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)備能始終在一個方向上旋轉(zhuǎn)發(fā)電，因此需要復(fù)雜的計算控制系統(tǒng)。 同時該技術(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)成成脅，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。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單、操控方便、成本 低、重量輕、使用安全性高且可有效利用高空風(fēng)能的浮空式風(fēng)能接收裝置。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，其包括螺旋體，為一呈單螺旋狀的氣囊，該螺旋體直徑從上至下逐漸減小呈倒錐形， 在所述氣囊內(nèi)充有輕質(zhì)氣體；及牽引繩，至少為三條，沿所述螺旋體母線方向設(shè)置，并連接于所述螺旋體的表 面，各牽引繩的下端與一用于驅(qū)動發(fā)電機(jī)的驅(qū)動裝置相連。優(yōu)選地，所述氣囊的截面呈寬度大于厚度的扁形。進(jìn)一步地，所述扁形氣囊是由在該氣囊內(nèi)設(shè)置的連接氣囊上下表面的牽拉件牽 拉而形成。進(jìn)一步地，所述牽拉件為沿所述氣囊長度方向設(shè)置的間隔布，該間隔布數(shù)量至 少為一條。進(jìn)一步地，在所述扁形氣囊的上下表面覆設(shè)蒙皮。優(yōu)選地，所述氣囊包括骨架和包覆該骨架兩側(cè)的氣囊壁，所述骨架包括圍成所 述氣囊截面形狀的多個剛性框和連接各剛性框的連接件。進(jìn)一步地，所述連接件為柔性纜索。進(jìn)一步地，所述剛性框的形狀呈矩形、圓形、橢圓形或長圓形。進(jìn)一步地，所述牽引繩連接于所述剛性框。作為一種可選擇的方案，所述牽引繩設(shè)置在所述螺旋體的外側(cè)，并與所述螺旋 體的外側(cè)表面連接。作為另一種可選擇的方案，所述牽引繩在所述螺旋體的內(nèi)側(cè)和外側(cè)各設(shè)置至少 三條，并分別與所述螺旋體的內(nèi)側(cè)和外側(cè)表面連接。在上述實施例中，所述氣囊還包括副氣囊，該副氣囊設(shè)置在所述氣囊內(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)能接收裝置由于不需要另外增設(shè)浮空裝 置，而且螺旋狀氣囊可以接收各個方向的風(fēng)能并可在各方向的風(fēng)力的作用下，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn) 帶動發(fā)電機(jī)構(gòu)發(fā)電，因此整個發(fā)電不需要復(fù)雜的傳動機(jī)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)進(jìn)行傳動或控制， 其結(jié)構(gòu)簡單、成本較低；而螺旋狀氣囊只要工藝允許可以制作的很大，更利于大型化， 可以帶動更大型的發(fā)電設(shè)備發(fā)電，其發(fā)電能力更強(qiáng)；同時由于該種風(fēng)能接收裝置是通過 牽引繩連接到發(fā)電機(jī)構(gòu)的驅(qū)動裝置，而發(fā)電機(jī)構(gòu)則設(shè)置在地面，無需擔(dān)心因墜毀而帶來 的安全隱患，其安全性比較高，也易于使發(fā)電設(shè)備大型化；而倒錐形的螺旋體可使風(fēng)能 接收面積更大，更適于在風(fēng)速較低的場合發(fā)電。


圖1是本發(fā)明風(fēng)能接收裝置一個實施例的正面結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是圖1的仰視圖。圖3是圖1的A-A剖視圖。圖4是本發(fā)明風(fēng)能接收裝置另一個實施例的橫剖視圖。圖5是本發(fā)明風(fēng)能接收裝置又一個實施例的橫剖視圖。圖6是圖5的B-B剖視圖。圖中1、螺旋體2、牽引繩3、氣囊4、牽拉件5、蒙皮6、副氣囊7、氣閥8、氣囊壁9、剛性框10、連接件
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(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是本發(fā)明風(fēng)能接收裝置一個實施例的正面結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是圖1的仰視 圖。圖3是圖1的A-A剖視圖。如圖1 圖3所示，本發(fā)明的浮空式風(fēng)能接收裝置，其包括螺旋體1，為一呈單螺旋狀的氣囊3，該螺旋體1直徑從上至下逐漸減小呈倒錐 形，在該氣囊3內(nèi)充有輕質(zhì)氣體，輕質(zhì)氣體可以采用比重小于空氣的氣體如氫氣、氦氣等。牽引繩2，至少為三條，沿所述螺旋體1母線方向設(shè)置，并連接于所述螺旋體1 的表面，各牽引繩2的下端與一用于驅(qū)動發(fā)電機(jī)的驅(qū)動裝置相連，通過驅(qū)動裝置帶動發(fā) 電機(jī)發(fā)電。
