CN112761898A - 一种安装在风力发电机前部的前置风速管 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种安装在风力发电机前部的前置风速管，涉及风力发电机领域；该安装在风机中心前的前置风速管用于精确测定风机前方来风的风速，提高风机发电效率；该前置风速管是经改进的典型的皮托管；皮托管测量前方来风气流的动压和静压，得到的结果是风速；并将测量到的风速发送给风机机载设备处理，通过处理后得到的精确的风机叶片正确工作角度，用来调整风机叶片正确工作角度，取得最大发电效率。本发明通过安装在风机中心前的前置风速管精确测定风机前方来风的风速和利用测得的风速，大气数据，通过計算中心得到精确风速和风机叶片正确工作角度，调整风机取得最大发电效率，具有突出的实质性特点和显著进步。

Description

一种安装在风力发电机前部的前置风速管
技术领域
本发明涉及风力发电机领域，尤其涉及一种安装在风力发电机前部的前置风速管。
背景技术
风力、光电和海洋发电是未来成本最低、永无止境的三大能量来源。由于科学技术发展速度和范围的限止，并利用这三大能源的技术难度，几十年来应用普及仍处于低效率状态。
近年来风力发电逐步在中国被利用，已经占到全球利用风能半数以上。由于风力发电的设备昂贵，尽管风是地球自然界的免费赠予，但风电的价格仍然偏高。
风力发电要提高发电效率，极重要的是要准确的测定风机前来风的风速，精准即时的调整风机叶片的螺旋距，提高工作效率。
现有技术的风力发电侧风速装置放在风力发电机尾部的机座上，用这种风速测速装置误差大概是50-80％，无法准确，因为前面螺旋桨的干扰和机座的干扰。
发明内容
本发明为解决现有技术存在的问题，提出一种安装在风力发电机前部的前置风速管，目的在于通过确定每台风机自身的即时来风的准确风速，提高风力发电效率，降低风力发电成本。
本发明为解决其技术问题提出以下技术方案。
一种安装在风力发电机前部的前置风速管，其特点是：该安装在风机中心前的前置风速管用于精确测定风机前方来风的风速，提高风机发电效率；该前置风速管是经改进的典型的皮托管；皮托管测量前方来风气流的动压和静压，得到的结果是风速；并将测量到的风速发送给风机机载设备处理，通过处理后得到的精确的风机叶片正确工作角度，用来调整风机叶片正确工作角度，取得最大发电效率。
本发明的优点效果
1、本发明通过采用常规航空测风速“皮托管”，安装在风机中心前的位置，使得测量结果准确度大幅提高，这测量得到的风速可直接用来调节风机叶片的工作角度。
2、本发明通过安装在风机中心前的前置风速管精确测定风机前方来风的风速和利用测得的风速，大气数据，通过計算中心得到精确风速和风机叶片正确工作角度，调整风机取得最大发电效率，具有突出的实质性特点和显著进步。
附图说明
图1为本发明前置风速管应用效果图；
图2为本发明前置风速管测风示意图
图3为本发明前置风速管尺度示意图；
图4为本发明前置风速管安装示意图；
图5为实际风向和流场示意图；
图6为风机叶片升阻比特性示意图。
具体实施方式
下面结合附图对于本发明进一步解释：
一种安装在风力发电机前部的前置风速管，如图1所示、其特征在于：该安装在风机中心前的前置风速管用于精确测定风机前方来风的风速，提高风机发电效率；该前置风速管是经改进的典型的皮托管；皮托管测量前方来风气流的动压和静压，得到的结果是风速；并将测量到的风速发送给风机机载设备处理，通过处理后得到的精确的风机叶片正确工作角度，用来调整风机叶片正确工作角度，取得最大发电效率。
如图2所示，该前置风速管包括内管、外管、以及动压和静压测量设备，所述内管的前端用于测量气流的动压；所述外管侧面小孔用于测量气流的静压；所述内管和外管分别连接所述动压和静压测量设备，其结果是当时的风速，并将测量结果发送给风机机载中心处理。
1、前置风速管
1)前置风速用皮托管：皮托管的内管的前端流入空气，测量动压。在外管侧面小孔用来测静压。动压和静压的总效即当地气流的总压。
