涡轮机流体速度场测量的利记博彩app
【技术领域】
[0001]本公开涉及涡轮机流体速度场测量，并且尤其涉及用于流体速度场的多普勒测速测量的新系统和方法。
【背景技术】
[0002]涡轮机是包括在流体流动压力下移动以产生有用功的旋转元件的机器，有用功通常是发电。流体可为气体或液体或其它非固相。涡轮机的一个实例为风力涡轮机。当本公开中提及风力涡轮机时，所涉及流体为空气，并且风是空气流。风力涡轮机通常是水平轴线或垂直轴线，但已提出了其它类型的设计。本公开可以适用于任何类型的涡轮机。
[0003]水平轴线风力涡轮机是本领域技术人员众所周知的。多普勒风速测定方法也是本领域技术人员众所周知的。应了解，LIDAR(光检测和测距)多普勒风速测定系统可以采用范围选通脉冲激光束或替代地采用聚焦连续波(CW)激光束，通常采用实质上协同定位的发射器和接收器光学器件，以便测量沿激光束方向的径向伸长的速度分量。
[0004]应了解，发射器和接收器光学器件不一定需要实质上协同定位，并且双静态配置可以采用彼此实质上位移的发射器和接收器光学器件。
[0005]本领域技术人员将熟悉水平轴线风力涡轮机的设计，所述水平轴线风力涡轮机包含安装在垂直塔顶上的吊舱壳体并且含有由在轮毂处附接到吊舱的转子系统驱动的近水平轴线旋转轴，多个气动设计叶片从所述轮毂突出。本领域技术人员还将熟悉间距控制系统，所述间距控制系统可以使叶片围绕它们的纵向轴线旋转或俯仰不同的角度，所述纵向轴线从近水平驱动系轴线横向地辐射。已知的是，此类系统可以包含低速轴、齿轮箱和一个或多个高速轴驱动发电机，或替代地，所述系统可以属于直接驱动类型，而无需齿轮箱和高速轴。替代地，还已知的是，在风力涡轮机中可以实施液压驱动系设计。本领域技术人员将熟悉其中吊舱壳体可以被驱动以围绕垂直轴线旋转或偏航以使得转子轴线与风向实质上对准并且涡轮机可被驱动以面向或背对风的设计。应了解，所有上述驱动系类型都可以取决于风速和风向测量来利用控制系统，并且当前采用的常见测量方法利用安装在风力涡轮机吊舱上的风向标或风速测定器械。
[0006]本发明的用于水平轴线风力涡轮机的吊舱安装多普勒风速测定设备或LIDAR系统仅对给定点处的径向视线风速取样。然而，三维风速场变化对于风力涡轮机的操作是显著的。本发明的技术通过使用多个发散光束来收集风速分量信息，但这会导致在入射风场中的广泛分离的点处收集不同的速度分量。本发明的技术可以进行以下假设:风速场是实质上平行且均一的。由于众所周知的是风场的实质变化跨越风力涡轮机转子扫掠区域是可能的，因此风场的均一性或平均化的这一假设引起信息分辨率的降级并且排除了详细地测量可变风速矢量场的可能性。
[0007]当并不在预期测量点处，而是在从预期测量点实质上位移之处对速度分量取样时，给定时间平均化周期内某个空间点处的湍流强度的测量(被定义为风速样本的标准偏差除以所述时间平均化周期内风速样本的平均值)也会经受测量误差增加。随后遍及在空间上延伸的数据群体以及遍及时间平均化周期计算标准偏差。应注意，传统自旋杯或超声波风速测定设备涉及实质上在单个空间点处的数据的收集。
[0008]已在以下各项中提出了各种测量系统:US2012/0051907 (ROGERS)；GB2477529(VESTAS) ；EP1460266(MITSUBISHI) ；W02011/096928(CATCH THE WIND)；US2012/0274937(HAYS);和US2013/0162974(DAKIN);但这些测量系统都遭受一个或多个缺点。
[0009]因此，新的流体速度测量系统将是有益的。
【发明内容】
[0010]根据本公开的第一方面，提供一种测量系统，测量系统包括:
[0011]多个光束源，多个光束源安装在涡轮机上并且被布置成使得来自光束源的光束在测量点处相交；
[0012]—个或多个接收器，一个或多个接收器用于测量反射光束或散射光束的多普勒偏移;
[0013]处理器，处理器用于基于经测量多普勒偏移来确定测量点处的流体速度。
[0014]根据本公开的第二方面，提供一种测量方法，测量方法包括:
[0015]从涡轮机上的多个光束源发射光束，使得来自光束源的光束在测量点处相交；
[0016]接收反射光束或散射光束的多普勒偏移；以及
[0017]基于经测量多普勒偏移来确定测量点处的流体速度。
[0018]以下特征一般可适用于所述系统或所述方法。在叙述设备整体的情况下，应理解，涵盖提供和/或采用那些特征的方法。同样地，在叙述方法步骤的情况下，应理解，涵盖能够执行方法步骤或在使用中执行方法步骤的设备整体。
