RU2210096C1 - Automatic system measuring and computing wind parameters - Google Patents
Automatic system measuring and computing wind parameters Download PDFInfo
- Publication number
- RU2210096C1 RU2210096C1 RU2002106774A RU2002106774A RU2210096C1 RU 2210096 C1 RU2210096 C1 RU 2210096C1 RU 2002106774 A RU2002106774 A RU 2002106774A RU 2002106774 A RU2002106774 A RU 2002106774A RU 2210096 C1 RU2210096 C1 RU 2210096C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- wind
- pressure
- flow
- measuring
- section
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Indicating Or Recording The Presence, Absence, Or Direction Of Movement (AREA)
- Measuring Volume Flow (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области ветроэнергетики, в частности к ее информационному обеспечению. The invention relates to the field of wind energy, in particular to its information support.
Известны способы и устройства для измерения таких параметров ветра, как направление, давление и скорость [1- 6]. В [4] описывается работа флюгера, указывающего направление ветра, с устройством для измерения скорости ветра, выполненного в виде пластины, поворачивающейся вокруг неподвижной оси под действием силы ветра. Known methods and devices for measuring such wind parameters as direction, pressure and speed [1-6]. [4] describes the operation of a weather vane, indicating the direction of the wind, with a device for measuring wind speed, made in the form of a plate that rotates around a fixed axis under the influence of wind force.
К недостатку такого устройства необходимо отнести нелинейность шкалы, которая аналитически может быть представлена в виде (1)
φ = arctg[ρτ•h•L•V2:(2G)], (1)
где φ- шкала устройства - угол отклонения пластины от вертикали;
ρ- плотность ветрового потока, кг/м3;
h - ширина пластины, м;
L - длина пластины, м;
V - скорость ветра, м/с;
G - вес пластины, Н.The disadvantage of such a device is the nonlinearity of the scale, which analytically can be represented in the form (1)
φ = arctan [ρτ • h • L • V 2 : (2G)], (1)
where φ is the scale of the device is the angle of deviation of the plate from the vertical;
ρ is the density of the wind flow, kg / m 3 ;
h is the width of the plate, m;
L is the plate length, m;
V - wind speed, m / s;
G is the weight of the plate, N.
Из (1) видна сугубая нелинейность шкалы φ = f(ρ2V2), поэтому говорить о точности таких устройств можно только грубо, хотя они и используются в метеорологии [4].From (1) one can see a pure nonlinearity of the scale φ = f (ρ 2 V 2 ), therefore one can only speak roughly about the accuracy of such devices, although they are used in meteorology [4].
В [5] приводятся способы и устройства измерителей давления, которые могут применятся для давлений порядка нескольких атмосфер. In [5], methods and devices of pressure gauges are given that can be used for pressures of the order of several atmospheres.
Давление ветра, которое аналитически может быть представлено в виде (2), значительно меньше
P=ρ•V2/2, (2)
где Р - давление ветра, Н/м2;
ρ- плотность ветра, кг/м3;
V - скорость, м/с;
При ρ=1,3 кг/м3; V=10 м/с; Р=65 кг/м2=6,6•10-4 кг/см2=6,6•10-4 атм.The wind pressure, which analytically can be represented in the form (2), is much less
P = ρ • V 2/2 (2)
where P is the wind pressure, N / m 2 ;
ρ is the wind density, kg / m 3 ;
V is the speed, m / s;
When ρ = 1.3 kg / m 3 ; V = 10 m / s; P = 65 kg / m 2 = 6.6 • 10 -4 kg / cm 2 = 6.6 • 10 -4 atm.
Таким образом, устройства [5] для измерения давления ветра использовать нельзя. Thus, devices [5] for measuring wind pressure cannot be used.
Целью данного изобретения является повышение информативности параметров ветра. The aim of the invention is to increase the information content of wind parameters.
