CN203455359U

CN203455359U - 一种用于风力机的风速测量装置

Info

Publication number: CN203455359U
Application number: CN201320486564.1U
Authority: CN
Inventors: 刘兴华; 宋会兵; 林威; 胡泓
Original assignee: Shenzhen Graduate School Harbin Institute of Technology
Current assignee: Shenzhen Graduate School Harbin Institute of Technology
Priority date: 2013-08-09
Filing date: 2013-08-09
Publication date: 2014-02-26
Anticipated expiration: 2023-08-09

Abstract

本实用新型涉及风速测量装置，尤其涉及一种用于风力机的风速测量装置。本实用新型提供了一种用于风力机的风速测量装置，包括桨叶，所述桨叶上设有风速测量机构，所述风速测量机构包括插片、杠杆机构和力传感器，所述插片通过所述杠杆机构与所述桨叶连接，所述力传感器与所述杠杆机构连接。本实用新型的有益效果是：可通过插片对准来流风方向，接收风阻所产生的阻力，由于插片所受到的力矩的数量级较小，难以选用合适的力矩测量装置，可通过杠杆机构将插片受到风阻力所产生的阻力矩转换为力，再利用力传感器测出力的大小，以方便计算出插片所受力矩，实现风速测量，成本较低。

Description

一种用于风力机的风速测量装置

技术领域

本实用新型涉及风速测量装置，尤其涉及一种用于风力机的风速测量装置。

背景技术

风速的大小和方向难以准确测量，而对于风力机系统而言，准确的风速信息对于风力机系统的变速控制、变桨控制、减振控制等有着很重要的参考价值。风具有随机性、波动性特征，风力机风轮面上同一测量点在不同时间点的风速具有不一致性。现代风力机的直径较大，风速切变、塔影效应等作用明显，同一时间点风轮旋转面上各点的风速也不具有同一性。

对于风力机这一类具备旋翼结构特点的系统来说，旋翼上某点所受到的合成风速是由空气的来流风速和旋翼的线速度合成的，来流风速和风轮转速的改变，不仅会使得合成风的风速大小改变，合成风的风向也会发生改变。

目前的风速测量技术主要包括如下几种：

1、基于空气静压和动压原理的测量装置：皮托管（pitot tube）是目前固定翼飞行器（如飞机）上应用较多的一种风速测量装置，它利用风流动所产生的静压和动压对风速进行测量。皮托管在测速时，头部应对准来流风。风力机桨叶上某一点的来流风风向是不定的，这限制了皮托管的应用。

2、基于风冷却效应的测量装置：热线风速仪（hot-wire anemometer）利用通电状态下传感器因风而冷却时产生的电阻变化或者热补偿效应将风速信号转变为电信号，具有恒电流工作模式和恒温工作模式。热线风速仪的安装和维护成本较高。

3、基于激光或者超声在流动空气中传播产生多普勒效应的测量装置：激光多普勒风速仪（Laser Doppler anemometers）将激光分为两束，其中一束在风速仪外传播，利用激光的多普勒效应，可以推算出风速信息。它的使用成本也较高。此外还有基于声音多普勒效应原理的超声波风速仪（ultrasonic anemometer）以及改进型的声共振式风速仪（Acoustic resonance anemometer）。

现有的风速测量装置在用于风力机时，主要存在2个方面的问题：

1、由于风力机桨叶所受到的合成风速的方向是改变的，皮托管需要对准来流风方向才能准确测试风速，如何将这一类需要对准来流风方向的风速测量装置安装在风力机桨叶上是一个棘手的难题。

2、热线风速仪、激光多普勒风速仪、超声波风速仪、声共振风速仪的价格和维护成本较高。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本实用新型提供了一种用于风力机的风速测量装置。

本实用新型提供了一种用于风力机的风速测量装置，包括桨叶，所述桨叶上设有风速测量机构，所述风速测量机构包括插片、杠杆机构和力传感器，所述插片通过所述杠杆机构与所述桨叶连接，所述力传感器与所述杠杆机构连接。

