專利名稱：一種自升式空中風力發(fā)電裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種自升式空中風力發(fā)電裝置，屬于發(fā)電設備技術領域。
背景技術：
我們知道，傳統(tǒng)的風力發(fā)電機都是安裝在地面的塔架上的，通過吸收和轉換近地表的風能來發(fā)電。而大量的資源調查都表明，在地球表面的絕大多數(shù)地區(qū)其近地表的風力資源都不是豐富的，因此在這些地區(qū)里利用風力來發(fā)電在經濟上都是不合算的，從而影響了風力發(fā)電在這些地區(qū)的應用。但是，在很多地表風力資源并不豐富的地區(qū)，其空中風力資源又是相當豐富的。實測表明，在這些地區(qū)的200 1000米的天空中，普遍有4 5級的、年平均6000 7000小時左右的、風能密度在400W/m2左右的穩(wěn)定風能存在；而在2000 3000米的中高空，風力長期都在6 7級左右，平均風能密度達1500W/m2。國際上，空中風力資源的利用在數(shù)十年前就有人認識到其應用潛力并開始研究，但由于涉及的學科多、技術難度大，因此，直至今天仍未達到市場化的程度，但這方面的研
究工作一直都在開展。我國在該項技術的開發(fā)上走在了國際的前沿，廣東高空風能技術有限公司開發(fā)的天風二號高空風能發(fā)電機組(實驗樣機)已完成了運行實驗，性能達到了設計要求，通過對該公司的樣機分析表明，由于要由多個升入空中近萬米的巨型風箏(或風傘)拉動纜繩帶動地面的發(fā)電機發(fā)電，因此，該項目需要占用地面上以發(fā)電機為圓心、半徑達IOkm的球型天空為其運行區(qū)，機組運行時，飛機等不能進入這個運行區(qū)，此外，機組運行時的噪聲消除；雷雨天氣時的防雷措施；無風時天空中的巨型風箏(風傘)如何保證不會墜落，或雖墜落而不會損壞地面上的高壓輸電線等問題都需要很好地解決?？傊摲桨傅娜娈a業(yè)化還有相當長的路要走。分析還表明，該技術方案不適用于數(shù)十千瓦以下的小功率離網型風力發(fā)電機。從目前的國內外環(huán)保節(jié)能形勢來看，離網型的小功率風力發(fā)電機仍具有極大的市場需求。例如電解水為氫氧氣的過程對供電電源的質量要求是很低的，因此我們就有可能利用輸出電壓、周波以及輸出功率等指標都不易穩(wěn)定的低成本獨立風電來分解水為氫燃料，即可大量解決山區(qū)農民的長期免砍柴問題。技術分析還表明，我國的山區(qū)農村，地形復雜，層巒疊嶂，因此，若用太陽能電池或傳統(tǒng)的地面風力發(fā)電來分解水，則在很多地方行不通。

實用新型內容針對上述問題，本實用新型提出一種自升式空中風力發(fā)電裝置，無風時裝置仍能停留在于空中，并且迎風面可以自動對準風向；發(fā)電時機組空中部分的浮空高度基本不變；保持裝置的平衡與穩(wěn)定；同時，地面牽引線可以對空中部分的靈活收放。本實用新型采用的技術方案裝置由自升球翼、自調整翼、中頻風力發(fā)電機及引線機構組成，自升球翼由翼板6和艇球7組成，自調整翼由左右兩片輕質平板翼9和拉線11組成，中頻風力發(fā)電機由風力機3和中頻發(fā)電機4組成，引線機構由引下線10及地面牽引機18組成；地面牽引機18由底座12、繞線筒13、滑環(huán)14、電刷15、軸承座16和帶抱箍機構的減速箱17組成，自調整翼處于機組的頂端，艇球7位于翼板6的上面，自調整翼的左右兩片輕質平板翼9的內短邊通過撐桿8與風力機3的外殼剛性連接，外短邊通拉線11與自升球翼的翼板6相連，風力機3和中頻發(fā)電機4軸向剛性連接后固定于風力機3的十字支架5的中心位置，整個風力發(fā)電機的平衡重心落在連接風力機3和中頻發(fā)電機4的軸中段位置，引下線10 —端連接在左右兩片輕質平板翼9，另一端卷繞在繞線筒13上，引下線10的末端剝出兩根導電鋼芯后分別接于繞線筒13兩側的兩個滑環(huán)14上，用電負載與電刷15連接。