当皮托管为固定不转动时或慢速转动时(低于25转/分时)，动压的测量精确度是准确的，误差仅百分之几。而这个误差是可以采用气动力修正法计算出来，也可以用已设计的风速管的实际测量曲线来修正。
静压测量是由外管侧壁上的小孔来测定，在皮托管作慢速转动时，同样可以作气动力修正，也可以采用实测曲线来修正。
因此无论是固定式或转动式的皮托管都可以用来精确的测定风速和来风流的总压。
2)前置风速管的尺度和测量精度：如图3所示，低速风流场是受周围存在物体的尺度和形状影响的，因此确定前置风速管的长度是影响风速测定的精确度重要因素。A的长度通常受到气流中物体的扰动影响，一般是A要大于L和H中的较大尺寸，所以前置风速管的长度是较大测风速的精准度越好。
由于结构设计的限止，前置风速管一般为物体最大尺度的1.1-1.2倍。这个长度A可以在不同来流风的速度下，利用实际风机的模型实测曲线来进行修正。
前置风速管可以用小直径铝管、碳纤维复合材料管、钢管等材料制作。测量设备快速、即时、连续的数据采集，同时可以提供风速、来流空气密度、湿度、温度。这些数据通过风机机载中心计算机处理来确定风机叶片的即时运行螺距。
2、前置风速管和风机效率：
1)风速和风机运行：现代风机直径可达100米以上，安装高可达100多米。三叶桨配置常规的转速低于25转/分，在范围为3-20米/秒的风速下安全工作。通常发电效率低于45％。风机叶片螺距可以电动调节，风向由尾部风向标测定。这种设计自上世纪70年代进入中国以来已有40年以上的历史。
目前风机叶片的制造材料为玻璃钢，叶片直径从40米到100米，每个叶片重量达6-15吨。每个风机具有很大的转动惯量。不同风机适用于不同风速范围，分成高速风机和低速风机类型。风机叶片，转动原理和气动力见下图示意。由此可知叶片的气动力特性决定了风机的效率。为了获得当前来流时，叶片的最佳工作螺距，即叶片相应来流风的正确角度，需要知道当前的来流风的准确风速。准确风速获得的原理如图5所示。
2)风机叶片升阻比特性
如图6所示为典型的升阻比/攻角曲线。要驱动风机叶片良好工作状态，必需使叶片始终和来风气流在-2℃—+8℃内工作，过小攻角叶片的升力减小过多，攻角过大叶片失速导致阻力大于升力。来风流方向和叶片转动速度产生的实际气流攻角要始终保持在这个范围内，
在这里叶片转动在沿叶片轴速度是2πrn＝转动线速度(r半径，n转速)。只要准确测到风速，那么实际攻角范围就确定，因此风速测量准确将决定叶片效率。
2)风机叶片螺距的自动调节
根据即时的由前置风速管采集到的大气数据，机载中心计算机快速确定螺距，由执行机构调节叶片螺距，取得高的发电效率。执行机构是电驱动的伺服装置。
3、前置风速管的安装
如图4所示，不同设计的风机具有不相同的自振特性，为了保证测量风速的准确性，在安装前置风速管时要确定风机的振动特性来设计风速管结构。风速管的自振频率要高于风机的自振频率以免发生共振损坏风机和前置风速管。
风机是在垂直平面内作旋转运动，在整个桨盘范围内的风速有差别，因此风机叶片在旋转时会有自身的弯曲和扭转振动，多数会形成周期性的振动。而风速管通常由小直径管道制成，长/细比较大，容易发生振动，影响测量精度，为此设计上要采取必要措施：
采用高弹性模量的管材轻质量的材料制造，例如高强度铝合金或碳纤维复合材料。
安装时采取有减振作用的阻尼结构。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围；应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种安装在风力发电机前部的前置风速管，其特征在于：该安装在风机中心前的前置风速管用于精确测定风机前方来风的风速，提高风机发电效率；该前置风速管是经改进的典型的皮托管；皮托管测量前方来风气流的动压和静压，得到的结果是风速；并将测量到的风速发送给风机机载设备处理，通过处理后得到的精确的风机叶片正确工作角度，用来调整风机叶片正确工作角度，取得最大发电效率。
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