專利名稱：用于測(cè)量風(fēng)速的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)一般地涉及風(fēng)力渦輪機(jī)，且更特別地，涉及一種用于測(cè)量風(fēng)速的方法和裝置。
背景技術(shù)：
典型地，風(fēng)力渦輪機(jī)包括用于將來(lái)自接近風(fēng)(oncoming wind)中的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為用 來(lái)產(chǎn)生電力的機(jī)械能的多個(gè)葉片。為了優(yōu)化風(fēng)力渦輪機(jī)的運(yùn)行，確定接近風(fēng)的速度常是有 益或必要的。因此，至少一些已知的風(fēng)力渦輪機(jī)配備了測(cè)量風(fēng)速和風(fēng)向的基于轉(zhuǎn)杯的或轉(zhuǎn)杯式 風(fēng)速計(jì)。已知的風(fēng)速計(jì)使用了多個(gè)裝置，例如圍繞垂直桿可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接的中空的半球。當(dāng) 暴露在風(fēng)中時(shí)，多個(gè)裝置圍繞桿旋轉(zhuǎn)，而電子裝置確定裝置的旋轉(zhuǎn)速度，并計(jì)算風(fēng)速。風(fēng)速 計(jì)也可與確定風(fēng)向的單獨(dú)的風(fēng)向標(biāo)聯(lián)合使用。因此，由于此類轉(zhuǎn)杯式風(fēng)速計(jì)使用了旋轉(zhuǎn)部 件，它們可易于產(chǎn)生機(jī)械故障。此外，為了有效工作，此類部件必須暴露于自然環(huán)境，因此此 類風(fēng)速計(jì)易遭受冰凍。另外，轉(zhuǎn)杯式風(fēng)速計(jì)必須物理性地放入風(fēng)洞來(lái)校準(zhǔn)。其它已知的風(fēng)力渦輪機(jī)可使用超聲波風(fēng)速計(jì)來(lái)測(cè)量風(fēng)速和風(fēng)向。已知的超聲波風(fēng) 速計(jì)使用從不同的方向發(fā)出超聲波脈沖的多個(gè)傳感器。當(dāng)暴露于風(fēng)時(shí)，逆著風(fēng)流移動(dòng)的超 聲波脈沖減速，且隨著風(fēng)流移動(dòng)的超聲波脈沖加速。電子裝置確定對(duì)于在不同方向上發(fā)出 的脈沖在傳播時(shí)間上的差異，并計(jì)算風(fēng)速和風(fēng)向。采用超聲波風(fēng)速計(jì)的一個(gè)缺點(diǎn)是它們很 昂貴。而且，風(fēng)流中包含的其它氣體或微?？赡軙?huì)負(fù)面地影響超聲波風(fēng)速計(jì)。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)實(shí)施例中，用來(lái)測(cè)量風(fēng)速的傳感器組件包括包含至少一個(gè)表面以及至少部 分地由該至少一個(gè)表面限定的流道的主體。傳感器組件還包括從該至少一個(gè)表面延伸的接 線，并且該接線至少部分地延伸通過(guò)流道。傳感器組件配置成當(dāng)空氣流過(guò)流道對(duì)接線產(chǎn)生 電流時(shí)確定風(fēng)速。在另一個(gè)實(shí)施例中，一種風(fēng)力渦輪機(jī)包括塔架，聯(lián)接到塔架上的外罩，聯(lián)接到外罩 上的輪轂，以及聯(lián)接到輪轂上的至少一個(gè)葉片。渦輪機(jī)還包括用來(lái)測(cè)量風(fēng)速的傳感器組件。 傳感器組件包括包含至少一個(gè)表面以及至少部分地由該至少一個(gè)表面限定的流道的主體。 傳感器組件還包括從該至少一個(gè)表面延伸的接線，并且該接線至少部分地延伸通過(guò)流道。 傳感器組件配置成當(dāng)空氣流過(guò)流道對(duì)接線產(chǎn)生電流時(shí)確定風(fēng)速。在另一個(gè)實(shí)施例中，一種用于測(cè)量風(fēng)速的方法包括提供包括至少一個(gè)表面以及至 少部分地由該至少一個(gè)表面限定的流道的主體。該方法還包括將接線聯(lián)接到該至少一個(gè)表 面上，使得該接線至少部分地延伸通過(guò)流道。該方法還包括當(dāng)空氣流經(jīng)流道時(shí)對(duì)接線產(chǎn)生 電流，并基于接線的電阻變化計(jì)算風(fēng)速。


圖1為示例性風(fēng)力渦輪機(jī)的側(cè)視圖。圖2為可與圖1中所示的風(fēng)力渦輪機(jī)一起使用的示例性傳感器組件的截面視圖。圖3為可與圖1中所示的風(fēng)力渦輪機(jī)一起使用的包括尾部和底部的傳感器組件的 一個(gè)備選實(shí)施例的橫截面視圖。圖4為可與圖1中所示的風(fēng)力渦輪機(jī)一起使用的示例性翼型件的部分透視圖，其
