一种风力发电机前置风速管测量风向的方法
阅读说明：本技术 一种风力发电机前置风速管测量风向的方法 (Method for measuring wind direction of wind driven generator with preposed wind speed pipe ) 是由 沈观清 春燕 于 2021-01-27 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种风力发电机前置风速管测量风向的方法,包括以下步骤：在风机中心前安装前置风速管,该前置风速管是经过改进的皮托管,用于获得风车前来风气流的准确风速和风向；按照设定的风速管测定沿风速管周向分布小孔静压的测定位置,并且在特定的风速管转动到设定的角度时进行快速测量；所述测量包括测量所有动压、静压；确认测量结果的有效性；把有效的测量数据送中心计算机进行数据修正；确定风机前来流风和当前风机轴线的夹角,就是风向角；送风向角到转动风机的执行机构去转动机舱对准风向。本发明通过测定每个小孔和来流风形成的夹角以及周向的不同的静压力分布,给风机执行机构提供合理的风向指标,有效提高了风机的发电效率。(The invention discloses a method for measuring wind direction by a preposed wind speed pipe of a wind driven generator, which comprises the following steps: a front air speed pipe is arranged in front of the center of the fan, and the front air speed pipe is an improved pitot tube and is used for obtaining the accurate air speed and the accurate wind direction of the wind flow in front of the fan; measuring the measuring positions of the static pressure of the small holes distributed along the circumferential direction of the wind speed pipe according to the set wind speed pipe, and quickly measuring when the specific wind speed pipe rotates to a set angle; the measurement comprises measuring all dynamic pressure and static pressure; confirming the validity of the measurement result; sending the effective measurement data to a central computer for data correction; determining an included angle between the wind coming from the front of the fan and the axis of the current fan, namely a wind direction angle; the wind direction angle is sent to an actuating mechanism of a rotating fan to rotate the cabin to align the wind direction. The invention provides reasonable wind direction indexes for the fan actuating mechanism by measuring the included angle formed by each small hole and the incoming wind and different circumferential static pressure distributions, thereby effectively improving the generating efficiency of the fan.)
