风力机气象数据测量装置的制作方法

1.本实用新型属于风力发电技术领域，涉及一种风力机气象数据测量装置。


背景技术：

2.在风力发电领域，随着平价时代的来临，如何提升风力机的运行效率和发电量将成为风电技术研究中重点关注的内容。其中，风速大小、风向等气象数据的测量是风力机主控系统实施控制策略的基础，气象数据的准确测量可以有效提升风力机主控系统的控制效果，从而提高机组的整体运行效率。
3.目前，风力机气象数据的测量主要是风速的测量，通常测风仪器安装在风力机的机舱顶部，如图1所示，常用的测风仪器有风杯风速仪和风向标等。然而，由于机舱位于风力机叶轮的后方，在实际风力机运行过程中，前方风力机叶片的旋转会对后方测风仪器的测量造成一定的遮挡和干扰，导致利用该测风方法测量得到的风速与真实情况相比具有一定偏差，该偏差进而会降低风力机主控系统的控制效果。
4.针对该问题，中国专利cn 109813929 a(马磊，李庆江)、cn106980030a(刘鑫等)分别提出了风速测量的修正方法及装置，然而，以上专利均是针对机舱处的测风系统进行改进，由于来流风的随机性很大以及风力机叶片对后方流场造成的遮挡效应无法完全消除，上述方法依然无法完全解决机舱测风装置风速测量不准确性的问题。
5.中国专利cn 108691727 a(俞志强等)、cn 207662596u(王涛)和cn 110145444a(邓艾东等)提出将测风仪器放置于轮毂前方来避免风力机叶片对测风仪器形成的遮挡效应，也未考虑轮毂对风力机来流的阻塞效应。
6.除此之外，随着风电机组装机容量的逐渐增大，机组高度也在逐渐增加，使得风力机轮毂高度处的大气密度与地面相比有了明显的变化，而大气密度是来流风能量的一个重要参数，因此，更为准确的大气密度是风力机高效运行的又一重要保证。


