專利名稱：浮空式風(fēng)能接收裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)一種風(fēng)能發(fā)電設(shè)備，具體而言是涉及一種利用高空氣流做功發(fā)電的 浮空式風(fēng)能接收裝置。
背景技術(shù)：
風(fēng)能接收裝置，就是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)機(jī)械能的裝置。目前常用的風(fēng)能接收裝 置是風(fēng)葉，裝在風(fēng)塔頂部帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。受風(fēng)塔高度的限制，這種風(fēng)能接收裝置只能 接收利用地面附近的風(fēng)能，而由于地面的風(fēng)速較低，能量較小，若想提高風(fēng)力發(fā)電的功 率，只能盡可能采用大尺寸的風(fēng)葉葉片，提高受風(fēng)面積，這也帶來成本的劇增，而風(fēng)葉 尺寸由于材料、工藝以及風(fēng)塔高度的限制，并不能無限制的增加，因而制約了發(fā)電能力 的進(jìn)一步提高。而眾所周知，空中的氣流越往高處其風(fēng)速越高，所攜帶的能量越大。如1000米 高空的風(fēng)速是地面的三倍，則所攜帶的能量是地面附近的27倍(根據(jù)風(fēng)能密度公式為P =1/2 P V3) 0由此可見，如果能有效利用高空的高速氣流，用同種類型、同樣截面積的 風(fēng)能接收裝置，發(fā)電能力可以提高數(shù)倍。因此，充分利用空中氣流能量進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電是 提高發(fā)電能力，減少發(fā)電成本的有效途徑。為此，目前世界各國相繼研制了利用高空氣流做功的風(fēng)能接收裝置。其中一種 是意大利高空型風(fēng)箏發(fā)電技術(shù)，其工作原理是用大型滑翔傘(也就是所說的風(fēng)箏)作為 風(fēng)能接收器，通過拉動控制繩(計(jì)算機(jī)自動完成)，使逆風(fēng)上行的風(fēng)箏變形，從而降低風(fēng) 阻，而對側(cè)順風(fēng)下行風(fēng)箏則全張開，全風(fēng)阻順風(fēng)飛行，兩側(cè)風(fēng)阻差形成機(jī)構(gòu)整體轉(zhuǎn)動的 動力。在風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能后，通過鋼絲繩將接收到的能量送到地面轉(zhuǎn)輪，由轉(zhuǎn)輪將能 量送入發(fā)電機(jī)，完成發(fā)電的目的。這種風(fēng)能接收裝置由于利用高空的高速風(fēng)能，單機(jī)功率可達(dá)百萬千瓦，此外， 電機(jī)和輸變電系統(tǒng)全部在地面，提高了安全性。和常規(guī)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)相比，其建造成本 也相對較低。但其缺點(diǎn)也比較明顯1、需要復(fù)雜的轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)，該技術(shù)需要計(jì)算機(jī)高度自動化控制，而且周圍 要有精確的測風(fēng)裝置，由于風(fēng)箏工作在不斷變動中，沒有穩(wěn)定態(tài)(穩(wěn)定態(tài)下不僅不能工 作，而且風(fēng)箏會掉下來)，需要不斷檢測計(jì)算風(fēng)箏的受力狀態(tài)，調(diào)整風(fēng)箏的姿態(tài)，以便使 一側(cè)的風(fēng)箏處于全風(fēng)阻狀態(tài)，拉動發(fā)電設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)，另一側(cè)風(fēng)箏處于低風(fēng)阻狀態(tài)，以減少 阻力力矩，是發(fā)電設(shè)備能始終在一個(gè)方向上旋轉(zhuǎn)發(fā)電，因此需要復(fù)雜的計(jì)算控制系統(tǒng)。 同時(shí)該技術(shù)穩(wěn)定性很差。2、如前所述，風(fēng)箏需要在全阻力和低阻力狀態(tài)下不斷切換才能帶動發(fā)電設(shè)備旋 轉(zhuǎn)發(fā)電，但隨著風(fēng)箏的收放，會不斷出現(xiàn)脈動沖擊，導(dǎo)致發(fā)出的電是脈動的，相應(yīng)地增 加了輸變電系統(tǒng)的投資，以及工作過程的復(fù)雜性。3、風(fēng)力的能量密度本來就很低，還要消耗動力拉放風(fēng)箏，進(jìn)一步降低了風(fēng)能利用率。