所述的翼板6的底部為平面而上部為凸出的流線型，翼板6的底部由輕質高強度框架蒙布而成，翼板6的上部及艇球7由輕質高韌性不透氣膜熱合而成；翼板6和艇球7充入氫氣鼓起后其形狀如底部帶機翼的流線型飛艇，其頂部中間位置為流線型的艇身，兩側
為雙翼。所述的翼板6的底部平面與正面來風的夾角Θ可調。所述的撐桿8采用輕質高強度的非金屬管材；通過調整拉線11的長度使左右兩片輕質平板翼9的平面與通過風力發(fā)電機3圓心的水平剖面平行；左右兩片輕質平板翼9采用輕質高強度的非金屬框架并蒙上輕質布料制成；拉線11采用細鋼絲；風力機3的軸I、葉片2、支架5采用輕質高強度的非金屬材質制成，風力機3的進風口為喇叭形。本實用新型的有益效果無風時裝置仍能停留在于空中，并且迎風面可以自動對準風向；發(fā)電時機組空中部分的浮空高度基本不變；保持裝置的平衡與穩(wěn)定；同時，地面牽引線可以對空中部分的靈活收放。

圖I為本實用新型結構示意圖；圖2為本實用新型空中部分的側視圖。圖中I-風力機的軸、2-風力機的葉片、3-風力機、5-自調整翼的支架、6-自升翼的翼板、7-自升翼的艇球、8-撐桿、9-自調整翼的左右兩片輕質平板翼、10-引下線、11-拉線、12-地面牽引機的底座、13-地面牽引機的繞線筒、14-地面牽引機的滑環(huán)、15-地面牽引機的電刷、16-地面牽引機的軸承座、17-地面牽引機的減速箱、18-地面牽引機。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型做進一步說明，以方便技術人員理解。如圖I所示裝置由自升球翼、自調整翼、中頻風力發(fā)電機及引線機構組成，自升球翼由翼板6和艇球7組成，自調整翼由左右兩片輕質平板翼9和拉線11組成，中頻風力發(fā)電機由風力機3和中頻發(fā)電機4組成，引線機構由引下線10及地面牽引機18組成；地面牽引機18由底座12、繞線筒13、滑環(huán)14、電刷15、軸承座16和帶抱箍機構的減速箱17組成，自調整翼處于機組的頂端，艇球7位于翼板6的上面，自調整翼的左右兩片輕質平板翼9的內短邊通過撐桿8與風力機3的外殼剛性連接，外短邊通拉線11與自升球翼的翼板6相連，風力機3和中頻發(fā)電機4軸向剛性連接后固定于風力機3的十字支架5的中心位置，整個風力發(fā)電機的平衡重心落在連接風力機3和中頻發(fā)電機4的軸中段位置，引下線10 —端連接在左右兩片輕質平板翼9，另一端卷繞在繞線筒13上，引下線10的末端剝出兩根導電鋼芯后分別接于繞線筒13兩側的兩個滑環(huán)14上，用電負載與電刷15連接。所述的翼板6的底部為平面而上部為凸出的流線型，翼板6的底部由輕質高強度框架蒙布而成，翼板6的上部及艇球7由輕質高韌性不透氣膜熱合而成；翼板6和艇球7充入氫氣鼓起后其形狀如底部帶機翼的流線型飛艇，其頂部中間位置為流線型的艇身，兩側為雙翼。所述的翼板6的底部平面與正面來風的夾角Θ可調。