Такая цель решается автоматической системой, в которой одновременно измеряются такие параметры, как направление, скорость и давление ветра, по которым автоматически расчитываются плотность среды, величина мощности ветрового потока сечением в 1 м2 и энергия такого потока за время отсчета Т.This goal is solved by an automatic system in which such parameters as the direction, speed and pressure of the wind are simultaneously measured, which automatically calculate the density of the medium, the magnitude of the power of the wind flow with a cross-section of 1 m 2 and the energy of such a flow during the reading T.
На фиг.1 представлена структура автоматической системы, где обозначено:
1 - измеритель давления с электрическим датчиком;
2 - измеритель скорости ветра с электрическим датчиком;
3 - первый множитель, выходом которого является сигнал, пропорциональный мощности потока сечения в 1 м2;
4 - второй множитель, выход которого пропорционален V2;
5 - счетчик ветровой энергии потока за время Т;
6, 7, 8, 10, 11 - индикаторы;
Р - давление ветра;
ρ- плотность ветра;
V - скорость ветра;
uр uv, un, uw - электрические выходы датчиков давления, скорости, мощности и счетчика энергии;
9 - делитель.Figure 1 presents the structure of an automatic system, where it is indicated:
1 - pressure meter with electric sensor;
2 - wind speed meter with electric sensor;
3 - the first factor, the output of which is a signal proportional to the power of the cross section flow of 1 m 2 ;
4 - the second factor, the output of which is proportional to V 2 ;
5 - counter wind energy flow during time T;
6, 7, 8, 10, 11 - indicators;
P is the wind pressure;
ρ is the wind density;
V is the wind speed;
u p u v , u n , u w - electrical outputs of pressure sensors, speed, power and energy meter;
9 - divider.
На схеме не показаны усилители после множительных устройств 3 и 4, в которых уменьшаются коэффициенты усиления примерно в 100 раз. The diagram does not show amplifiers after
Если 1 и 2 расположены на ветру, то остальные элементы находятся внутри помещения, к которым информация от 1 и 2 поступает от кабеля. If 1 and 2 are located in the wind, then the remaining elements are indoors, to which information from 1 and 2 comes from the cable.
Информация, полученная на выходе автоматической системы, может использоваться метеослужбой для долгосрочного прогнозирования погоды, а также при проектировании силовых ветродвигательных установок и проведения их опытных испытаний. The information obtained at the output of the automatic system can be used by the weather service for long-term weather forecasting, as well as in the design of power wind turbines and their pilot tests.
На фиг. 2 приводится чертеж конструкции, в которой на базе флюгера скомпанованы измерители давления, скорости и направления ветра с электрическими датчиками с выходом через кабель на диспетчерский пункт. In FIG. Figure 2 shows a design drawing in which pressure, speed and wind direction meters with electric sensors are connected on the basis of a weather vane with an exit through the cable to the control room.
На фиг.2 приняты следующие обозначения:
12 - кабель, по которому информация о давлении, скорости и направлении ветра передается от датчиков в диспетчерский пункт;
13 - опоры, жестко фиксирующие неподвижную трубу 14, через которую проводится 12;
15 - подвижная труба, соединенная через опорные подшипники 20 с неподвижной 14;
16 - подвижный контакт датчика направления ветра;
17 - крылья флюгера, закрепленные на 15;
18 - подставка, закрепленная на 15, для измерителя и датчика давления ветра;
19 - подставка для измерителя и датчика скорости ветра, закрепленная на 15;
21 - провода от датчиков давления 22 скорости 13 с лопастями ветродвигателя 23 и датчика направления ветра 25.In figure 2, the following notation:
12 - a cable through which information about the pressure, speed and direction of the wind is transmitted from the sensors to the control room;
13 - supports rigidly fixing the
15 - a movable pipe connected through a thrust bearing 20 with a stationary 14;
16 - movable contact of the wind direction sensor;
17 - wings of the weather vane, fixed on 15;
18 - stand, mounted on 15, for the meter and the wind pressure sensor;
19 - stand for measuring and wind speed sensors, fixed at 15;
21 - wires from
Внизу выделена конструкция крыльев флюгера 17 и соединения их с трубой 15 и указанием контакта 16. Below, the design of the wings of the
Сигнал, поступающий от датчика направления ветра 25, может быть использован в автоматической системе ориентации силовых ветродвигателей. The signal from the
На фиг. 3 изображены конструкции 2-х вариантов чувствительных элементов измерителя давления. In FIG. 3 shows the design of 2 variants of the sensitive elements of the pressure meter.