4、氣動力學(xué)很差，幾乎完全是阻力型，效率低。5、操作復(fù)雜，實(shí)用性差上千米長的繩子拉著足球場大的風(fēng)箏，放飛升空操作 復(fù)雜。而且整套系統(tǒng)十二個(gè)風(fēng)箏，放的過程中就完全有可能纏到一起。一旦風(fēng)太小，風(fēng) 箏有可能失去升力會掉下來。此外，還有采用高空渦輪發(fā)動機(jī)型、高空兜風(fēng)輪型和高空直升機(jī)型等浮空式風(fēng) 能發(fā)電裝置，這些裝置的共同特點(diǎn)是將風(fēng)能接收裝置和發(fā)電機(jī)構(gòu)一起由浮空裝置升到空 中，接收高空風(fēng)能，并將產(chǎn)生的電能輸送回地面。這些發(fā)電裝置也都有一些共同的缺 點(diǎn)1、由于將風(fēng)能接收裝置與發(fā)電機(jī)構(gòu)都浮空布置在空中，造成風(fēng)能發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)復(fù) 雜、重量大，制約了其功率的進(jìn)一步提高；2、體積、重量都比較大的發(fā)電裝置都設(shè)置在 空中，一旦墜毀，將會對地面安全構(gòu)成威脅，安全性較差；3、對風(fēng)向有要求，即某些方 向的風(fēng)接收的風(fēng)能較高，對另一些方向的風(fēng)接收的風(fēng)能較低，而高空氣流多變性制約了 其對風(fēng)能的有效利用4、需要另外加裝浮空裝置，以便將發(fā)電裝置升入高空，增加了制造 成本。為了克服上述問題，在本申請人提交的申請?zhí)?00910158160.8中國發(fā)明專利 中，提供了一種浮空式風(fēng)能接收裝置，其采用具有二個(gè)螺旋面的螺旋氣囊浮空工作，接 收空中各個(gè)方向的氣流能量，并將氣囊的旋轉(zhuǎn)動能傳動到地面的發(fā)電設(shè)備發(fā)電做功，其 結(jié)構(gòu)簡單、使用安全、操作方便，造價(jià)也比較低。該種風(fēng)能接收裝置由于是由一個(gè)柱 狀氣囊牽拉或二個(gè)柱狀氣囊彼此纏繞形成的二個(gè)螺旋表面，并利用螺旋表面設(shè)置的多條 縱向牽引繩向地面?zhèn)鬏攧恿?，因此其傳輸力矩的大小取決于牽引繩的拉力和螺旋體的直 徑，而風(fēng)能接收裝置的直徑如果要做得比較大，相應(yīng)的需要加大氣囊的尺寸，因此增加 傳輸力矩的結(jié)果可能導(dǎo)致風(fēng)能接收裝置的成本增加，因而，這種風(fēng)能接收裝置通常比較 適合風(fēng)速較高的場合使用。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明解決的技術(shù)問題在于提供一種不需要增加氣囊尺寸既可以增 加傳輸力矩的風(fēng)能接收裝置，從而可以保證在風(fēng)速較低的情況下亦能發(fā)電，又不提高設(shè) 備成本。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種浮空式風(fēng)能接收裝置，包括螺旋體和牽引繩，所述螺旋體包括二個(gè)連接 體，每個(gè)連接體由內(nèi)側(cè)柱狀氣囊和外側(cè)柱狀氣囊并列連接組成，并且二連接體的內(nèi)側(cè)柱 狀氣囊的內(nèi)側(cè)由蒙皮連接并彼此螺旋纏繞形成具有二個(gè)螺旋表面的螺旋形狀，各柱狀氣 囊內(nèi)填充有輕質(zhì)氣體；所述牽引繩至少為三條并沿各外側(cè)柱狀氣囊的外表面縱向延伸， 并與各外側(cè)柱狀氣囊的凸起表面依次連接，在該四個(gè)柱狀氣囊的兩端裝有定型分離架。在本發(fā)明的一個(gè)可選擇方案中，所述連接體的內(nèi)側(cè)柱狀氣囊與外側(cè)柱狀氣囊之 間是由蒙皮連接。在本發(fā)明的另一個(gè)可選擇方案中，所述連接體的內(nèi)側(cè)柱狀氣囊與外側(cè)柱狀氣囊 表面之間直接粘合連接。優(yōu)選地，所述蒙皮為二層，在二層蒙皮之間設(shè)有連接所述柱狀氣囊的牽拉索。優(yōu)選地，所述連接體的內(nèi)側(cè)柱狀氣囊與外側(cè)柱狀氣囊之間是由牽拉索連接。