示出了第一安裝布置。圖5為圖4中所示的翼型件的橫截面視圖，示出了第二安裝布置。部件列表10風(fēng)力渦輪機(jī)11 塔架12 外罩13 輪轂14 葉片20傳感器組件21第一表面22第二表面23 流道14 接線25溫度傳感器26數(shù)據(jù)處理器30翼型件40 開(kāi)口41壓力側(cè)42吸力側(cè)50傳感器組件56 尾部57 底部58 軸
具體實(shí)施例方式圖1示出了一種示例性風(fēng)力渦輪機(jī)10。在該示例性實(shí)施例中，風(fēng)力渦輪機(jī)10包括 塔架11，聯(lián)接到塔架11上的外罩12，聯(lián)接到外罩12上的輪轂13，以及聯(lián)接到輪轂13上的 至少一個(gè)葉片14。塔架11為外罩12、輪轂13和葉片14提供支撐。塔架11可具有如本領(lǐng) 域已知的此類高度和結(jié)構(gòu)。外罩12聯(lián)接到塔架11上。外罩12典型地容納用來(lái)將葉片14的旋轉(zhuǎn)能量轉(zhuǎn)化為 電力的部件(未示出)。外罩12如本領(lǐng)域中已知的構(gòu)造。輪轂13聯(lián)接到外罩12上。輪轂 13為至少一個(gè)葉片14提供可旋轉(zhuǎn)殼體。輪轂13可如本領(lǐng)域中已知的構(gòu)造。至少一個(gè)葉片14聯(lián)接到輪轂13上。在該示例性實(shí)施例中，三個(gè)葉片14聯(lián)接到輪轂13上。當(dāng)風(fēng)沖擊葉片14時(shí)，葉片14可圍繞旋轉(zhuǎn)中心軸線旋轉(zhuǎn)。在該示例性實(shí)施例中， 各葉片14均與地面充分垂直地定向，并且各葉片14均旋轉(zhuǎn)通過(guò)大致相同的旋轉(zhuǎn)平面。各 葉片14均可如本領(lǐng)域中已知的構(gòu)造。在運(yùn)行中，當(dāng)風(fēng)沖擊葉片14時(shí)，葉片14圍繞輪轂13旋轉(zhuǎn)，且葉片14將風(fēng)的動(dòng)能 轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)能量。更具體而言，葉片14的旋轉(zhuǎn)使外罩12內(nèi)的齒輪箱(未示出)旋轉(zhuǎn)。齒 輪箱聯(lián)接到外罩12內(nèi)的發(fā)電機(jī)(未示出)上，發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電力。在一個(gè)備選實(shí)施例中，風(fēng) 力渦輪機(jī)10不包括齒輪箱，而是電力經(jīng)由穿過(guò)塔架11的電纜組件(未示出)傳輸。電纜 組件將電力傳輸?shù)诫娏W(wǎng)或其它目的地。圖2示出了可與風(fēng)力渦輪機(jī)10(如圖1所示)一起使用的示例性傳感器組件20。 在該示例性實(shí)施例中，傳感器組件20包括第一表面21，相對(duì)的第二表面22，以及限定在二 者之間的流道23。在該示例性實(shí)施例中，第一表面21和第二表面22形成了大體上環(huán)形主 體的大體上互補(bǔ)的兩半。在一個(gè)備選實(shí)施例中，第一表面21為環(huán)形并形成流道23的周界。 在此類實(shí)施例中，在由第一表面21形成的周界內(nèi)環(huán)形地限定流道23，且傳感器組件20不 包括第二表面22。在該示例性實(shí)施例中，傳感器組件還包括聯(lián)接到第一表面21和第二表 面22上的阻值已知的接線24，使得接線24至少部分地延伸過(guò)流道23。在該示例性實(shí)施例 中，傳感器組件20還包括位于接線24的上游，聯(lián)接到第一表面21和/或第二表面22的任 一個(gè)上的溫度傳感器25。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將會(huì)意識(shí)到接線24的阻值至少部分地依賴 于接線24的溫度。因此，如本文中所用，用語(yǔ)“已知阻值”指的是處在預(yù)定校準(zhǔn)溫度下的接 線24的阻值。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員還將意識(shí)到可采用接線24的已知阻值在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)傳感器 組件20進(jìn)行校準(zhǔn)，而不僅僅在風(fēng)洞中校準(zhǔn)傳感器組件20。第一表面21和第二表面22可定向成使得流道23可具有多種橫截面區(qū)域中的任何 一種。