[0019]“点”实际上将是具有由以下各项界定的尺寸的相交区:光束的横向尺寸或横向发散度；以及在连续波(CW)激光束的情况下，它们的聚焦的纵向伸长；或在脉冲范围选通激光束的情况下，它们的脉冲长度和范围选通伸长的纵向伸长。
[0020]光束源可为发射窄的单向电磁辐射流的任何东西(颗粒或能量)。
[0021]速度为三维量，可以在水平平面以及垂直平面上或实际上在任何其它参照系上在三个维度中测量风速。
[0022]任选地，测量点相对于驱动涡轮机的流体的流动方向位于涡轮机上游。
[0023]任选地，对经测量多普勒速度应用校正因子以考虑指示流体速度与流体中夹带的颗粒的速度的差的任何已知统计关系。
[0024]任选地，涡轮机为风力涡轮机。
[0025]任选地，风力涡轮机为水平轴线风力涡轮机。
[0026]任选地，一个或多个光束源安装在吊舱壳体上或中。
[0027]任选地，一个或多个光束源安装在从吊舱壳体延伸的固定框架上或中。
[0028]任选地，出于光束导向准确度目的和/或为了校准由接收器采取的测量而考虑吊舱偏航角和塔/吊舱弯曲。
[0029]任选地，一个或多个光束源安装在转子轮毂上或中。
[0030]任选地，使一个或多个光束源安装在从转子轮毂延伸的固定框架上或中。
[0031]任选地，固定框架包括从轮毂延伸并且环绕叶片杆的护罩。
[0032]护罩可以是圆柱形并且可以包括或可以不包括使护罩相对于内部叶片杆保持在适当位置的一个或多个轴承，内部叶片杆可以在护罩和/或轴承内自由地旋转(俯仰)。
[0033]任选地，出于光束导向准确度目的而考虑转子旋转角。
[0034]任选地，一个或多个光束源安装在一个或多个转子叶片上或中。
[0035]任选地，光束源借助于条带、螺栓、锁定接头、磁性夹具或粘合剂而安装到叶片。
[0036]应了解，在需要时可以采用其它安装方法。
[0037]任选地，一个或多个光束源安装在从一个或多个转子叶片延伸的固定框架上或中。
[0038]任选地，风力涡轮机采用包括安装在第二非俯仰叶片延伸部分上的第一俯仰部分的转子叶片，并且一个或多个光束源安装在所述第二非俯仰叶片延伸部分上的从主转子轴线起的半径处，所述半径大于转子轮毂的径向伸长。
[0039]这增加由此不受叶片间距影响的基于转子的光束源的基线分离，而叶片可以在需要时俯仰超出固定延伸区段。
[0040]任选地，转子叶片包括多个独立俯仰区段。
[0041]任选地，转子叶片包括并不俯仰的内部区段。
[0042]任选地，出于光束导向准确度目的而考虑叶片间距变化。
[0043]任选地，提供多个协同定位的光束源和接收器对。
[0044]任选地，所述系统进一步包括与涡轮机隔开的一个或多个固定位置光束源。
[0045]任选地，光束源被提供在多个涡轮机处并且使它们的光束独立地定向以使得它们在测量点处会聚或相交。
[0046]任选地，所述系统进一步包括定位在诸如无人驾驶飞行器的遥控飞行器上的一个或多个光束源。
[0047]任选地，所述系统包括用于光束源的控制系统，控制系统被布置成选择特定光束，特定光束最适合在特定位置处提供样本而不会在通过转子叶片、吊舱或塔时相交，由此允许不间断的测量并且释放任何替代光束以使它们可以同时用于替代测量位置。
[0048]任选地，光束扫描方法可以根据涡轮机的操作状态而改变，从而允许有可能在转子旋转时采用转子叶片的旋转用于光束扫描，但在转子停止旋转时切换到替代测量模式。
[0049]转子可以在风非常小时或在涡轮机处于维护或关机状态时停止旋转。
[0050]任选地，所述系统包括光束导向构件，光束导向构件可以受控制以使测量点变化。
[0051]任选地，所述系统包括控制系统，控制系统基于以下各项中的一者或多者来为个别光束导向或偏转系统提供必要信号:源的相对位置的传感器输入知识和计算、组件取向和对准信息、地理的相对位置和速度、转子与叶片间距参考系、偏航角、转子角度、叶片间距角度、转子速度、风速和/或风向。
[0052]任选地，光束源或光束源窗口从风力涡轮机吊舱、转子轮毂、叶片或其它组件最低程度地突出，模塑在风力涡轮机吊舱、转子轮毂、叶片或其它组件内，或包含在风力涡轮机吊舱、转子轮毂、叶片或其它组件内。
[0053]这意味着光束源对风力涡轮机组件的气动性具有最小影响。
[0054]任选地，光束源被布置成在一连串取样点或测量点处测量流体速度场，以便提供指示流体速度场或其特性的空间变化的数据样本。
[0055]任选地，使采用相交光束的一连串多普勒速度测量在空间上和/或在时间上分离并且组合以便使流体速度场在以下方面特性化:湍流强度场；水平或垂直流体转向场；水平或垂直流体切变场；倾角场；水平、横向或垂直流体分量场；阵风；或流体速度场的任何其它特征。
[0056]任选地，分析测量以导出流体密度值。
[0057]对流体密度的测量和计算具有多个可能应用:流体密度控