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(dòng)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(lái)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(wú)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=l/2pV3)。由此可見(jiàn)，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(guó)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(shuō)的風(fēng)箏)作為風(fēng)能接收器，通過(guò)拉動(dòng)控制繩(計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成)，使逆風(fēng)上行的風(fēng)箏變形，從而降低風(fēng)阻，而對(duì)側(cè)順風(fēng)下行風(fēng)箏則全張開(kāi)，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(dòng)的動(dòng)力。在風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能后，通過(guò)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^L功率可達(dá)百萬(wàn)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，與常失見(jiàn)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)相比，其建造成本也相對(duì)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(dòng)化控制，而且周圍要有精確的測(cè)風(fēng)裝置，由于風(fēng)箏工作在不斷變動(dòng)中，沒(méi)有穩(wěn)定態(tài)(穩(wěn)定 態(tài)下不僅不能工作，而且風(fēng)箏會(huì)掉下來(lái))，需要不斷檢測(cè)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(dòng)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(dòng)發(fā)電 設(shè)備旋轉(zhuǎn)發(fā)電，但隨著風(fēng)箏的收放，會(huì)不斷出現(xiàn)脈動(dòng)沖擊，導(dǎo)致發(fā)出的電是 脈動(dòng)的，相應(yīng)地增加了輸變電系統(tǒng)的才殳資，以及工作過(guò)程的復(fù)雜性。
3、 風(fēng)力的能量密度本來(lái)就很低，還要消耗動(dòng)力拉放風(fēng)箏，進(jìn)一步降低了 風(fēng)能利用率。
4、 氣動(dòng)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(zhǎng)的繩子拉著足球場(chǎng)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(guò)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(huì)掉下來(lái)。
此外，還有采用高空渦輪發(fā)動(dòng)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(huì)對(duì) 地面安全構(gòu)成威脅，安全性較差；3、對(duì)風(fēng)向有要求，即某些方向的風(fēng)接收的 風(fēng)能'較高，對(duì)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(duì)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)明解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、發(fā) 電能力高且安全性好的浮空式風(fēng)能接收裝置。
為解決上述技術(shù)問(wèn)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
4一氣囊，盤繞成螺旋狀，內(nèi)裝輕質(zhì)氣體；
數(shù)條牽引繩，沿所述螺旋狀氣嚢的軸向布置在該氣嚢的內(nèi)側(cè)和外側(cè)，并 分別連接在該氣嚢的內(nèi)側(cè)和外側(cè)表面，各牽引繩的下端與一用于驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī) 的驅(qū)動(dòng)裝置相連。
優(yōu)選地，所述氣嚢截面呈寬度大于厚度的扁形。
進(jìn)一步地，所述扁形氣嚢是由在該氣嚢內(nèi)設(shè)置的連接氣嚢上下表面的牽 拉件牽拉而形成。
更進(jìn)一步，所述牽拉件為沿所述氣嚢長(zhǎng)度方向設(shè)置的間隔布，該間隔布 的數(shù)量至少為一條。
優(yōu)選地，在所述氣嚢內(nèi)還設(shè)有副氣嚢，在該副氣嚢上設(shè)有連通至大氣的 氣閥，該氣閥在內(nèi)外壓差超過(guò)預(yù)定值時(shí)開(kāi)啟。
進(jìn)一步地，所述副氣嚢連接有補(bǔ)氣泵，該補(bǔ)氣泵由在所述柱狀氣嚢或副 氣嚢內(nèi)設(shè)置的壓力傳感器控制。
優(yōu)選地，在所述氣嚢表面覆設(shè)蒙皮。
所述蒙皮可由大麻布制成，也可由其它具有高強(qiáng)度，耐侵蝕性的材料制 成，如可以是復(fù)合了金屬薄膜的復(fù)合材料。
優(yōu)選地，位于所述氣嚢內(nèi)外二側(cè)的牽引繩至少各為三條。 進(jìn)一步地，所述內(nèi)外牽引繩相對(duì)設(shè)置。
更進(jìn)一步，其中至少一對(duì)牽引繩設(shè)置在所述氣嚢的端部位置。 本發(fā)明的浮空式風(fēng)能接收裝置是采用 一個(gè)螺旋狀氣嚢來(lái)接收風(fēng)能，而氣 嚢本身就是浮空部件，不需要另外增設(shè)浮空裝置，螺旋狀氣嚢在浮力和風(fēng)力 的合力作用下，會(huì)偏向下風(fēng)方向并產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，由此帶動(dòng)與其連接的發(fā)電機(jī)構(gòu) 旋轉(zhuǎn)發(fā)電。