例如，流道23可限定為具有大體上圓錐形的形狀，具有大體上圓柱形的形狀，具有包括 喇叭形入口的形狀，和/或具有使傳感器組件20能夠如本文所述起作用的任何橫截流截面的 形狀。在該示例性實(shí)施例中，第一表面21和第二表面22限定包括喇叭形入口的大體上圓柱 形的流道23。更具體而言，在該示例性實(shí)施例中，流道23的形狀促進(jìn)減少進(jìn)入空氣流中的垂 直分量，使得大體上僅空氣流中的水平分量被傳感器組件20感知。該示例性實(shí)施例促進(jìn)風(fēng)力 渦輪機(jī)的優(yōu)化，因?yàn)榈湫偷兀瑢?duì)于風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)電而言，實(shí)質(zhì)上僅可利用風(fēng)的水平速度。在運(yùn)行中，從電源(未示出)對(duì)接線24引起大致恒定的電流。備選地，可將大致 恒定的電壓跨越接線24而施加。在該示例性實(shí)施例中，產(chǎn)生的電流加熱接線24，這減少接 線24上形成冰的可能性。當(dāng)空氣進(jìn)入流道23時(shí)，溫度傳感器25探測(cè)引入空氣的溫度。當(dāng) 空氣流經(jīng)接線24時(shí)，空氣引起接線24中的溫度降低。在該示例性實(shí)施例中，溫度傳感器25 和接線24各自電聯(lián)接到數(shù)據(jù)處理器26上。數(shù)據(jù)處理器26從接線24和溫度傳感器25接收數(shù)據(jù)。由于接線24的阻值與接線 24的溫度成比例，數(shù)據(jù)處理器26可基于接線24的溫度下降、空氣的溫度以及接線24的已 知阻值計(jì)算流經(jīng)流道23的風(fēng)速。該示例性實(shí)施例采用了最少的移動(dòng)部件來(lái)測(cè)量風(fēng)速。因 此，將會(huì)意識(shí)到該實(shí)施例促進(jìn)比轉(zhuǎn)杯式風(fēng)速計(jì)更高的機(jī)械可靠性。在一個(gè)實(shí)施例中，傳感器組件20利用大致水平的梁(未示出)聯(lián)接到輪轂13上。 備選地，傳感器組件20使用允許組件20如本文所述起作用的任何其它機(jī)構(gòu)(未示出)聯(lián) 接到輪轂13上。在此類實(shí)施例中，輪轂13的旋轉(zhuǎn)可用來(lái)促進(jìn)朝向風(fēng)流旋轉(zhuǎn)傳感器組件20。
圖3示出了一種可與風(fēng)力渦輪機(jī)10(如圖1所示)一起使用的備選傳感器組件 50。在此類實(shí)施例中，傳感器組件50與傳感器組件20(示于圖2)相似，相同的部件在圖 3中采用與圖2中相同的參考標(biāo)號(hào)標(biāo)示。因此，傳感器組件50包括流道23以及表面21和 22。傳感器組件50還包括尾部56和底部57。尾部56定向成使得當(dāng)風(fēng)從除了與流道23基 本平行的方向以外的任何方向沖擊尾部56時(shí)，對(duì)傳感器組件50產(chǎn)生水平扭矩。在該示例 性實(shí)施例中，尾部56為大致鰭狀或翼狀，并從第一表面21或第二表面22向外延伸，使得尾 部56排列成與經(jīng)過(guò)流道23的中心線(未示出)垂直延伸的平面(未示出)大致平行。底部57將傳感器組件50可旋轉(zhuǎn)地連接到軸58上。在該示例性實(shí)施例中，軸58定 向成大體上垂直于地面，使得傳感器組件50可圍繞延伸通過(guò)軸58的中心線旋轉(zhuǎn)。結(jié)合起 來(lái)，尾部和底部56和57分別使傳感器組件50能夠朝向風(fēng)流旋轉(zhuǎn)。在一個(gè)備選實(shí)施例中， 使用傳感器或聯(lián)接到一裝置(傳感器組件50安裝到其上)上的設(shè)備，傳感器組件50被朝 向風(fēng)流定向。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將會(huì)意識(shí)到到尾部56和底部57分別促進(jìn)提供一種比本 領(lǐng)域目前已知的其它探測(cè)設(shè)備更有效且更便宜的測(cè)量風(fēng)速和風(fēng)向二者的方法。圖4示出了包括聯(lián)接到其上的多個(gè)示例性傳感器組件20的示例性翼型件30的一 部分。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將意識(shí)到翼型件30可為風(fēng)力渦輪機(jī)葉片、飛機(jī)機(jī)翼、用于燃?xì)?渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)中的葉片和/或落入本申請(qǐng)的主題范圍內(nèi)的任何其它翼型件。