專利名稱：球狀浮空垂直軸風(fēng)力機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種垂直軸、阻力型風(fēng)力機(jī)，球體形狀，不須用塔架，只需要用系留繩拴住， 讓其漂浮在空中，浮空高度可調(diào)。用于風(fēng)力發(fā)電設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。技術(shù)背景在面臨2020年以后化石燃料(石油、天然氣、煤炭等)的資源減少、成本增加和在2030 年后大部分也被開發(fā)完畢的水能資源的狀況下，風(fēng)電將具備市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力，得到快速發(fā)展。在過(guò)去的20多年中，風(fēng)力發(fā)電在世界各國(guó)得到很大發(fā)展。風(fēng)能作為一種很少有污染的可 再生能源引起人們?cè)絹?lái)越大的重視，美國(guó)、丹麥、德國(guó)等國(guó)在風(fēng)力發(fā)電上取得了很大的成效。 現(xiàn)在的風(fēng)力發(fā)電機(jī)均修建在地面，其輸出容量受地面風(fēng)能密度限制，而地表面的風(fēng)能密度相 當(dāng)?shù)?，可利用的平均風(fēng)能密度一般為0.2kW/m2—0. 5kW/m2，因此要在地面建造兆瓦級(jí)以 上的大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)比較困難，大直徑的風(fēng)輪將帶來(lái)槳葉材料、振動(dòng)、噪聲等一系列問(wèn)題。 此外，地表風(fēng)的不穩(wěn)定性也使得風(fēng)能難以成為一種可靠的能源，風(fēng)力發(fā)電站典型的容量系數(shù) 僅為30%左右。設(shè)置在地面的風(fēng)力發(fā)電裝置還受地表擾動(dòng)的影響，由此引起的疲勞效應(yīng)會(huì)減 少設(shè)備的使用壽命。人們對(duì)靠近地面的風(fēng)能系統(tǒng)已作了詳細(xì)的研究，但卻忽略了在遠(yuǎn)離地面 的高空中使用風(fēng)力機(jī)進(jìn)行發(fā)電的可能性。事實(shí)上空中的風(fēng)能密度遠(yuǎn)比地表面大。和地表的氣 候不同，在3萬(wàn)英尺的高空中，長(zhǎng)年有著超過(guò)海平面20倍的強(qiáng)風(fēng)，可以說(shuō)是良好的風(fēng)力發(fā)電 的場(chǎng)所。如果是想辦法將風(fēng)力發(fā)電機(jī)升入高空，就能夠送回來(lái)源源不斷的電能。在某些區(qū)域， 空中發(fā)電機(jī)的效率可高達(dá)90%，比地面發(fā)電機(jī)高出3倍。研究表明，在海拔2000K)00m空中 的風(fēng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)比在地表面的強(qiáng)且穩(wěn)定。在赤道兩側(cè)靠近緯度30。的區(qū)域內(nèi)，年均風(fēng)能密度可高達(dá) 2. 0kW/m2風(fēng)電設(shè)備通常分為四個(gè)主要板塊電機(jī)、變速箱、控制系統(tǒng)、風(fēng)力機(jī)。其中風(fēng)力機(jī)(也 就是風(fēng)力機(jī))是風(fēng)電機(jī)組的重要部件。占了風(fēng)電機(jī)組的很大一部分成本。發(fā)明內(nèi)容現(xiàn)在世界范圍內(nèi)垂直軸風(fēng)力機(jī)的設(shè)計(jì)專利有上百種，有使用附加翼面的，也有使用連桿、 凸輪等機(jī)械裝置的，都相當(dāng)復(fù)雜，難以經(jīng)濟(jì)有效地實(shí)現(xiàn)。球狀浮空風(fēng)力機(jī)實(shí)現(xiàn)了將風(fēng)力發(fā)電 機(jī)升入高空，提供了經(jīng)濟(jì)有效獲取各個(gè)高度風(fēng)力能量資源的技術(shù)方案。球體內(nèi)充的氦氣可以 保證風(fēng)力機(jī)浮在空中，同時(shí)利用特殊的結(jié)構(gòu)保證能隨風(fēng)轉(zhuǎn)動(dòng)獲取風(fēng)能。由于是垂直軸風(fēng)力機(jī)， 所以不存在風(fēng)向改變的問(wèn)題，無(wú)需迎風(fēng)機(jī)構(gòu)。風(fēng)力機(jī)的下部可以安裝電機(jī)和變速箱，產(chǎn)生的 電力可以通過(guò)系留繩傳到地面。