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超声波风速风向测量的优势

发布时间:2017-01-17    阅读次数:3065


    中国是世界排名第一的风力发电国家。2015年全国风电机组累计装机容量145362MW,约占全球三分之一,同比增长26.8%;新增装机容量30753MW,占全球新增容量的48%,同比增长32.6%。

       

     风速计是风力涡轮机的重要组成部分。涡轮机在大约3-25m/s的风速范围内工作,风速过高或过低都会停机。每台涡轮机上都需要安装风速计,测量风速和风向,以便风速矢量的方向变化时,风轮和桨叶能够快速平稳地对准风向,以获得最大的风能。


    风速计根据测量原理主要分为机械式、超声波式、声振荡、压力式与热线式等几类。在一般场合,特别是气象站中使用最多的是机械式风速仪。其中最常见的是三杯式风速仪,由一根垂直轴和附在其上的三个风杯组成,风杯的转动速度与风速成正比。使用时,需要连接到数据记录器或其它数据记录装置上,将风速和风向等数据传递给风力涡轮机控制器。




    机械式的风速计由于依赖于可动部件,因此长期暴露在室外,容易受到恶劣天气的损害,出现结冰、吹折、轴承损坏等现象,而且防尘能力差,沙尘和盐雾也会对其造成腐蚀。同时,机械式风速计还存在启动风速,低于启动值的风速将不能驱动螺旋桨或者风杯进行旋转。

   超声波风速仪是新型风速仪中性能较为突出的一种,能够精确测量高湍流工况或风剧烈切换情况下的风速和风向。作为一种全电子式的风速计,它能与风力涡轮机的PLC直接通信,便于识别涡轮机的维护需求。


      
对射式(左)和反射式(右)的超声波风速计

    人们很早就发现声波在空气中的传播速度受气流的影响,因此提出了利用测量声波在已知距离的两点之间传播时间的变化来逆向推导两点间风速的方法。超声波在空气中的传播速度,会和风向上的气流速度叠加。若超声波的传播方向与风向相同,它的速度会加快;反之,若传播方向若与风向相反,则速度会变慢。常见的二维风速仪采用两对传感器在水平面上互相垂直的方式同时测得水平两个方向上的风速,然后进行正交合成,计算得到水平平面上的风速和风向;或者采用呈等边三角排列的三个传感器测得三个方向上的风速,再转换成直角坐标的矢量。同理三维风速仪则再增加一组竖直方向上的探头。

    根据产品设计的不同,超声波风速计所用的传感器既有20-40KHz的,也有100-300KHz。探头的分布分为对射式和反射式两种。



二维风速仪采用两对传感器测得水平两个方向上的风速

     虽然比起机械式的风速计,超声波风速计的价格普遍较高,但是它不含可动部件,大大降低了故障概率和维护成本。一些超声波风速计还自带发热器件,以避免结冰对传感器的工作造成影响。目前已经有越来越多的风力发电机使用超声波风速仪来监测风速和风向。除了风力发电以外,超声波风速计还广泛应用于城市环境监测、气象监测、桥梁隧道、航海船舶、航空机场,以及各种需要抽风排气系统的行业。

    虽然超声波风速计相比于传统的机械式的风速计具有很多优点,但是它对传感器的工艺水平要求较高,国内能生产出一致性、可靠性较高的超声波传感器的生产厂商还不是很多。广东奥迪威传感科技股份有限公司(AUDIOWELL) 成立于1999年,是细分行业领先的传感器元器件及解决方案的提供商。其车载超声波传感器、超声波流量传感器、液位探测模组、超声波换能器件及模组、报警发声器件等系列处于市场领先地位,产品广泛应用于汽车电子、智能仪表、安防通讯、环境与健康电器等多个行业和领域。奥迪威的超声波传感器具有较好的一致性和耐候性,产品可靠性经过严格的试验验证,可为风速风向测量提供高质量、高精度的传感器。



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