優(yōu)選地，所述柱狀氣囊的截面形狀呈圓形、橢圓形或長圓形。在上述實(shí)施例中，所述柱狀氣囊還包括副氣囊，該副氣囊分別設(shè)置在各柱狀氣 囊內(nèi)，在該副氣囊上設(shè)有連通至大氣的氣閥，該氣閥在內(nèi)外壓差超過預(yù)定值時(shí)開啟。優(yōu)選地，所述副氣囊連接有補(bǔ)氣泵，該補(bǔ)氣泵由在所述柱狀氣囊或副氣囊內(nèi)設(shè) 置的壓力傳感器控制。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的浮空式風(fēng)能接收裝置由于螺旋體是由四個(gè)氣囊并列 纏繞而成，各氣囊之間由蒙皮連接可以使得氣囊的間距相對較大，在不改變氣囊規(guī)格的 情況下，卻可使螺旋體具有更大的受風(fēng)面積，可以產(chǎn)生更大的轉(zhuǎn)矩，因而可以在風(fēng)速較 低的場合下進(jìn)行發(fā)電，又不會因增加氣囊的尺寸而增加成本。而所述蒙皮除了可以增加 受風(fēng)面積外，同時(shí)還起到穩(wěn)固螺旋體形狀的作用。


圖1是本發(fā)明風(fēng)能接收裝置一個(gè)實(shí)施例的正面結(jié)構(gòu)示意圖,圖2是圖1的俯視圖。圖3是圖1的右視圖。圖4是圖1的A-A剖視圖。圖5是本發(fā)明風(fēng)能接收裝置另一個(gè)實(shí)施例的橫剖視圖。圖6是本發(fā)明風(fēng)能接收裝置又一個(gè)實(shí)施例的橫剖視圖。圖中1、螺旋體2、牽引繩3、3’柱狀氣囊 4、4’蒙皮5、定型分離架6、副氣囊7、氣閥8、牽拉索
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。本發(fā)明的風(fēng)能接收裝置是用于接收風(fēng)能，并將所接收的風(fēng)能通過牽引繩傳輸?shù)?風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的地面發(fā)電機(jī)構(gòu)，以帶動地面發(fā)電機(jī)構(gòu)進(jìn)行發(fā)電的裝置。圖1 圖3是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖1是該實(shí)施例的正面結(jié)構(gòu)示 意圖。圖2是圖1的俯視圖。圖3是圖1的右視圖。圖4是圖1的A-A剖視圖。如圖1 圖4所示，本發(fā)明的浮空式風(fēng)能接收裝置，包括螺旋體1和牽引繩2。所述螺旋體1包括二個(gè)連接體，每個(gè)連接體由內(nèi)側(cè)柱狀氣囊3’和外側(cè)柱狀氣囊 3并列連接組成，并且二連接體的內(nèi)側(cè)柱狀氣囊3’的內(nèi)側(cè)由蒙皮4連接并彼此螺旋纏繞 形成具有二個(gè)螺旋表面的螺旋形狀，該螺旋形狀有點(diǎn)類似于在雙螺旋體之間連接分子鍵 的DNA分子形狀。各柱狀氣囊內(nèi)填充有輕質(zhì)氣體。該輕質(zhì)氣體可以是密度小于空氣的 氣體，如氫氣、氦氣等。而柱狀氣囊3的材料可以采用飛艇所用的氣囊材料或其它復(fù)合 材料，如聚酯等。在本實(shí)施例中，所述牽引繩2數(shù)量為三條，并沿各組外側(cè)柱狀氣囊3的外表面縱 向延伸，并與各外側(cè)柱狀氣囊3的凸起表面依次連接，在該四個(gè)柱狀氣囊3的兩端裝有定型分離架4，用于固定各柱狀氣囊之間的間距。上述牽引繩2的數(shù)量并不限于三條，可以根據(jù)需要在螺旋體外分別設(shè)置三條以 上的牽引繩，并且只要在圓周方向均勻分布即可。在本實(shí)施例中，所述連接體的內(nèi)側(cè)柱狀氣囊3’與外側(cè)柱狀氣囊3之間是由蒙皮 4’連接，該蒙皮4’與前述蒙皮4屬同一概念，均可由諸如大麻布等高強(qiáng)度、耐侵蝕的 層狀面料制成。圖5是上述實(shí)施例的可替換實(shí)施例，如圖5所示，其中各連接體的柱狀氣囊3、 3’之間也可直接連接成并列的氣囊。