技术领域
本发明属于风力发电机技术领域，尤其涉及一种风力发电机前置风速管测量风向的装置和方法。
背景技术
风力发电利用率仍然有提高的空间。降低风电价格和普及推广风电最有效途径是提高风力发电的效率。尽管风力是无偿并用之不尽的能源，但在单位时间产生的有效电量才是风电的利用价值。
风力发电机设计的优劣固然是最重要的因素，但另一重要因素是准确的高效利用风力资源。其一即随时把风车对准风向，充分利用风来产出更多的电能量来发电。
目前所采用的把风车对准风向的方法其中之一是小型风机在风机尾部安装风标式尾翼。其一，对于大型高速风机而言，这不是一个可取的方法。因为大型风机的转动惯量很大，发电机的发电机构和重量是企图转动改变风机方向的很大阻尼。其二，风标受风车本身气流效应影响，将风标安装在风机尾部，由于风向的频繁变动造成风向标本身的动荡，而无法给风机执行机构提供合理的风向指标，这样显然影响风机的发电效率。
发明内容
本发明为解决现有技术提出的问题，提出一种风力发电机前置风速管测量风向的方法，目的在于解决现有技术将风标安装在风机尾部，由于大型风机的转动惯量很大、以及风标受风车本身气流效应影响造成风标本身的动荡，而无法给风机执行机构提供合理的风向指标，影响风机的发电效率的问题。
本发明为解决现有技术存在的问题采用以下技术方案：
一种风力发电机前置风速管测量风向的方法，其特点是：包括以下步骤：
步骤一、在风机中心前安装前置风速管，该前置风速管是经过改进的皮托管，用于获得风车前来风气流的准确风速和风向；
步骤二、按照设定的风速管测定沿风速管周向分布小孔静压的测定位置，并且在特定的风速管转动到设定的角度时进行快速测量；所述测量包括测量所有动压、静压；
步骤三、确认测量结果的有效性；
步骤四、把有效的测量数据送中心计算机进行数据修正；
步骤五、确定风机前来流风和当前风机轴线的夹角，就是风向角；
步骤六、送风向角到转动风机的执行机构去转动机舱对准风向。
所述步骤一的经过改进的皮托管，在皮托管外管侧面设有前后两排均匀分布的小孔，前一排小孔用于测量风速管的风速、称为测风速小孔，后一排小孔用于测量风速管周向的静压分布、称为测静压分布小孔，在多个测静压分布小孔内分别插入弯管，每条弯管沿着风速管的轴向延伸至中心计算机。
所述皮托管外管侧面均匀分布的测静压分布小孔，可以是8个(或更多孔) 上下左右对称分布的小孔，上部孔的静压分布对称于下部测风孔的静压分布。
所述步骤二测量所有的静压，包括测定每个测静压分布小孔的静压，该静压是测定风速管和来流风间的夹角形成的周向的不同的静压力分布，利用这个分布数值，采用风洞试验相应曲线判定风向，得知当时风向和风机平面的夹角。
所述步骤三的确认测量结果的有效性，既是：如果测得的十字交叉的上孔和下孔的静压相同或近时相同时，所推算得到的风向角α才是真实可用的，将该风向角α进行修正，修正后得到的角度用来指令执行机构转动风车机舱去正确对风；如果当前测得的十字交叉的孔上孔和下孔的压力不同或不接近相同，那么要进行下一次测量，直到有一个相同数据后，就可以因此数据去得到正确的对风角度α＝0°。
所述步骤四的测量数据送中心计算机进行数据修正，具体过程如下：
1)利用风洞试验所得的数据风向曲线，根据测到的风速管周向静压分布数值来计算出风向角，即是当时风向和风机平面的夹角，这是实测角。
2)根据测到的风速管周向静压分布数值利用气动力流场理论可以计算得到理论风向角，这是理论角；将实测角和理论角互为比较，互为调整后得到修正后的风向角；通常实测角就足够精准。
所述步骤六具体为：将修正后的α角指令风机桨盘平面转动机构改变桨盘方向去对准风向。
本发明的优点效果
本发明通过改变风速管安装位置，由安装在风机尾部改为安装在风机前中心，使得风速管远离大型风机转动惯量大的影响，从而提高了测静压的准确率；通过改变测风装置的形状，由风向标(风车形状)改为风速管，避免了风向的频繁变动造成风向标本身的动荡、致使检测不准确的问题；通过在风速管外侧面增加一排均匀分布的用于测风向的小孔、并测定每个小孔和来流风形成的夹角以及周向的不同的静压力分布，并利用这个分布数值，采用风洞试验相应曲线判定风向，得知当时风向和风机平面的夹角，并由测风系统将这个夹角送往中心计算机进行修正，通过以上改变要素的形状、位置、相互之间的关系，取得了预料不到的效果，给风机执行机构提供合理的风向指标，有效提高了风机的发电效率。
附图说明
图1a为本发明改进后的前置风速管主视图；