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，而且螺旋狀氣嚢可以接收各個(gè)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(dòng)發(fā)電機(jī)構(gòu)發(fā)電，因此整個(gè)發(fā)電不需要復(fù)雜的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和
控制機(jī)構(gòu)進(jìn)行傳動(dòng)或控制，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低；而螺旋狀氣嚢只要工藝 允許可以制作的很大，更利于大型化，可以帶動(dòng)更大型的發(fā)電設(shè)備發(fā)電，其 發(fā)電能力更強(qiáng)；同時(shí)由于該種風(fēng)能接收裝置是通過(guò)牽引繩連接到發(fā)電機(jī)構(gòu)的
5驅(qū)動(dòng)裝置，而發(fā)電機(jī)構(gòu)則設(shè)置在地面，無(wú)需擔(dān)心因墜毀而帶來(lái)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。


圖1是帶有本發(fā)明風(fēng)能接收裝置的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的正面結(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)施例的橫截面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中
1、 氣嚢 2、 牽引繩
3、 間隔布 4、 蒙皮
5、 副氣嚢 6、 氣闊
7、 發(fā)電機(jī)構(gòu) 8、 驅(qū)動(dòng)裝置
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，本部分的描述僅是示范性和解釋 性，不應(yīng)對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍有任何的限制作用。
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(guò)牽引繩 傳輸?shù)斤L(fēng)力發(fā)電設(shè)備的地面發(fā)電機(jī)構(gòu)，以帶動(dòng)地面發(fā)電機(jī)構(gòu)進(jìn)行發(fā)電的裝置。
圖1~圖4是帶有本發(fā)明風(fēng)能接收裝置的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖l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3所示，該風(fēng)力發(fā)電設(shè)備包括浮空式風(fēng)能接收裝置、驅(qū)動(dòng)裝 置8和發(fā)電機(jī)構(gòu)7。
所述浮空式風(fēng)能接收裝置，其包括一氣嚢1和數(shù)條牽引繩2。
所述氣嚢1，盤繞成螺旋狀，內(nèi)裝輕質(zhì)氣體，輕質(zhì)氣體可以釆用比重小 于空氣的氣體如氫氣、氦氣等。
數(shù)條牽引繩2,沿所述螺旋狀氣嚢1的軸向布置在該氣嚢1的內(nèi)側(cè)和外 側(cè)，并分別連接在該氣嚢1的內(nèi)側(cè)和外側(cè)表面，各牽引繩2的下端與所述驅(qū) 動(dòng)裝置8相連。所述驅(qū)動(dòng)裝置8連接于所述發(fā)電機(jī)構(gòu)7的動(dòng)力輸入軸，并由此帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。
在該實(shí)施例中，所述氣嚢1截面呈寬度大于厚度的扁形，具體是近似于 扁圓形形狀。
參見(jiàn)圖4,所述扁形氣嚢是由在該氣嚢1內(nèi)設(shè)置的連接氣嚢上下表面的 牽拉件牽拉而形成。
在本實(shí)施例中，所述牽拉件為沿所述氣嚢長(zhǎng)度方向i殳置的間隔布3,該 間隔布3并列設(shè)置八條。
所述間隔布3的數(shù)量也可以根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)置， 一般而言對(duì)于壽交大的氣 嚢需要的間隔布的數(shù)量相對(duì)較多，以便保持所需要的形狀，而對(duì)于小型的氣 嚢， 一條也可以滿足定型的需要。
作為一種替代方案，所述牽拉件也可以采用諸如成排-沒(méi)置的牽^立索結(jié)構(gòu)。
而牽引繩2除了可以向外輸出動(dòng)力，其連"^矣在氣嚢1的內(nèi)側(cè)和外側(cè)表面 之間，也可以起到控制氣嚢1螺距的作用，通過(guò)調(diào)節(jié)牽引繩的連接長(zhǎng)度可以 調(diào)節(jié)氣嚢的螺距及螺旋角度，滿足不同的需要。
在該實(shí)施例中，所述氣嚢1還包括副氣嚢5，該副氣囊5設(shè)置在氣嚢1 內(nèi)，在該副氣嚢5上設(shè)有連通至大氣的氣閥6，該氣闊6在內(nèi)外壓差超過(guò)預(yù) 定值(比如50 150kPa)時(shí)開(kāi)啟，避免氣嚢1因壓力過(guò)高而破裂。
所述副氣嚢5連接有補(bǔ)氣泵(圖未示)，該補(bǔ)氣泵由在所述氣嚢或副氣嚢 內(nèi)設(shè)置的壓力傳感器控制。在氣嚢l(fā)壓力低于預(yù)定值時(shí)，控制補(bǔ)氣泵開(kāi)啟， 向副氣嚢5補(bǔ)充空氣，使得副氣嚢5膨脹而補(bǔ)充因氣嚢1泄露或其它原因減 少的壓力，以保持氣嚢l(fā)穩(wěn)定的動(dòng)力學(xué)外形。補(bǔ)氣泵的動(dòng)力可以由地面提供。
圖中顯示的氣嚢1的是右旋螺旋狀態(tài)，在氣嚢的下側(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(huì)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，氣嚢1也可以盤繞成左;^走方向， 其與右旋氣嚢其它結(jié)構(gòu)基本相同，只是受力方向相反，旋轉(zhuǎn)方向相反。
本發(fā)明氣嚢所用的材料可以是具有較高強(qiáng)度和氣密性的柔性材料，如可 以采用制造飛艇氣嚢的材料。