當(dāng)然，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以想到，在各連接體的柱狀氣囊3、3’之間也可采用 牽拉索連接，或者在牽拉索兩側(cè)再覆設(shè)蒙皮。在本實(shí)施例中，所述蒙皮4為二層，在二層蒙皮4之間設(shè)有連接所述柱狀氣囊3 的牽拉索8。設(shè)置牽拉索8可以增加蒙皮4的強(qiáng)度，增加螺旋體的抗風(fēng)能力，也可以增加 螺旋體的穩(wěn)定性。圖6是圖4所示實(shí)施例的另一種替換方案，其中，在二個(gè)連接體的內(nèi)側(cè)柱狀氣囊 3’與3’之間只設(shè)置蒙皮4，不設(shè)置牽拉索8。在本實(shí)施例中的柱狀氣囊優(yōu)選為圓柱形，也可以是其它截面形狀的柱形，如， 柱形截面可為橢圓形、長圓形、水滴形等等。在本實(shí)施例中，所述柱狀氣囊3、3’還包括副氣囊6，該副氣囊6分別設(shè)置在各 柱狀氣囊3、3’內(nèi)，在該副氣囊6上設(shè)有連通至大氣的氣閥7，該氣閥7在內(nèi)外壓差超過 預(yù)定值(比如50 150kPa)時(shí)開啟，避免柱狀氣囊3、3’因壓力過高而破裂。優(yōu)選地，所述副氣囊6連接有補(bǔ)氣泵(圖未示)，該補(bǔ)氣泵由在所述柱狀氣囊 3、3’或副氣囊6內(nèi)設(shè)置的壓力傳感器控制。在柱狀氣囊3、3’壓力低于預(yù)定值時(shí)，控 制補(bǔ)氣泵開啟，向副氣囊6補(bǔ)充空氣，使得副氣囊6膨脹而補(bǔ)充因柱狀氣囊3泄露或其它 原因減少的壓力，以保持柱狀氣囊3穩(wěn)定的動力學(xué)外形。補(bǔ)氣泵的動力可以由地面提供，也可以由設(shè)置在螺旋體1頂部或底部的發(fā)電設(shè) 備提供。一個(gè)方案是在螺旋體1的頂部設(shè)置一個(gè)小型的風(fēng)能發(fā)電設(shè)備，該風(fēng)能發(fā)電設(shè)備 包括一個(gè)小型的螺旋形氣囊，該小氣囊的螺旋方向與大氣囊螺旋方向相反，在本實(shí)施例 中是左旋的。小氣囊連接于一轉(zhuǎn)盤，該轉(zhuǎn)盤與連接于固定于大氣囊頂部的發(fā)動機(jī)的電機(jī) 軸相連接，可以帶動該發(fā)電機(jī)發(fā)電。小氣囊由于與大氣囊的螺旋旋向相反，可使發(fā)電機(jī) 獲得雙倍的動力，可用較小的發(fā)電設(shè)備，保證補(bǔ)氣泵的動力供應(yīng)。而小氣囊由于體積較 小，泄漏點(diǎn)較少，可以保證較長時(shí)間使用壽命而不用補(bǔ)充氣體。此外，發(fā)電機(jī)與補(bǔ)氣泵 之間系常規(guī)的電氣連接，二者之間也可設(shè)置蓄電裝置，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的記 載即可以實(shí)現(xiàn)上述方案，在此不再細(xì)述。圖中顯示的螺旋體1的是右旋螺旋狀態(tài)，在各螺旋的下側(cè)構(gòu)成迎風(fēng)面，上側(cè)構(gòu) 成背風(fēng)面，其在風(fēng)的作用下，風(fēng)能接收裝置會產(chǎn)生向左旋轉(zhuǎn)的扭矩而向左轉(zhuǎn)，即在俯視 時(shí)沿順時(shí)針風(fēng)向旋轉(zhuǎn)。同樣，各組氣囊也可以盤繞成左旋方向，其與右旋氣囊其它結(jié)構(gòu) 基本相同，只是受力方向相反，旋轉(zhuǎn)方向相反。所述螺旋體1可以采用以下方法制成，先在四個(gè)柱狀氣囊3的表面分別劃出螺旋 線，該螺旋線可以根據(jù)各柱狀氣囊在螺旋體中所處的螺旋半徑和螺旋角度來計(jì)算，如根據(jù)螺旋半徑和螺旋角度可以計(jì)算出盤繞螺旋體一個(gè)周長的柱狀氣囊的長度，而螺旋線在 這個(gè)長度上應(yīng)該在柱狀氣囊周邊盤繞一周，以此類推可以劃出各個(gè)柱狀氣囊的螺旋線； 然后在每組柱狀氣囊3表面對應(yīng)螺旋線位置連接蒙皮4’，在二組氣囊內(nèi)側(cè)螺旋線的對應(yīng) 位置連接蒙皮4，連接方式可采用粘接或焊接，并在二組氣囊的兩端安裝定型分離架4， 在二組氣囊外表面連接縱向牽引繩2。最后充氣，各柱狀氣囊3充氣后由于趨向恢復(fù)原來 形狀而產(chǎn)生彈性恢復(fù)力，使得各柱狀氣囊之間彼此牽拉作用，形成穩(wěn)定的螺旋纏繞的螺 旋體1。 