作为本实用新型的进一步改进，所述杠杆机构连接有加热除冰装置。

作为本实用新型的进一步改进，所述插片的高度为所述桨叶的弦长的2%，所述插片的宽度为所述桨叶的弦长的0.5%，所述插片的厚度为所述桨叶的弦长的0.2%。

作为本实用新型的进一步改进，所述插片的安装位置在所述桨叶的弦长的10%处。

作为本实用新型的进一步改进，所述风速测量机构至少有二个。

作为本实用新型的进一步改进，所述风速测量机构有二个，所述插片分别为上部插片和下部插片，所述上部插片设置在所述桨叶的上表面，所述下部插片设置在所述桨叶的下表面。

本实用新型的有益效果是：通过上述方案，可通过插片对准来流风方向，接收风阻所产生的阻力，由于插片所受到的力矩的数量级较小，难以选用合适的力矩测量装置，可通过杠杆机构将插片受到风阻力所产生的阻力矩转换为力，再利用力传感器测出力的大小，以方便计算出插片所受力矩，实现风速测量，成本较低。

附图说明

图1是本实用新型一种用于风力机的风速测量装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图说明及具体实施方式对本实用新型进一步说明。

图1中的附图标号为：插片1；杠杆机构2；力传感器3；加热除冰装置4；桨叶5。

如图1所示，一种用于风力机的风速测量装置，包括桨叶5，所述桨叶5上设有风速测量机构，所述风速测量机构包括插片1、杠杆机构2和力传感器3，所述插片1通过所述杠杆机构2与所述桨叶5连接，所述力传感器3与所述杠杆机构2连接。

如图1所示，所述杠杆机构2连接有加热除冰装置4，由于插片1及杠杆机构2均为金属材质，通过在杠杆机构2的支点处安装加热除冰装置4，防止插片1在寒冷条件下结冰，以免影响测量结果。

如图1所示，所述插片1的高度为所述桨叶5的弦长的2%，所述插片1的宽度为所述桨叶5的弦长的0.5%，所述插片1的厚度为所述桨叶5的弦长的0.2%。

如图1所示，所述插片1的安装位置在所述桨叶5的弦长的10%处。

如图1所示，所述风速测量机构至少有二个。

如图1所示，所述风速测量机构有二个，所述插片1分别为上部插片和下部插片，所述上部插片设置在所述桨叶5的上表面，所述下部插片设置在所述桨叶5的下表面。

本实用新型测量风速的原理为：

第一步：利用实验方法分别测出在不同的合成风速、桨叶5攻角条件下，上下表面的插片1所受力矩的3维网格图，再利用曲面插补方法得到3维曲面图。

第二步：测量上表面的插片1的力或者力矩，测量下表面的插片1所受到的力或者力矩，通过查询法得出上下表面插片1所受到的力所对应的（风速-攻角）曲线。

第三步：通过上下表面的风速-攻角曲线的交点确定桨叶5所受到的合成风速，利用测速装置可以求得桨叶的旋转角速度（

），根据插片1的安装位置（

），可以求得旋翼的局部线速度（

）。利用公式得到风力机所受到的来流风的局部风速信息。

第四步：根据小插片得到的局部风速信息，求出风力机风轮面的切变风速信息。

本实用新型提供的一种用于风力机的风速测量装置，具有如下优点和有益效果：

1、本实用新型的结构简单、鲁棒性强、安装和维护成本相对较低。

2、本实用新型可以与其它大范围风速测量技术结合，作为一种局部风速信息的校验测量手段。

3、在一定的算法下，本实用新型可以用来对湍流等进行预测，进而实现对风力机的有效减振控制。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种用于风力机的风速测量装置，其特征在于：包括桨叶，所述桨叶上设有风速测量机构，所述风速测量机构包括插片、杠杆机构和力传感器，所述插片通过所述杠杆机构与所述桨叶连接，所述力传感器与所述杠杆机构连接。

2.根据权利要求1所述的用于风力机的风速测量装置，其特征在于：所述杠杆机构连接有加热除冰装置。

3.根据权利要求1所述的用于风力机的风速测量装置，其特征在于：所述插片的高度为所述桨叶的弦长的2%，所述插片的宽度为所述桨叶的弦长的0.5%，所述插片的厚度为所述桨叶的弦长的0.2%。

4.根据权利要求1所述的用于风力机的风速测量装置，其特征在于：所述插片的安装位置在所述桨叶的弦长的10%处。

5.根据权利要求1所述的用于风力机的风速测量装置，其特征在于：所述风速测量机构至少有二个。

6.根据权利要求1所述的用于风力机的风速测量装置，其特征在于：所述风速测量机构有二个，所述插片分别为上部插片和下部插片，所述上部插片设置在所述桨叶的上表面，所述下部插片设置在所述桨叶的下表面。