在圖1 圖3所示的實(shí)施例中，布置在所述氣嚢1內(nèi)外二側(cè)的牽引繩2各 為三條，并且所述內(nèi)外牽引繩2相對(duì)設(shè)置，相對(duì)設(shè)置的牽引繩2可使氣嚢1的內(nèi)外受力均勻，減少氣嚢的變形。其中一對(duì)牽引繩2設(shè)置在所述氣嚢1的 二端部重合位置， 一方面可以保證整個(gè)氣嚢螺距的相對(duì)固定，另一方面也可 以《吏氣嚢1各部位的動(dòng)力可以均勻的向外輸出。
上述牽引繩不限于內(nèi)外各三條，也可以多于三條，并且也不限于內(nèi)外數(shù) 量相同或內(nèi)外相對(duì)設(shè)置，只要內(nèi)外牽引繩分別均勻分布在所述氣嚢的周邊即 可。
而氣嚢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)明的螺旋氣嚢可以采用以下方法制造先根據(jù)設(shè)計(jì)的氣嚢螺旋內(nèi)徑 和外徑裁剪出圓環(huán)形料，再根據(jù)設(shè)計(jì)的螺旋數(shù)將各圓環(huán)形料首尾相接成一螺 旋狀環(huán)料，然后在中間粘接或焊接牽拉件，再將二片螺旋狀環(huán)料邊緣粘接或 焊接即成氣嚢，該氣嚢內(nèi)充氣后即可以形成本發(fā)明的螺旋狀氣嚢。
對(duì)于較小的螺旋氣嚢也可以整體擠塑成型，這樣可以減少接縫數(shù)量，增 強(qiáng)密封性能。
圖5是本發(fā)明風(fēng)能接收裝置另 一個(gè)實(shí)施例的橫截面結(jié)構(gòu)示意圖。
參見(jiàn)圖5，在該實(shí)施例中，在所述氣嚢1表面覆設(shè)蒙皮4，其余結(jié)構(gòu)與上 面的實(shí)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。
在前述實(shí)施例中，在氣嚢1內(nèi)均設(shè)置有副氣嚢5。但在本發(fā)明中副氣嚢 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 以不用副氣嚢，依然能夠保證氣嚢具有較高的壽命。
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(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普 通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，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(rùn) 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(rùn)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，其特征在于包括一氣囊，盤繞成螺旋狀，內(nèi)裝輕質(zhì)氣體；數(shù)條牽引繩，沿所述螺旋狀氣囊的軸向布置在該氣囊的內(nèi)側(cè)和外側(cè)，并分別連接在該氣囊的內(nèi)側(cè)和外側(cè)表面，各牽引繩的下端與一用于驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)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，其特征在于所述氣嚢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嚢內(nèi)設(shè)置的連接氣嚢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嚢長(zhǎng)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1所述的浮空式風(fēng)能接收裝置，其特征在于在所述氣嚢內(nèi)還設(shè)有副氣嚢，在該副氣嚢上設(shè)有連通至大氣的氣閥，該氣閥在內(nèi)外壓差超過(guò)預(yù)定值時(shí)開(kāi)啟。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的浮空式風(fēng)能接收裝置，其特征在于所述副氣嚢連接有補(bǔ)氣泵，該補(bǔ)氣泵由在所述氣嚢或副氣嚢內(nèi)設(shè)置的壓力傳感器控制。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1 6中任一項(xiàng)所述的浮空式風(fēng)能接收裝置，其特征在于在所述氣嚢表面覆設(shè)蒙皮。
8、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的浮空式風(fēng)能接收裝置，其特征在于所述蒙皮由大麻布制成。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1~6中任一項(xiàng)所述的浮空式風(fēng)能接收裝置，其特征在于位于所述氣嚢內(nèi)外二側(cè)的牽引繩至少各為三條，并沿所述氣嚢的內(nèi)側(cè)和外側(cè)均勻分布。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的浮空式風(fēng)能接收裝置，其特征在于所述內(nèi)外牽引繩相對(duì)設(shè)置。
11、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的浮空式風(fēng)能接收裝置，其特征在于其中至少 一對(duì)牽引繩設(shè)置在所述氣嚢的端部位置。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種浮空式風(fēng)能接收裝置，其包括一氣囊，盤繞成螺旋狀，內(nèi)裝輕質(zhì)氣體；數(shù)條牽引繩，沿所述螺旋狀氣囊的軸向布置在該氣囊的內(nèi)側(cè)和外側(cè)，并分別連接在該氣囊的內(nèi)側(cè)和外側(cè)表面，各牽引繩的下端與一用于驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)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(jiǎn)單、成本較低、發(fā)電能力高且安全性更好。
文檔編號(hào)F03D5/00GK101634276SQ200910091009
公開(kāi)日2010年1月27日 申請(qǐng)日期2009年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月18日
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