而牽引繩2除了可以向外輸出動力，其連接在螺旋體1的表面之間，也可以起到 控制螺旋體1螺距的作用，通過調(diào)節(jié)牽引繩2的連接長度可以調(diào)節(jié)螺旋體的螺距及螺旋角 度，滿足不同的需要。在本實施例中，所述氣囊3的截面呈寬度大于厚度的扁形，具體是近似于扁圓 形形狀。如圖3所示，所述扁形氣囊是由在該氣囊3內(nèi)設(shè)置的連接氣囊上下表面的牽拉件 4牽拉而形成。在本實施例中，所述牽拉件4為沿所述氣囊3長度方向設(shè)置的間隔布，該間隔布 并列設(shè)置五條。所述間隔布的數(shù)量也可以根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)置，一般而言對于較大的氣囊需要的 間隔布的數(shù)量相對較多，以便保持所需要的形狀，而對于小型的氣囊，一條也可以滿足 定型的需要。作為一種替代方案，所述牽拉件4也可以采用諸如成排設(shè)置的牽拉索結(jié)構(gòu)。而氣囊3的截面形狀也不限于扁形，也可以是其他形狀如圓形。本發(fā)明的螺旋氣囊可以采用以下方法制造先根據(jù)設(shè)計的氣囊尺寸螺旋氣囊的 內(nèi)外輪廓的曲率半徑，分段裁出扇形料，再根據(jù)設(shè)計將各段扇形料首尾相接成一蝸殼狀 環(huán)料，然后在二片蝸殼狀環(huán)料中間粘接或焊接牽拉件，再將二片蝸殼狀環(huán)料邊緣粘接或 焊接即成氣囊，該氣囊內(nèi)充氣后即可以形成本發(fā)明的螺旋狀氣囊。對于較小的螺旋氣囊也可以在圓形料上沿預(yù)定螺旋線裁剪出蝸殼狀環(huán)料，再將 二片蝸殼狀環(huán)料邊緣粘接或焊接而成螺旋狀氣囊，這樣可以減少螺旋長度方向的接縫。對于較小的螺旋氣囊還可以整體擠塑成型，這樣可以減少接縫數(shù)量，增強(qiáng)密封 性能。圖4是本發(fā)明風(fēng)能接收裝置另一個實施例的橫截面結(jié)構(gòu)示意圖。參見圖4，在該實施例中，在所述扁形氣囊的上下表面覆設(shè)蒙皮，其余結(jié)構(gòu)與上 面的實施例基本相同。其中，所述蒙皮4可由大麻布制成，也可由其它具有高強(qiáng)度，耐侵蝕性的材料 制成，如可以采用復(fù)合了金屬薄膜的復(fù)合材料。圖5、圖6表示本發(fā)明氣囊的又一個實施例。圖5是該實施例氣囊的橫剖視圖。 圖6是圖5的B-B剖視圖。如圖5、圖6所示，所述氣囊3包括骨架9、10和包覆該骨架兩側(cè)的氣囊壁8， 所述骨架包括圍成所述氣囊截面形狀的多個剛性框9和連接各剛性框9的連接件10。優(yōu)選地，所述連接件10為柔性纜索，可以在放氣后減少氣囊的體積和占用空 間，而且可以減少氣囊的整體重量，提高安全性能。在本實施例中，所述剛性框9的形狀呈矩形，可使圍成的氣囊形狀也為矩形。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以想到，剛性框也可以采用其他形狀如圓形、橢圓形或長圓
形等替代。
在本實施例中，所述牽引繩2可以連接于所述剛性框9(圖未示)，以增加連接強(qiáng)度。在圖1、圖2所示的實施例中，所述牽引繩2是設(shè)置在所述螺旋體1的外側(cè)，并與所述螺旋體1的外側(cè)表面連接的，牽引繩2的數(shù)量是為三條。 實際上不限于此，牽引繩2的數(shù)量也可以多于三條，但多條牽引繩較佳是沿螺 旋體1周邊均勻分布。作為替代方案，所述牽引繩2可以在所述螺旋體1的內(nèi)側(cè)和外側(cè)分別設(shè)置，如各 設(shè)置三條或三條以上，并且各牽引繩2分別與所述螺旋體1的內(nèi)側(cè)和外側(cè)表面連接。參見圖3、圖4和圖5，在上述實施例中，所述氣囊3還包括副氣囊6，該副氣囊 6設(shè)置在所述氣囊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)時開啟，避免氣囊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)氣泵由在所述氣囊3或副 氣囊6內(nèi)設(shè)置的壓力傳感器控制。在氣囊3壓力低于預(yù)定值時，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)充因氣囊3泄露或其它原因減少的壓力，以保持 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。圖中顯示的螺旋體1的是左旋螺旋狀態(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)生向右旋轉(zhuǎn)的扭矩而向右轉(zhuǎn)，即在俯視 時沿逆時針風(fēng)向旋轉(zhuǎn)。