В варианте а) чувствительным элементом является сильфон и приняты следующие обозначения:
26 - передняя крышка, к которой крепится сильфон 30;
27 - цилиндр, к которому крепится 26 и экран 31 для увеличения чувствительности к давлению ветра Р;
28 - задняя крышка, которая крепится к 27;
29 - шток, который крепится ко дну сильфона 30;
Х - направление ветра и Р.In option a), the bellows is the sensitive element and the following notation is accepted:
26 - front cover to which the
27 — a cylinder to which 26 and a
28 - a back cover that attaches to 27;
29 - a rod that is attached to the bottom of the
X - wind direction and R.
В варианте б) представлена конструкция пружинного поршневого типа с экраном, где обозначено:
32 - цилиндр;
33 - пружина, которая крепится одним концом к крышке 34, а вторым - к подвижному поршню 35;
36 - экран в виде полого усеченного конуса для увеличения чувствительности к давлению ветра Р;
Х - направление ветра.Option b) presents the design of a spring piston type with a screen, where it is indicated:
32 - cylinder;
33 - spring, which is attached at one end to the
36 is a screen in the form of a hollow truncated cone to increase sensitivity to wind pressure P;
X - wind direction.
Отличие вариантов заключается только в том, что в а) сильфон растягивается, а в б) пружина снимается при наличии давления ветра Р. The difference between the options is only that in a) the bellows is stretched, and in b) the spring is removed in the presence of wind pressure R.
Аналитическое выражение для шкалы обоих вариантов одинаково и может быть представлено в виде (2)
X=Kp•S•P, (2)
где X - смещение потока в варианте а) или поршня в б) под действием давления Р;
Кр - коэффициент передачи чувствительного элемента, равный обратной величине жесткости сильфона или пружины;
S - площадь сильфона или поршня.The analytical expression for the scale of both options is the same and can be represented as (2)
X = K p • S • P, (2)
where X is the displacement of the flow in option a) or piston in b) under the action of pressure P;
To p - the transfer coefficient of the sensing element, equal to the reciprocal of the stiffness of the bellows or spring;
S is the area of the bellows or piston.
При наличии экрана (2) примет вид (3)
Х=Кр•Sэ•соs2α•Р, (3)
где Sэ - площадь входного сечения экрана;
α- угол между образующей и осью конуса экрана.If there is a screen (2) it will take the form (3)
X = K p • S e • sos2α • P, (3)
where S e - the area of the input section of the screen;
α is the angle between the generatrix and the axis of the screen cone.
Так как величина Р на несколько порядков меньше атмосферного, например при ρ=1,3 кг/м3, V=10 м/с; р=65 н/м3 ≅ 6,6 кг/м2=6,6•10-4 атм, то необходимую чувствительность к Р согласно (3) можно обеспечить за счет произведения Кр•Sэ•соs2α, т.е. за счет уменьшения жесткости сильфона или пружины, за счет площади Sэ и выбора α.
При малых предельных значениях Хпр можно использовать дифференциальные индуктивные или емкостные датчики малых перемещений, а при больших - потенциометрические.Since the value of P is several orders of magnitude less than atmospheric, for example, with ρ = 1.3 kg / m 3 , V = 10 m / s; p = 65 n / m 3 ≅ 6.6 kg / m 2 = 6.6 • 10 -4 atm, then the necessary sensitivity to P according to (3) can be achieved due to the product K p • S e • cos2α, i.e. . by reducing the stiffness of the bellows or the spring, due to the area S e and the choice of α.
With small limiting values of X pr you can use differential inductive or capacitive sensors of small displacements, and for large - potentiometric.