所述的撐桿8采用輕質高強度的非金屬管材；通過調整拉線11的長度使左右兩片 輕質平板翼9的平面與通過風力發(fā)電機3圓心的水平剖面平行；左右兩片輕質平板翼9采用輕質高強度的非金屬框架并蒙上輕質布料制成；拉線11采用細鋼絲；風力機3的軸I、葉片2、支架5采用輕質高強度的非金屬材質制成，風力機3的進風口為喇叭形，一方面可有效擴大迎風面積而提高輸出功率，另一方面可促使風道內的風壓上升，風力機3的額定轉速升高，有助于進一步減小中頻發(fā)電機4的體積和重量。中頻發(fā)電機4采用釹鐵硼強磁多極轉子，定子采用坡莫合金或高導磁率冷軋硅鋼片，在額定最高轉速下的輸出頻率為800 1000Hz，為減少引下線的電阻損耗，中頻發(fā)電機4采用高電壓低電流方式，額定功率為Ikw的中頻發(fā)電機，其最高輸出電壓經整流濾波后為500 800V，最大電流2. 5A，峰值功率2KW。本實用新型的工作原理自升球翼充入氫氣后產生的靜態(tài)升力大于機組空中部分(含引下線)的總重量，自升球翼在來風的作用下產生兩種不同的升力一是翼板6底部平面與來風的夾角S所形成風箏型升力，二是空氣流過翼板6上下表面形成速度差而產生的翼型升力，兩個升力合成的總升力補償了正面來風所形成的切向分力導致的機組浮空高度下降，使機組的浮空高度基本保特不變。此外，由來風作用于自升球翼及風力發(fā)電機3等空中部分后，所形成的風阻力與牽引線共同作用而使機組的尾部自動地朝向風阻最大的方向，這樣就使機組的正面自然對準了最大來風的方向。機組發(fā)電時，若兩片輕質平板翼9的平面均與正面來風平行，則兩片輕質平板翼9不產生任何的扭力，這樣風力機的入口平面將與正面來風垂直，使風力機能最大限度地吸收風能；反之若兩片輕質平板翼9的平面與正面來風不平行，則在正面來風作用下，兩翼將要產生向上或向下的風箏型扭力與之相抗衡，而抗衡的結果使風力機的入口平面與正面來風的角度仍保持在基本垂直狀態(tài)。自升球翼為機組自升力的主要部件，利用在翼板6和艇球7中充入氫氣后所產生的升力使機組在無風時仍能停于留空中，既保證了地面人員、設施等安全，又使機組在起風時刻能在空中立即啟動，同時又使風力機能自動地對準來風的方向，自升球翼在正常發(fā)電時，利用翼板6底部的平面與來風的夾角S產生風箏型升力，同時，來風流過翼板6的上下面后因流速不同而產生翼型升力，這兩個升力共同作用使機組的浮空高度不受風速變化的影響保持在穩(wěn)定的高度；兩片輕質平板翼9確保了機組入口平面與正面來風保持垂直，使之能最大限度地吸收風能；采用體積小、重量輕的800 IOOOHz永磁轉子中頻發(fā)電機4，使機組的浮空重量比采用50Hz的工頻發(fā)電機減少了 60%左右；引下線既作物機組空中部分的牽引線又兼電能的輸送線，從而有效降低了引下線的總重量和成本。[0024]技術分析還表明，我國的山區(qū)農村，采用不受地形限制的自升空型空中風力發(fā)電機，則大多數(shù)地區(qū)都是可行的。據估算一個農村六口之家，平均每天I. 6 2. O立方的氫氣作為生活燃料已足夠。以水分解為氫氧的效率60%計算，則每天需12 15kwh的電能，這樣只要一臺IKW重約10 15Kg的空中風力發(fā)電機，在空中平均每天運行 12 15個小時以上即可解決問題。本實用新型通過具體實施過程進行說明的，在不脫離本實用新型范圍的情況下，還可以對本實用新型專利進行各種變換及等同代替，因此，本實用新型專利不局限于所公開的具體實施過程，而應當包括落入本實用新型專利權利要求范圍內的全部實施方案。