图1b为本发明改进后的前置风速管主视图简图；
图2为本发明改进后的前置风速管右视图；
图3为本发明测量风向角示意图；
图4为本发明前置风速管测量方法流程图；
图中：1：外管；2：内管；3：测风速小孔；4-1：测静压分布小孔4-1：测静压分布弯管。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步解释：
利用“皮托管”测风向的原理
1、改进测风装置和安装位置。由采用常规的风向标式(风车)的测风装置改进为风速管，从而解决了风向的频繁变动造成风向标本身的动荡，致使检测不准确的问题；由常规作法将测风装置安装在风机的尾部，改为安装在风机中心的前端，使得风速管远离风机尾部大型风机转动惯量很大的影响。
2、改进前的普通“皮托管”：普通“皮托管”是一支测量来风动压和静压的二层套管，在“皮托管”外管侧面有一圈均匀分布的测量静压的小孔，当风速管和来风方向平行时，用于测量和风向平行气流的静压，普通“皮托管”只能用于测量风速。
3、改进后的“皮托管”：现在把普通“皮托管”的侧面的小孔由一排增加为二排，增加的一排的小孔分别通向各自的风压测量小管，测得风速管周围的不同静压分布，该静压用来综合流场特性，从而决定来风流的风向，改进后的“皮托管”能够测量风速和风向。
总结：本发明采用安装在风机前的前置风速管是经改进的“皮托管”，所以可以获得风车前来风气流的准确风速和风向。准确的风向可以令风机桨盘始终处于一个合理的角度、从而对准风向，提高风车发电效率。
4、本发明测量风向的方法是基于一种风力发电机前置风速管测量风向系统，该系统包括风速管(改进后的“皮托管”)、中心计算机、以及执行机构，该执行机构为风机桨盘角度调整执行机构。该系统从风速管导出静压分布数据，再将导出的数据连接中心计算机，由中心计算机计算出实测角和理论角，并且互为比较，互为调整后得到修正后的风向角。
基于以上原理，本发明设计了一种风力发电机前置风速管测量风向的方法，其特点是：包括以下步骤：
一种风力发电机前置风速管测量风向的方法，其特点是：包括以下步骤：
步骤一、在风机中心前安装前置风速管，该前置风速管是经过改进的皮托管，用于获得风车前来风气流的准确风速和风向；
如图1a、图1b、图2、图3、图4所示，所述步骤一的经过改进的皮托管，在皮托管外管侧面设有前后两排均匀分布的小孔，前一排小孔用于测量风速管的风速、称为测风速小孔3，后一排小孔用于测量风速管周向的静压分布、称为测静压分布小孔4-1，在多个测静压分布小孔4-1内分别插入弯管4-2，每条弯管4-2沿着风速管的轴向延伸至中心计算机。
所述皮托管外管侧面均匀分布的测静压分布小孔4-1，可以是8个(或更多孔)上下左右对称分布的小孔，上部孔的静压分布对称于下部测风孔的静压分布。
步骤二、按照设定的风速管测定沿风速管周向分布小孔静压的测定位置，并且在特定的风速管转动到设定的角度时进行快速测量；所述测量包括测量所有动压、静压；
所述步骤二测量所有的静压，包括测定每个测静压分布小孔4-1的静压，该静压是测定风速管和来流风间的夹角形成的周向的不同的静压力分布，利用这个分布数值，采用风洞试验相应曲线判定风向，得知当时风向和风机平面的夹角。
步骤三、确认测量结果的有效性；
所述步骤三的确认测量结果的有效性，既是：如果测得的十字交叉的上孔和下孔的静压相同或近时相同时，所推算得到的风向角α才是真实可用的，将该风向角α进行修正，修正后得到的角度用来指令执行机构转动风车机舱去正确对风；如果当前测得的十字交叉的孔上孔和下孔的压力不同或不接近相同，那么要进行下一次测量，直到有一个相同数据后，就可以因此数据去得到正确的对风角度α＝0°。
步骤四、把有效的测量数据送中心计算机进行数据修正；
所述步骤四的测量数据送中心计算机进行数据修正，具体过程如下：
1)利用风洞试验所得的数据风向曲线，根据测到的风速管周向静压分布数值来计算出风向角，即是当时风向和风机平面的夹角，这是实测角。
2)根据测到的风速管周向静压分布数值利用气动力流场理论可以计算得到理论风向角，这是理论角；将实测角和理论角互为比较，互为调整后得到修正后的风向角；通常实测角就足够精准。
步骤五、确定风机前来流风和当前风机轴线的夹角，就是风向角；
步骤六、送风向角到转动风机的执行机构去转动机舱对准风向。
所述步骤六具体为：将修正后的α角指令风机桨盘平面转动机构改变桨盘方向去对准风向。
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。