10工作；水力循環管路系統包括深井水泵10、泵出水管12、水池13， 深井水泵10放置于水池13中，上端接泵出水管12，泵出水管12上依次設有出口壓力變送器8、流量計9、出口流量調節閥11，泵出水管12終端接入水池13中構成循環回路。工作過程為根據不同風速條件下風力機的特性曲線，由風力模擬控制器4驅動風力模擬電機3工作，風力模擬電機3帶動發電機5，通過變頻控制器6對深井水泵10實施變頻調速控制，驅動深井水泵10變工況工作；水由水池13被泵入深井水泵10，被測深井水泵10的出水經出口壓力變送器8、流量計9及出口流量調節閥11流回水池，形成一個回路。壓力變送器8完成出口壓力的測量，流量計9則完成流量的測量。改變不同工況，并通過出口流量調節閥11調節深井水泵10的流量，由數據采集儀2對上述參數進行實時測量， 然后通過計算軟件對深井水泵的壓力、流量、效率等性能參數進行計算，生成相應的試驗性能曲線。實施例本發明的風能離心泵模擬試驗系統在江蘇大學流體機械多功能水泵試驗臺上進行了試驗研究，首先搭建如圖1所示的試驗臺，試驗用泵為本單位自主設計開發的深井離心泵，性能參數為額定轉速為600r/min，額定揚程H=15m，額定流量Q=20m3/h ；通過風力模擬控制器設置模擬風機參數為風能利用系數0. 40 ；葉尖速比4. 2 ；額定風速為8 m/s。試驗初始風速為6m/s，如后風速增加到8 m/s, IOs后迅速降到4 m/s，試驗結果如下 風速穩定期，系統運行穩定，機組達到較高效率，在額定風速8 m/s下，發電效率達到 45%，實測水泵流量為Q=18m3/h，揚程為H=10m。在低風速區(4 m/s 6m/s)，雖然泵的流量和揚程均有所下降，但機組最高效率仍高于全國平均水平，說明該系統具有較寬的高效運行區間，水泵與模擬風機匹配良好。 實踐表明，本發明的風能離心泵模擬試驗系統能完全模擬風能離心泵的實際工作狀態，試驗效果好，成本低，不受天氣、風速等的氣候條件影響，為日常風能離心泵的試驗研究提供了便利條件。
權利要求
1.風能離心泵模擬試驗系統，其特征在于包括測量控制系統、風力模擬驅動系統和水力循環管路系統；風力模擬驅動系統與水力循環管路系統連接，又分別與測量控制系統連接，通過測量控制系統進行試驗過程中的壓力、流量等的控制與數據采集、分析；其中測量控制系統包括計算機、數據采集儀、配電柜、出口壓力變送器、流量計、出口流量調節閥，計算機、數據采集儀與配電柜串聯在一起，數據采集儀分別與出口壓力變送器、 流量計相連，用來采集試驗中的壓力與流量數據；其中風力模擬驅動系統包括風力模擬電機、風力模擬控制器、發電機、變頻控制器，數據采集儀與風力模擬電機連接，用風力模擬控制器調節風力模擬電機模擬風能，進而帶動發電機，發電機與深井水泵相連，并通過變頻控制器對深井水泵實施變頻調速控制，驅動深井水泵工作；其中水力循環管路系統包括深井水泵、泵出水管、水池，深井水泵放置于水池中，上端接泵出水管，泵出水管上依次設有出口壓力變送器、流量計、出口流量調節閥，泵出水管終端接入水池中構成循環回路。
全文摘要
本發明風能離心泵模擬試驗系統，屬于節水灌溉和新能源利用領域。它包括風力模擬電機、風力模擬控制器、發電機、變頻控制器、出口壓力變送器、流量計、深井水泵、出口流量調節閥、泵出水管、水池，其中用風力模擬控制器根據不同風速條件下風力機的特性曲線驅動風力模擬電機模擬風能，帶動發電機，通過變頻控制器對水泵實施變頻調速控制，驅動深井水泵在變工況下工作，最后利用數據采集儀通過出口壓力變送器、流量計測得所需的壓力、流量等試驗參數，測試深井水泵的性能及運行特性。試驗系統結構簡單，操作方便，完全模擬風能離心泵的實際工作狀態，試驗不受天氣、風速等的氣候條件影響，成本低，完善了風能泵試驗裝置。
文檔編號F04D15/00GK102536849SQ201210047730
公開日2012年7月4日 申請日期2012年2月29日 優先權日2012年2月29日
發明者周嶺, 張華 , 徐焰棟, 施衛東, 李偉, 蔣小平 申請人:江蘇大學