同樣，各組氣囊也可以盤繞成右旋方向，其與左旋氣囊其它結(jié)構(gòu) 基本相同，只是受力方向相反，旋轉(zhuǎn)方向相反。在前述實施例中，在氣囊3內(nèi)均設(shè)置有副氣囊6。但在本發(fā)明中副氣囊并不是必 須配置的，在某些環(huán)境變化(如溫度、壓力)比較小的地方，也可以不用副氣囊，依然能 夠保證氣囊具有較高的壽命。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，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，其特征在于包括螺旋體，為一呈單螺旋狀的氣囊，該螺旋體直徑從上至下逐漸減小呈倒錐形，在所 述氣囊內(nèi)充有輕質(zhì)氣體；及牽引繩，至少為三條，沿所述螺旋體母線方向設(shè)置，并連接于所述螺旋體的表面， 各牽引繩的下端與一用于驅(qū)動發(fā)電機(jī)的驅(qū)動裝置相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的浮空式風(fēng)能接收裝置，其特征在于所述氣囊的截面呈寬 度大于厚度的扁形。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的浮空式風(fēng)能接收裝置，其特征在于所述扁形氣囊是由在 該氣囊內(nèi)設(shè)置的連接氣囊上下表面的牽拉件牽拉而形成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的浮空式風(fēng)能接收裝置，其特征在于所述牽拉件為沿所述 氣囊長度方向設(shè)置的間隔布，該間隔布數(shù)量至少為一條。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的浮空式風(fēng)能接收裝置，其特征在于在所述扁形氣囊的上 下表面覆設(shè)蒙皮。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的浮空式風(fēng)能接收裝置，其特征在于所述氣囊包括骨架和 包覆該骨架兩側(cè)的氣囊壁，所述骨架包括構(gòu)成所述氣囊截面形狀的多個剛性框和連接各 剛性框的連接件。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的浮空式風(fēng)能接收裝置，其特征在于所述連接件為柔性纜索。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的浮空式風(fēng)能接收裝置，其特征在于所述剛性框的形狀呈 矩形、圓形、橢圓形或長圓形。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的浮空式風(fēng)能接收裝置，其特征在于所述牽引繩連接于所 述剛性框。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的浮空式風(fēng)能接收裝置，其特征在于所述牽引繩設(shè)置在所 述螺旋體的外側(cè)，并與所述螺旋體的外側(cè)表面連接。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的浮空式風(fēng)能接收裝置，其特征在于所述牽引繩在所述螺 旋體的內(nèi)側(cè)和外側(cè)各設(shè)置至少三條，并分別與所述螺旋體的內(nèi)側(cè)和外側(cè)表面連接。
12.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 氣囊設(shè)置在所述氣囊內(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)定值時開啟。
13.根據(jù)權(quán)利要求12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，其包括螺旋體及牽引繩，所述螺旋體為一呈單螺旋狀的氣囊，該螺旋體直徑從上至下逐漸減小呈倒錐形，在所述氣囊內(nèi)充有輕質(zhì)氣體；所述牽引繩至少為三條，沿所述螺旋體母線方向設(shè)置，并連接于所述螺旋體的表面，各牽引繩的下端與一用于驅(qū)動發(fā)電機(jī)的驅(qū)動裝置相連。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的浮空式風(fēng)能接收裝置結(jié)構(gòu)簡單、操控方便、成本低、重量輕、使用安全性高且可有效利用高空風(fēng)能。
文檔編號F03D5/06GK102011691SQ20091009201
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