技术实现要素：

7.本实用新型所要解决的技术问题是提供一种风力机气象数据测量装置，结构简单，采用针壳与风力机的轮毂轴承连接，位于针壳内前端设置多孔结构的探针与多个压力传感器连接，压力传感器、温度计、湿度计和大气压计与主控系统电性连接，主控系统接收压力传感器、温度计、湿度计和大气压计的信号后，通过相应信号的变化来优化风力机的控制策略，有效避免风力机叶片对测量造成的遮挡效应，针壳的整体长度也能避免轮毂对来流造成的阻塞效应，准确对风速进行测量，能够得到准确的轮毂位置处的大气密度。
8.为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：一种风力机气象数据测量装置，它包括针壳、探针、压力传感器、温度计、湿度计和大气压计；所述探针、压力传感器、温度计、湿度计和大气压计位于针壳内，探针前端的压力孔贯通针壳，压力传感器的感应端位于压力孔内；所述压力传感器、温度计、湿度计和大气压计与风力机的主控系统电性连接。
9.所述针壳为中空的腔体结构，前端为流线形锥形结构，探针位于针壳内的前端。
10.所述针壳的尾端与风力机的轮毂轴承连接，轮毂旋转时针壳静止。
11.所述针壳的长度h＞0.6d，d为风力机的叶片的叶根段的直径。
12.所述探针为杆状体，轴向分布设置五个贯穿的压力孔，五个压力孔分别对应五个压力传感器。
13.所述压力孔其中一个与探针中心同一轴线，其余压力孔呈环形均匀分布轴线四周。
14.所述探针中心的压力孔与竖直方向的压力孔的气流夹角为俯仰角α，探针中心的压力孔与水平方向的压力孔的气流夹角为偏斜角β。
15.所述五个压力传感器对应的压力为p1,p2,p3,p4,p5，气流的俯仰角系数偏斜角系数动压系数式中ρ为大气密度；u为风速，p1,p2,p3,p4,p5分别对应于探针的上竖直孔、中心孔、下竖直孔、水平左孔、水平右孔。
16.所述温度计、湿度计和大气压计分别对大气的温度、水汽压和大气压进行测量，位于风力机轮毂高度处的密度ρ＝f(p,t,e)，式中：f为对应的函数关系；p为大气压力；e为大气水汽压；t为大气温度。
17.所述主控系统接收压力传感器、温度计、湿度计和大气压计的信号后，通过相应信号的变化来优化风力机的控制策略。
18.一种风力机气象数据测量装置，它包括针壳、探针、压力传感器、温度计、湿度计和大气压计，通过针壳与风力机的轮毂轴承连接，位于针壳内前端设置多孔结构的探针与多个压力传感器连接，压力传感器、温度计、湿度计和大气压计与主控系统电性连接，主控系统接收压力传感器、温度计、湿度计和大气压计的信号后，通过相应信号的变化来优化风力机的控制策略。克服了原风力机气象数据测量位于机舱顶部风流受到遮挡和干扰造成测量不准确的问题。具有结构简单，有效避免风力机叶片对测量造成的遮挡效应，针壳的整体长度也能避免轮毂对来流造成的阻塞效应，准确对风速进行测量，能够得到准确的轮毂位置处的大气密度的特点。
附图说明
19.下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明：
20.图1为现有技术结构示意图。
21.图2为本实用新型的结构示意图。
22.图3为本实用新型内部的结构示意图。
23.图4为本实用新型探针的结构示意图。
24.图5为图4的a
‑
a处剖视示意图。
25.图6为图4的b
‑
b处剖视示意图。
26.图中：塔筒1，机舱风速测量仪2，机舱3，叶片4，轮毂5，针壳6，探针7，压力传感器8，温度计9，湿度计10，大气压计11，轮毂轴承12，主控系统13。
具体实施方式
27.如图1～图6中，一种风力机气象数据测量装置，它包括针壳6、探针7、压力传感器8、温度计9、湿度计10和大气压计11；所述探针7、压力传感器8、温度计9、湿度计10和大气压计11位于针壳6内，探针7前端的压力孔贯通针壳6，压力传感器8的感应端位于压力孔内；所述压力传感器8、温度计9、湿度计10和大气压计11与风力机的主控系统13电性连接。通过针壳6与风力机的轮毂轴承12连接，位于针壳6内前端设置多孔结构的探针7与多个压力传感器8连接，压力传感器8、温度计9、湿度计10和大气压计11与主控系统13电性连接，主控系统13接收压力传感器8、温度计9、湿度计10和大气压计11的信号后，通过相应信号的变化来优化风力机的控制策略，有效避免风力机叶片4对测量造成的遮挡效应，针壳6的整体长度也能避免轮毂5对来流造成的阻塞效应，准确对风速进行测量，能够得到准确的轮毂5位置处的大气密度。