地面控制系統(tǒng)可以根據(jù)系留繩控制風(fēng)力機(jī)的高度，受力可以 通過(guò)調(diào)節(jié)風(fēng)力機(jī)內(nèi)部的氣體量來(lái)實(shí)現(xiàn)?？梢园褍蓚€(gè)風(fēng)力機(jī)的軸上下連在一起，組成一個(gè)共軸 系統(tǒng)，兩個(gè)風(fēng)力機(jī)分別向不同的方向旋轉(zhuǎn)，這樣就可以相互抵消風(fēng)力機(jī)發(fā)電時(shí)的返向鈕距。 同樣可以把許多風(fēng)力機(jī)平行連在一起組成一個(gè)巨陣，建立風(fēng)電場(chǎng)。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說(shuō)明。圖l是風(fēng)力機(jī)模型的前視圖。圖2是風(fēng)力機(jī)模型的水平剖面圖。圖3、圖4、圖5、圖6是以風(fēng)力機(jī)水平剖面圖的轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)說(shuō)明原理的原理圖。圖中1球體的硬蒙皮部分2球體的軟蒙皮部分3風(fēng)力機(jī)軸4球體支撐骨架5球體內(nèi)部的氣倉(cāng)6風(fēng)力充氣倉(cāng)7支撐骨架的垂直影射線 ---> 風(fēng)力機(jī)的受力方向風(fēng)力機(jī)的模型如圖1和2所示，是一個(gè)規(guī)則的圓球體，球體的從上看被支撐球體的骨架分成平均6份。蒙皮有兩層，外層的是硬蒙皮，期中有硬質(zhì)的骨架支撐保證不能隨風(fēng)吹變形，但只覆蓋了風(fēng)力機(jī)的一半表皮，硬蒙皮在風(fēng)力機(jī)上按中間隔l份的規(guī)則覆蓋了風(fēng)力機(jī)表面積 的一半，也就是3份，硬蒙皮與支撐球體的6根骨架緊密連接。球體的硬蒙皮下面還有一層 軟蒙皮，軟蒙皮完整覆蓋了風(fēng)力機(jī)的所有面積包裹著內(nèi)部的氣倉(cāng)。軟蒙皮按照中間隔一根骨 架的規(guī)則，只與3根骨架緊密連接。所以軟蒙皮在內(nèi)部氣倉(cāng)不飽和的情況下可以隨風(fēng)吹變形， 被風(fēng)吹癟而產(chǎn)生如6所示的充氣倉(cāng)。內(nèi)部氣倉(cāng)如果充的是比空氣輕的氣體(如氫氣或氦氣)， 就可以使風(fēng)力機(jī)飄浮在空中，下部用系留繩調(diào)節(jié)浮空高度。為了說(shuō)明原理方便，把水平剖面圖按支撐骨架的垂直影射分成了6等份，每份都編了號(hào)， 如圖3所示。首先要向風(fēng)力機(jī)內(nèi)部的氣倉(cāng)充氣，但不能充滿，只充到2/3體積就可以了。風(fēng)力機(jī)運(yùn)行時(shí)的受力如圖3所示，在風(fēng)的作用下，風(fēng)力機(jī)順風(fēng)面的軟蒙皮因?yàn)轱L(fēng)的壓力 向球內(nèi)凹陷，同時(shí)另外的兩個(gè)軟蒙皮受到球內(nèi)壓力向外鼓起。風(fēng)力機(jī)會(huì)獲得力巨沿順時(shí)針風(fēng) 向轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)轉(zhuǎn)到圖4所示位置時(shí)風(fēng)力機(jī)的第5部分的軟蒙皮同樣受到風(fēng)的作用產(chǎn)生向球內(nèi)的壓 力，但由于第6和1部分軟蒙皮向球內(nèi)的壓力大于4部分，所以第4部分的軟蒙皮沒(méi)有向球內(nèi)凹 陷，保持著原形狀。風(fēng)力機(jī)繼續(xù)沿順時(shí)針風(fēng)向轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)轉(zhuǎn)到圖5所示位置時(shí)風(fēng)力機(jī)的第4部分 的軟蒙皮同樣受到風(fēng)的作用產(chǎn)生向球內(nèi)的壓力逐漸加大，而第6和1部分軟蒙皮向球內(nèi)的壓力 逐漸減小，由于各出受力狀況不同，所以第6和1部分軟蒙皮開始向外鼓起，第4部分的軟蒙 皮也開始向球內(nèi)凹陷，風(fēng)力機(jī)仍繼續(xù)沿順時(shí)針風(fēng)向轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)轉(zhuǎn)到圖6所示位置時(shí)風(fēng)力機(jī)的第4 部分的軟蒙皮同樣受到風(fēng)的作用產(chǎn)生向球內(nèi)的壓力大大超過(guò)了第6和1部分軟蒙皮向球內(nèi)的 壓力，所以第6和1部分軟蒙皮全部向外鼓起，第4和5部分的軟蒙皮也全部球內(nèi)凹陷，形成了 和圖3—樣的受力狀況，由次再開始循環(huán)這樣就會(huì)使風(fēng)力機(jī)旋轉(zhuǎn)下去。