На фиг.4 представлены 3 варианта измерительных схем включения дифференциальных индуктивных, емкостных и потенциометрических датчиков. Figure 4 presents 3 options for measuring schemes for switching differential inductive, capacitive and potentiometric sensors.
Обозначения, принятые в вариантах, следующие:
а) L1 и L2 - коэффициенты самоиндукции для уменьшающегося и увеличивающегося зазоров;
U0 - напряжение питания переменного тока;
Uвых - выходное напряжение, пропорциональное смещению Х и соответственно Р.The designations adopted in the options are as follows:
a) L 1 and L 2 - self-induction coefficients for decreasing and increasing gaps;
U 0 - AC supply voltage;
U o - output voltage proportional to the offset X and, respectively, R.
R - постоянное сопротивление. R is the constant resistance.
б) С1 и С2 - емкости, С1 - для увеличивающегося зазора, а С2 - для уменьшающегося, при Х=0, Р=0, C1=C2.b) C 1 and C 2 are capacitances, C 1 is for an increasing gap, and C 2 is for decreasing, at X = 0, P = 0, C 1 = C 2 .
в) R1+R2=Rn - сопротивление потенциометра;
R1 - сопротивление для увеличивающегося зазора, равное (Rn:2)•(1+К•Х);
R2 - сопротивление для уменьшающегося зазора, равное (Rn:2)•(1-К•Х);
Uвых - напряжение выхода, равное U0•К•Х, где U0 - напряжение питания постоянного или переменного тока.c) R 1 + R 2 = R n is the resistance of the potentiometer;
R 1 is the resistance for the increasing gap equal to (R n : 2) • (1 + K • X);
R 2 is the resistance for a decreasing gap equal to (R n : 2) • (1-K • X);
U o - output voltage equal to U 0 • K • X, where U 0 - DC or AC power voltage.
Устройство для измерения скорости ветра - обычный лопастной ветродвигатель, а в качестве датчика - микрогенератор постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов. The device for measuring wind speed is a conventional paddle wind turbine, and as a sensor - a direct current microgenerator with excitation from permanent magnets.
Устройство для измерения направления ветра - обычный флюгер с датчиком углового перемещения. The device for measuring the direction of the wind is a conventional weather vane with an angular displacement sensor.
Таким образом, для повышения информативности о параметрах ветра, что важно как для метеостанций для долгосрочного прогнозирования погоды, так и проектирования силовых ветродвигательных установок и их опытных испытаний, предлагается автоматическая система для измерения и вычисления параметров ветра, в которой измеренные такие параметры, как направление, скорость и давление ветра, автоматически передаются на диспетчерский пункт, где вычисляются плотность, мощность и энергия удельного ветрового потока сечением в 1 м2.Thus, to increase the information content of wind parameters, which is important both for weather stations for long-term weather forecasting and design of wind turbine power plants and their experimental tests, an automatic system is proposed for measuring and calculating wind parameters, in which parameters such as direction are measured, wind speed and pressure are automatically transmitted to the control center, where the density, power and energy of the specific wind flow with a cross-section of 1 m 2 are calculated.
Полученная информация о параметрах направлении, скорости, давления, плотности, мощности и энергии для удельного ветрового потока значительно увеличивает информативность об энергетической стороне ветра. The obtained information on the parameters of direction, speed, pressure, density, power and energy for the specific wind flow significantly increases the information content about the energy side of the wind.
Источники информации
1. М.С.Э., т.7, с. 227, "СЭ", 1959 г.Sources of information
1. M.S.E., v. 7, p. 227, SE, 1959
2. Ред. Дж. Дж. Траскел. Справочная книга по технике автоматического регулирования. М.: ГЭИ, 1962, с. 17, 672-734. 2. Ed. J.J. Traskel. Reference book on the technique of automatic regulation. M .: SEI, 1962, p. 17, 672-734.
3. М.С.Э., т.8, с. 477, Г.Н.И. "СЭ", 1960. 3. M.S.E., vol. 8, p. 477, G.N. SE, 1960.