傳感器組件20 聯(lián)接到翼型件30上以使得能夠?qū)α鹘?jīng)翼型件30的空氣進(jìn)行分析，并且可給翼型件30周圍 的風(fēng)況提供更好的理解。此外，一個(gè)或多個(gè)傳感器組件20可聯(lián)接到翼型件30上為葉片變 槳的高級(jí)控制提供數(shù)據(jù)。將會(huì)意識(shí)到傳感器組件20可根據(jù)需要容易地聯(lián)接到翼型件30上 或從翼型件30上移除。圖5示出了一種翼型件30，該翼型件30還包括從壓力側(cè)41穿過(guò)翼型件30延伸至 相對(duì)的吸力側(cè)42的開(kāi)口 40。傳感器組件20可聯(lián)接到開(kāi)口 40上以提供關(guān)于翼型件30的壓 力分布和空氣流動(dòng)條件的數(shù)據(jù)。在運(yùn)行中，翼型件30的壓力側(cè)41處的高壓空氣進(jìn)入由第一表面21和第二表面22 限定的流道23?？諝庠陔x開(kāi)翼型件30的吸力側(cè)42處的流道23之前流經(jīng)溫度傳感器25和 接線24。數(shù)據(jù)處理器26基于來(lái)自接線24和溫度傳感器25的數(shù)據(jù)計(jì)算風(fēng)速。上述的實(shí)施例促進(jìn)提供一種用于測(cè)量風(fēng)速和風(fēng)向的有效且成本合算的傳感器組 件。傳感器組件可結(jié)合使傳感器組件大致朝向風(fēng)流定向的風(fēng)定位尾部和底部。如果風(fēng)力渦 輪機(jī)已經(jīng)包括使風(fēng)力渦輪機(jī)朝向風(fēng)流定位的設(shè)備，則傳感器組件可備選地不包括底部和尾 部而聯(lián)接到風(fēng)力渦輪機(jī)上。實(shí)施例使用最少的運(yùn)動(dòng)部件來(lái)測(cè)量風(fēng)速，因此促進(jìn)了比轉(zhuǎn)杯式 風(fēng)速計(jì)更高的機(jī)械可靠性。由于實(shí)施例使用加熱的接線來(lái)測(cè)量風(fēng)速，因此實(shí)施例減少了在 測(cè)量表面上形成冰的可能性，從而增加了它們被用于寒冷氣候的能力。此外，與包括轉(zhuǎn)杯式風(fēng)速計(jì)的風(fēng)力渦輪機(jī)相比，示例性實(shí)施例提高了傳感器組件 減少流經(jīng)流道的風(fēng)的垂直分量的能力。在示例性實(shí)施例中，傳感器組件主體的形狀便于僅 實(shí)質(zhì)上測(cè)量風(fēng)速的水平分量。如上述實(shí)施例中所示，傳感器組件可聯(lián)接到翼型件上，或位于 翼型件中的開(kāi)口內(nèi)，測(cè)量翼型件處的空氣流和壓力分布。另外，實(shí)施例可用于測(cè)量大氣風(fēng) 流，而不僅僅測(cè)量實(shí)驗(yàn)室或風(fēng)洞內(nèi)的空氣流。以上詳細(xì)描述了風(fēng)力渦輪機(jī)和用于測(cè)量風(fēng)速的方法及組件的示例性實(shí)施例。該方 法和組件不限于本文所述的特定的實(shí)施例，而是組件的部件和/或方法的步驟可與本文所述的其它部件和/或步驟獨(dú)立且分開(kāi)地使用。例如，組件也可與其它測(cè)量系統(tǒng)和方法結(jié)合 使用，而不限于僅與如本文描述的風(fēng)力渦輪機(jī)和方法一起實(shí)施。相反，示例性實(shí)施例可與許 多其它風(fēng)力渦輪機(jī)應(yīng)用一起實(shí)施并使用。盡管本發(fā)明的各種實(shí)施例的具體特征可在一些圖中示出，而在其它圖中未示出， 但這僅僅是為了方便。根據(jù)本發(fā)明的原理，一幅圖中的任何特征均可與任何其它圖中的任 何特征一起引用和/或要求保護(hù)。本書面說(shuō)明書使用實(shí)例來(lái)公開(kāi)本發(fā)明，包括最佳模式，并且還使得本領(lǐng)域的技術(shù) 人員能夠?qū)嵤┍景l(fā)明，包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)，以及執(zhí)行任何結(jié)合的方法。本發(fā) 明可取得專利的范圍由權(quán)利要求書限定，并可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其它實(shí)例。如果 此類其它實(shí)例具有的結(jié)構(gòu)要件和權(quán)利要求的字面語(yǔ)言沒(méi)有不同，或者如果它們包括的等價(jià) 結(jié)構(gòu)要件和權(quán)利要求書的字面語(yǔ)言沒(méi)有本質(zhì)的不同，則它們都意在屬于權(quán)利要求書的范圍 內(nèi)。
權(quán)利要求