權(quán)利要求
1. 球狀浮空垂直軸風(fēng)力機(jī)，其特征是垂直軸、阻力型風(fēng)力機(jī)，球體狀，球體內(nèi)充的氦氣可以保證風(fēng)力機(jī)浮在空中，同時(shí)利用特殊的結(jié)構(gòu)保證能隨風(fēng)轉(zhuǎn)動(dòng)獲取風(fēng)能，不需要塔架，只要系留繩固定即可，無(wú)需迎風(fēng)機(jī)構(gòu)，風(fēng)力機(jī)的下部可以安裝電機(jī)和變速箱，產(chǎn)生的電力可以通過(guò)系留繩傳到地面，地面控制系統(tǒng)可以根據(jù)系留繩控制風(fēng)力機(jī)的高度，受力可以通過(guò)調(diào)節(jié)風(fēng)力機(jī)內(nèi)部的氣體量來(lái)實(shí)現(xiàn)，可以把兩個(gè)風(fēng)力機(jī)的軸上下連在一起，組成一個(gè)共軸系統(tǒng)，兩個(gè)風(fēng)力機(jī)分別向不同的方向旋轉(zhuǎn)，這樣就可以相互抵消風(fēng)力機(jī)發(fā)電時(shí)的返向鈕距。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述，球狀浮空垂直軸風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)特征是 一個(gè)規(guī)則的圓球體，球體的從 上面府看，被支撐球體的骨架分成平均6份。蒙皮有兩層，外層的是硬蒙皮，期中有硬質(zhì) 的骨架支撐保證不能隨風(fēng)吹變形，但只覆蓋了風(fēng)力機(jī)的一半表皮，硬蒙皮在風(fēng)力機(jī)上按中 間隔l份的規(guī)則覆蓋了風(fēng)力機(jī)表面積的一半，也就是3份，硬蒙皮與支撐球體的6根骨架緊 密連接。球體的硬蒙皮下面還有一層軟蒙皮，軟蒙皮完整覆蓋了風(fēng)力機(jī)的所有面積包裹著內(nèi)部的氣倉(cāng)。軟蒙皮按照中間隔一根骨架的規(guī)則，只與3根骨架緊密連接。所以軟蒙皮在內(nèi)部氣倉(cāng)不飽和的情況下可以隨風(fēng)吹變形，被風(fēng)吹癟凹陷加上外層的硬蒙皮能產(chǎn)生一個(gè)阻 力比較大的沖氣倉(cāng)。
全文摘要
球狀浮空垂直軸風(fēng)力機(jī)，是一種垂直軸、阻力型風(fēng)力機(jī)，球體狀，球體內(nèi)充的氦氣可以保證風(fēng)力機(jī)浮在空中，同時(shí)利用特殊的結(jié)構(gòu)保證能隨風(fēng)轉(zhuǎn)動(dòng)獲取風(fēng)能，不需要塔架，只要系留繩固定即可，無(wú)需迎風(fēng)機(jī)構(gòu)，風(fēng)力機(jī)的下部可以安裝電機(jī)和變速箱，產(chǎn)生的電力可以通過(guò)系留繩傳到地面，地面控制系統(tǒng)可以根據(jù)系留繩控制風(fēng)力機(jī)的高度，受力可以通過(guò)調(diào)節(jié)風(fēng)力機(jī)內(nèi)部的氣體量來(lái)實(shí)現(xiàn)，能抗擊風(fēng)對(duì)風(fēng)力機(jī)的破壞，也可隨時(shí)恢復(fù)風(fēng)力機(jī)工作?？梢园褍蓚€(gè)風(fēng)力機(jī)的軸上下連在一起，組成一個(gè)共軸系統(tǒng)，兩個(gè)風(fēng)力機(jī)分別向不同的方向旋轉(zhuǎn)，這樣就可以相互抵消風(fēng)力機(jī)發(fā)電時(shí)的返向鈕距。本風(fēng)力機(jī)適宜制造大、中、小型風(fēng)力機(jī)，從家庭用到風(fēng)電場(chǎng)用都適宜。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理，工藝簡(jiǎn)單，能適應(yīng)易發(fā)生風(fēng)災(zāi)風(fēng)力資源充分的地區(qū)。
文檔編號(hào)F03D3/00GK101265875SQ20071006448
公開日2008年9月17日 申請(qǐng)日期2007年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月16日
發(fā)明者馮文學(xué) 申請(qǐng)人:馮文學(xué)