以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù) 人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，也可以將上述 技術(shù)內(nèi)容進(jìn)行組合形成其他的技術(shù)方案，這些改進(jìn)和潤飾，以及形成的其他技術(shù)方案也 應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種浮空式風(fēng)能接收裝置，包括螺旋體和牽引繩，其特征在于所述螺旋體包括 二個(gè)連接體，每個(gè)連接體由內(nèi)側(cè)柱狀氣囊和外側(cè)柱狀氣囊并列連接組成，并且二連接體 的內(nèi)側(cè)柱狀氣囊的內(nèi)側(cè)由蒙皮連接并彼此螺旋纏繞形成具有二個(gè)螺旋表面的螺旋形狀， 各柱狀氣囊內(nèi)填充有輕質(zhì)氣體；所述牽引繩至少為三條并沿各外側(cè)柱狀氣囊的外表面縱 向延伸，并與各外側(cè)柱狀氣囊的凸起表面依次連接，在該四個(gè)柱狀氣囊的兩端裝有定型 分離架。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的浮空式風(fēng)能接收裝置，其特征在于所述連接體的內(nèi)側(cè)柱 狀氣囊與外側(cè)柱狀氣囊之間是由蒙皮連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的浮空式風(fēng)能接收裝置，其特征在于所述連接體的內(nèi)側(cè)柱 狀氣囊與外側(cè)柱狀氣囊表面之間粘合連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的浮空式風(fēng)能接收裝置，其特征在于所述蒙皮為二 層，在二層蒙皮之間設(shè)有連接所述柱狀氣囊的牽拉索。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的浮空式風(fēng)能接收裝置，其特征在于所述連接體的內(nèi)側(cè)柱 狀氣囊與外側(cè)柱狀氣囊之間是由牽拉索連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的浮空式風(fēng)能接收裝置，其特征在于所述柱狀氣囊的截面 形狀呈圓形、橢圓形或長圓形。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的浮空式風(fēng)能接收裝置，其特征在于還包括副氣囊，該副 氣囊分別設(shè)置在各柱狀氣囊內(nèi)，在該副氣囊上設(shè)有連通至大氣的氣閥，該氣閥在內(nèi)外壓 差超過預(yù)定值時(shí)開啟。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的浮空式風(fēng)能接收裝置，其特征在于所述副氣囊連接有補(bǔ) 氣泵，該補(bǔ)氣泵由在所述柱狀氣囊或副氣囊內(nèi)設(shè)置的壓力傳感器控制。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種浮空式風(fēng)能接收裝置，包括螺旋體和牽引繩，所述螺旋體包括二個(gè)連接體，每個(gè)連接體由內(nèi)側(cè)柱狀氣囊和外側(cè)柱狀氣囊并列連接組成，并且二連接體的內(nèi)側(cè)柱狀氣囊的內(nèi)側(cè)由蒙皮連接并彼此螺旋纏繞形成具有二個(gè)螺旋表面的螺旋形狀，各柱狀氣囊內(nèi)填充有輕質(zhì)氣體；所述牽引繩至少為三條并沿各外側(cè)柱狀氣囊的外表面縱向延伸，并與各外側(cè)柱狀氣囊的凸起表面依次連接，在該四個(gè)柱狀氣囊的兩端裝有定型分離架。本發(fā)明的風(fēng)能接收裝置其受風(fēng)面積和旋轉(zhuǎn)力矩均比較大，可以在風(fēng)速較低的場合下進(jìn)行發(fā)電，又不會因此增加氣囊的尺寸而增加成本。
文檔編號F03D5/06GK102011690SQ20091009201
公開日2011年4月13日 申請日期2009年9月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月4日
發(fā)明者張陽 申請人:中國中煤能源集團(tuán)有限公司