一種用于測(cè)量風(fēng)速的傳感器組件(20，50)，所述傳感器組件包括包括至少一個(gè)表面(21，22)和至少部分地由所述至少一個(gè)表面限定的流道(23)的主體；以及從所述至少一個(gè)表面延伸的接線(24)，使得所述接線至少部分地延伸通過(guò)所述流道，所述傳感器組件配置成當(dāng)空氣流經(jīng)所述流道對(duì)所述接線產(chǎn)生電流時(shí)確定風(fēng)速。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器組件(20，50)，其特征在于，所述主體還包括聯(lián)接到所 述至少一個(gè)表面(21，22)上的尾部(56)，所述尾部促進(jìn)相對(duì)于流向所述傳感器組件的空氣 使所述主體定向。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的傳感器組件(20，50)，其特征在于，所述主體還包括圍繞旋轉(zhuǎn) 軸線可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接所述傳感器組件的底部(57)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的傳感器組件(20，50)，其特征在于，所述底部(57)可旋轉(zhuǎn)地 聯(lián)接到軸(58)上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器組件(20，50)，其特征在于，所述流道(23)的形狀促 進(jìn)減少經(jīng)過(guò)所述主體的空氣流的垂直分量。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器組件(20，50)，其特征在于，溫度傳感器(25)聯(lián)接到 所述主體上。
7.一種風(fēng)力渦輪機(jī)(10)，包括塔架(11)；聯(lián)接到所述塔架上的外罩(12)；聯(lián)接到所述外罩上的輪轂(13)；聯(lián)接到所述輪轂上的至少一個(gè)葉片(14)；以及用于測(cè)量風(fēng)速的傳感器組件(20，50)，所述傳感器組件包括包括至少一個(gè)表面(21，22)以及至少部分地由所述至少一個(gè)表面限定的流道(23)的 主體；以及從所述至少一個(gè)表面延伸的接線(24)，使得所述接線至少部分地延伸通過(guò)所述流道， 所述傳感器組件配置成當(dāng)空氣流經(jīng)所述流道對(duì)所述接線產(chǎn)生電流時(shí)確定風(fēng)速。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的風(fēng)力渦輪機(jī)(10)，其特征在于，所述主體還包括聯(lián)接到所述 至少一個(gè)表面(21，22)上的尾部(56)，所述尾部促進(jìn)相對(duì)于流向所述傳感器組件(20，50) 的空氣使所述主體定向，并且其中，所述主體還包括圍繞旋轉(zhuǎn)軸線可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接所述傳感 器組件的底部(57)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的風(fēng)力渦輪機(jī)(10)，其特征在于，所述傳感器組件(20，50)還 包括聯(lián)接到所述接線(24)上的數(shù)據(jù)處理器(26)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的風(fēng)力渦輪機(jī)(10)，其特征在于，所述主體聯(lián)接到所述至少一 個(gè)葉片(14)上。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于測(cè)量風(fēng)速的方法和裝置，具體而言，提供了一種用于測(cè)量風(fēng)速的傳感器組件(20，50)。傳感器組件包括包含至少一個(gè)表面(21，22)以及至少部分地由該至少一個(gè)表面限定的流道(23)的主體，接線(24)從該至少一個(gè)表面延伸使得該接線至少部分地延伸通過(guò)流道，傳感器組件配置成當(dāng)空氣流過(guò)流道對(duì)接線產(chǎn)生電流時(shí)確定風(fēng)速。
文檔編號(hào)F03D1/06GK101930010SQ201010220438
公開(kāi)日2010年12月29日 申請(qǐng)日期2010年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月23日
發(fā)明者P·A·桑托斯 申請(qǐng)人:通用電氣公司