4. М.С.Э., т.9, с. 1046, Г.Н.И. "СЭ", 1960. 4. M.S.E., vol. 9, p. 1046, G.N. SE, 1960.
5. Основы автоматического регулирования, т.2, ред. В.В. Солодовников. Элементы систем автоматического регулирования, ч. 1. Чувствительные, усилительные и исполнительные элементы. М.: ГК-ТИМЛ, 1959, с.51-54. 5. Fundamentals of automatic regulation, t.2, ed. V.V. Solodovnikov. Elements of automatic control systems, part 1. Sensitive, amplifying and actuating elements. M .: GK-TIML, 1959, p. 51-54.
6. В.А. Арутюнов. Электрические измерительные приборы и измерения. М.-Л. : ГЭИ, 1958, с.137. 6. V.A. Harutyunov. Electrical measuring instruments and measurements. M.-L. : SEI, 1958, p.137.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002106774A RU2210096C1 (en) | 2002-03-15 | 2002-03-15 | Automatic system measuring and computing wind parameters |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002106774A RU2210096C1 (en) | 2002-03-15 | 2002-03-15 | Automatic system measuring and computing wind parameters |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2210096C1 true RU2210096C1 (en) | 2003-08-10 |
RU2002106774A RU2002106774A (en) | 2004-03-20 |
Family
ID=29246483
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2002106774A RU2210096C1 (en) | 2002-03-15 | 2002-03-15 | Automatic system measuring and computing wind parameters |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2210096C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2728502C1 (en) * | 2019-12-26 | 2020-07-29 | Публичное акционерное общество "Красногорский завод им. С.А. Зверева", ПАО КМЗ | Wind, pressure and temperature sensor |
-
2002
- 2002-03-15 RU RU2002106774A patent/RU2210096C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2728502C1 (en) * | 2019-12-26 | 2020-07-29 | Публичное акционерное общество "Красногорский завод им. С.А. Зверева", ПАО КМЗ | Wind, pressure and temperature sensor |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2002106774A (en) | 2004-03-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6370949B1 (en) | Extreme wind velocity measurement system | |
BRPI0404980A (en) | Meter to measure electricity | |
Watson | A recording field tensiometer with rapid response characteristics | |
RU2210096C1 (en) | Automatic system measuring and computing wind parameters | |
Sollenberger et al. | Wind loading and response of cooling towers | |
BRPI0405199A (en) | Meter to measure electricity | |
Yahaya et al. | Cup anemometer response to the wind turbulence-measurement of the horizontal wind variance | |
Bakkehøi et al. | An automatic precipitation gauge based on vibrating-wire strain gauges | |
Neff et al. | Mean wind and turbulence characteristics due to induction effects near wind turbine rotors | |
Jones et al. | The measurement of gustiness in the first few thousand feet of the atmosphere | |
US4056001A (en) | Air flow measurement | |
RU2483277C1 (en) | Strain gauge | |
CN2562170Y (en) | Hot gas mass flowmeter | |
RU2101736C1 (en) | Device determining direction and velocity of wind | |
Zysko et al. | Extreme Wind Velocity Measurement System | |
Redford Jr et al. | Drag anemometer measurements of turbulence over a vegetated surface | |
RU2762543C1 (en) | Static and full pressure sensor | |
Şahi̇n et al. | Development of an air velocity and flow measurement system by using a novel circular disc | |
US6907779B1 (en) | Continuous flow measurement recorder and recording method | |
RU104735U1 (en) | SOFTWARE AND HARDWARE COMPLEX FOR MEASURING POWER AND DIRECTION OF WIND | |
KR102121051B1 (en) | Load cell current meter | |
Hämäläinen et al. | A multisensor pyranometer for determination of the direct component and angular distribution of solar radiation | |
Jansson | Full-scale Measurements of a 9.3 MW Hydropower Unit in Porjus: A Prestudy of the Instrumentation of the Runner and the Guide Bearings | |
Marshall et al. | Techniques for measuring wind loads on full-scale buildings | |
Desjardins et al. | Description and performance testing of a low friction, twin-propeller anemometer with wind vane |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20070316 |