28.优选的方案中，所述针壳6为中空的腔体结构，前端为流线形锥形结构，探针7位于针壳6内的前端。结构简单，使用时，压力传感器8、温度计9、湿度计10和大气压计11位于中空结构的针壳6内，避免直接暴露在空气中，提高了使用寿命和测量精度；针壳6为流线形锥形结构，有利于减小来风的阻力。
29.优选的方案中，所述针壳6的尾端与风力机的轮毂轴承12连接，轮毂5旋转时针壳6静止。结构简单，使用时，针壳6与轮毂轴承12连接，在轮毂5旋转时针壳6静止，有利于精准测量来风的风流。
30.优选的方案中，所述针壳6的长度h＞0.6d，d为风力机的叶片4的叶根段的直径。结构简单，使用时，针壳6的长度大于0.6倍叶片4叶根段直径，有利于针壳6前端的探针7压力孔避开叶片4周围风流的扰动，避免轮毂5对来流的阻塞效应。
31.优选的方案中，所述探针7为杆状体，轴向分布设置五个贯穿的压力孔，五个压力孔分别对应五个压力传感器8。结构简单，使用时，位于探针7前端的压力孔与压力传感器8连接，用于测量来流风速大小和风向。
32.优选的方案中，所述压力孔其中一个与探针7中心同一轴线，其余压力孔呈环形均匀分布轴线四周。结构简单，使用时，探针7上的五个压力孔其中一个位于探针7的轴线上，其余四个均匀分布在中心压力孔的周围，有利于精准测量来风参数。
33.优选的方案中，所述探针7中心的压力孔与竖直方向的压力孔的气流夹角为俯仰角α，探针7中心的压力孔与水平方向的压力孔的气流夹角为偏斜角β。通过设定气流来流的偏斜角和俯仰角，有利于通过公式进行参数修正。
34.优选的方案中，所述五个压力传感器8对应的压力为p1,p2,p3,p4,p5，气流的俯仰角系数偏斜角系数动压系数式中ρ为大气密度；u为风速，p1,p2,p3,p4,p5分别对应于探针7的上竖直孔、中心孔、下竖直孔、水平左孔、水平右孔。如附图中的孔1、孔2、孔3、孔4、孔5。通过计算气流的俯仰角、偏斜角和动压系数提供风力机的控制策略参数。
35.优选的方案中，所述温度计9、湿度计10和大气压计11分别对大气的温度、水汽压和大气压进行测量，位于风力机轮毂5高度处的密度ρ＝f(p,t,e)，式中：f为对应的函数关
系；p为大气压力；e为大气水汽压；t为大气温度。通过温度计9、湿度计10和大气压计11对大气的温度、水汽压和大气压进行测量，计算轮毂5高度处的密度。
36.优选的方案中，所述主控系统13接收压力传感器8、温度计9、湿度计10和大气压计11的信号后，通过相应信号的变化来优化风力机的控制策略。使用时，当风力机的控制策略得到优化后，提高风力机的整体运行效率。
37.如上所述的风力机气象数据测量装置，安装使用时，针壳6与风力机的轮毂轴承12连接，位于针壳6内前端设置多孔结构的探针7与多个压力传感器8连接，压力传感器8、温度计9、湿度计10和大气压计11与主控系统13电性连接，主控系统13接收压力传感器8、温度计9、湿度计10和大气压计11的信号后，通过相应信号的变化来优化风力机的控制策略，有效避免风力机叶片4对测量造成的遮挡效应，针壳6的整体长度也能避免轮毂5对来流造成的阻塞效应，准确对风速进行测量，能够得到准确的轮毂5位置处的大气密度。
38.使用时，压力传感器8、温度计9、湿度计10和大气压计11位于中空结构的针壳6内，避免直接暴露在空气中，提高了使用寿命和测量精度；针壳6为流线形锥形结构，有利于减小来风的阻力。
39.使用时，针壳6与轮毂轴承12连接，在轮毂5旋转时针壳6静止，有利于精准测量来风的风流。
40.使用时，针壳6的长度大于0.6倍叶片4叶根段直径，有利于针壳6前端的探针7压力孔避开叶片4周围风流的扰动，避免轮毂5对来流的阻塞效应。
41.使用时，位于探针7前端的压力孔与压力传感器8连接，用于测量来流风速大小和风向。
42.使用时，探针7上的五个压力孔其中一个位于探针7的轴线上，其余四个均匀分布在中心压力孔的周围，有利于精准测量来风参数。
43.通过设定气流来流的偏斜角和俯仰角，有利于通过公式进行参数修正。
44.通过计算气流的俯仰角、偏斜角和动压系数提供风力机的控制策略参数。
45.通过温度计9、湿度计10和大气压计11对大气的温度、水汽压和大气压进行测量，计算轮毂5高度处的密度。
46.使用时，当风力机的控制策略得到优化后，提高风力机的整体运行效率。
47.上述的实施例仅为本实用新型的优选技术方案，而不应视为对于本实用新型的限制，本技术中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本实用新型的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本实用新型的保护范围之内。