權利要求1.一種自升式空中風力發(fā)電裝置，其特征在于裝置由自升球翼、自調整翼、中頻風力發(fā)電機及引線機構組成，自升球翼由翼板(6)和艇球(7)組成，自調整翼由左右兩片輕質平板翼(9)和拉線(11)組成，中頻風力發(fā)電機由風力機(3)和中頻發(fā)電機(4)組成，引線機構由引下線(10)及地面牽引機(18)組成；地面牽引機(18)由底座(12)、繞線筒(13)、滑環(huán)(14)、電刷(15)、軸承座(16)和帶抱箍機構的減速箱(17)組成，自調整翼處于機組的頂端，艇球(7)位于翼板(6)的上面，自調整翼的左右兩片輕質平板翼(9)的內短邊通過撐桿(8)與風力機(3)的外殼剛性連接，外短邊通拉線(11)與自升球翼的翼板(6)相連，風力機(3)和中頻發(fā)電機(4)軸向剛性連接后固定于風力機(3)的十字支架(5)的中心位置，整個風力發(fā)電機的平衡重心落在連接風力機(3)和中頻發(fā)電機(4)的軸中段位置，引下線(10) —端連接在左右兩片輕質平板翼(9)，另一端卷繞在繞線筒(13)上，引下線(10)的末端剝出兩根導電鋼芯后分別接于繞線筒(13)兩側的兩個滑環(huán)(14)上，用電負載與電刷(15)連接。
2.根據權利要求I所述的一種自升式空中風力發(fā)電裝置，其特征在于翼板(6)的底部為平面而上部為凸出的流線型，翼板(6)的底部由輕質高強度框架蒙布而成，翼板(6)的上 部及艇球(7 )由輕質高韌性不透氣膜熱合而成；翼板(6 )和艇球(7 )充入氫氣鼓起后其形狀 如底部帶機翼的流線型飛艇，其頂部中間位置為流線型的艇身，兩側為雙翼。
3.根據權利要求I所述的一種自升式空中風力發(fā)電裝置，其特征在于翼板(6)的底部平面與正面來風的夾角可調。
4.根據權利要求I所述的一種自升式空中風力發(fā)電裝置，其特征在于撐桿(8)采用輕質高強度的非金屬管材。
5.根據權利要求I所述的一種自升式空中風力發(fā)電裝置，其特征在于通過調整拉線(11)的長度使左右兩片輕質平板翼(9)的平面與通過風力發(fā)電機圓心的水平剖面平行。
6.根據權利要求I所述的一種自升式空中風力發(fā)電裝置，其特征在于左右兩片輕質平板翼(9)采用輕質高強度的非金屬框架并蒙上輕質布料制成。
7.根據權利要求I所述的一種自升式空中風力發(fā)電裝置，其特征在于拉線(11)采用細鋼絲。
8.根據權利要求I所述的一種自升式空中風力發(fā)電裝置，其特征在于風力機(3)的軸(I)、葉片(2)、支架(5)采用輕質高強度的非金屬材質制成，風力機(3)的進風口為喇叭形。
專利摘要本實用新型涉及一種自升式空中風力發(fā)電裝置，屬于發(fā)電設備技術領域；由自升球翼、自調整翼、中頻風力發(fā)電機及引線機構共同組成，自升球翼提供了機組的靜態(tài)和動態(tài)升力，以確保在無風時機組仍能停留在空中，而在發(fā)電時機組的空中高度基本不變，自調整翼保證了機組能以最大的迎風面吸收空中風能，中頻發(fā)電機的體積小和重量輕的優(yōu)點大大減輕了機組空中部的總重量，電能通過引下線送到地面，由于多數(shù)地區(qū)的空中風能遠比其地面風能強大且持續(xù)穩(wěn)定，因此，本實用新型不受地形限制、不用建塔架、可自行上升到百米以上天空中運行的小功率風力發(fā)電，應用前景更好。
文檔編號F03D11/00GK202645861SQ20122026042
公開日2013年1月2日 申請日期2012年6月5日 優(yōu)先權日2012年6月5日
發(fā)明者聶俊飛, 盧誠, 金建輝, 張英爭, 謝鴻齡 申請人:昆明理工大學