浮空式风能接收装置.pdf

《浮空式风能接收装置.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《浮空式风能接收装置.pdf（11页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。

1、10申请公布号CN102011691A43申请公布日20110413CN102011691ACN102011691A21申请号200910092017322申请日20090904F03D5/0620060171申请人中国中煤能源集团有限公司地址100120北京市朝阳区黄寺大街一号，中煤大厦72发明人张阳74专利代理机构北京集佳知识产权代理有限公司11227代理人孙长龙逯长明54发明名称浮空式风能接收装置57摘要本发明公开了一种浮空式风能接收装置，其包括螺旋体及牵引绳，所述螺旋体为一呈单螺旋状的气囊，该螺旋体直径从上至下逐渐减小呈倒锥形，在所述气囊内充有轻质气体；所述牵引绳至少为三条，沿所述螺旋。

2、体母线方向设置，并连接于所述螺旋体的表面，各牵引绳的下端与一用于驱动发电机的驱动装置相连。与现有技术相比，本发明的浮空式风能接收装置结构简单、操控方便、成本低、重量轻、使用安全性高且可有效利用高空风能。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书5页附图4页CN102011696A1/1页21一种浮空式风能接收装置，其特征在于包括螺旋体，为一呈单螺旋状的气囊，该螺旋体直径从上至下逐渐减小呈倒锥形，在所述气囊内充有轻质气体；及牵引绳，至少为三条，沿所述螺旋体母线方向设置，并连接于所述螺旋体的表面，各牵引绳的下端与一用于驱动发电机的驱动装置相连。2根据权利要求。

3、1所述的浮空式风能接收装置，其特征在于所述气囊的截面呈宽度大于厚度的扁形。3根据权利要求2所述的浮空式风能接收装置，其特征在于所述扁形气囊是由在该气囊内设置的连接气囊上下表面的牵拉件牵拉而形成。4根据权利要求3所述的浮空式风能接收装置，其特征在于所述牵拉件为沿所述气囊长度方向设置的间隔布，该间隔布数量至少为一条。5根据权利要求3所述的浮空式风能接收装置，其特征在于在所述扁形气囊的上下表面覆设蒙皮。6根据权利要求1所述的浮空式风能接收装置，其特征在于所述气囊包括骨架和包覆该骨架两侧的气囊壁，所述骨架包括构成所述气囊截面形状的多个刚性框和连接各刚性框的连接件。7根据权利要求6所述的浮空式风能接收装。

4、置，其特征在于所述连接件为柔性缆索。8根据权利要求6所述的浮空式风能接收装置，其特征在于所述刚性框的形状呈矩形、圆形、椭圆形或长圆形。9根据权利要求6所述的浮空式风能接收装置，其特征在于所述牵引绳连接于所述刚性框。10根据权利要求1所述的浮空式风能接收装置，其特征在于所述牵引绳设置在所述螺旋体的外侧，并与所述螺旋体的外侧表面连接。11根据权利要求1所述的浮空式风能接收装置，其特征在于所述牵引绳在所述螺旋体的内侧和外侧各设置至少三条，并分别与所述螺旋体的内侧和外侧表面连接。12根据权利要求1所述的浮空式风能接收装置，其特征在于还包括副气囊，该副气囊设置在所述气囊内，在该副气囊上设有连通至大气的气。

5、阀，该气阀在内外压差超过预定值时开启。13根据权利要求12所述的浮空式风能接收装置，其特征在于所述副气囊连接有补气泵，该补气泵由在所述气囊或副气囊内设置的压力传感器控制。权利要求书CN102011691ACN102011696A1/5页3浮空式风能接收装置技术领域0001本发明有关一种风能发电设备，具体而言是涉及一种利用高空气流做功发电的浮空式风能接收装置。背景技术0002风能接收装置，就是将风能转化为旋转机械能的装置。目前常用的风能接收装置是风叶，装在风塔顶部带动发电机发电。受风塔高度的限制，这种风能接收装置只能接收利用地面附近的风能，而由于地面的风速较低，能量较小，若想提高风力发电的功率，。

6、只能尽可能采用大尺寸的风叶叶片，提高受风面积，这也带来成本的剧增，而风叶尺寸由于材料、工艺以及风塔高度的限制，并不能无限制的增加，因而制约了发电能力的进一步提高。0003而众所周知，空中的气流越往高处其风速越高，所携带的能量越大。如1000米高空的风速是地面的三倍，则所携带的能量是地面附近的27倍根据风能密度公式为P1/2V3。由此可见，如果能有效利用高空的高速气流，用同种类型、同样截面积的风能接收装置，发电能力可以提高数倍。因此，充分利用空中气流能量进行风力发电是提高发电能力，减少发电成本的有效途径。0004为此，目前世界各国相继研制了利用高空气流做功的风能接收装置。其中一种是意大利高空型风。

7、筝发电技术，其工作原理是用大型滑翔伞也就是所说的风筝作为风能接收器，通过拉动控制绳计算机自动完成，使逆风上行的风筝变形，从而降低风阻，而对侧顺风下行风筝则全张开，全风阻顺风飞行，两侧风阻差形成机构整体转动的动力。在风能转化为机械能后，通过钢丝绳将接收到的能量送到地面转轮，由转轮将能量送入发电机，完成发电的目的。0005这种风能接收装置由于利用高空的高速风能，单机功率可达百万千瓦，此外，电机和输变电系统全部在地面，提高了安全性。和常规风力发电技术相比，其建造成本也相对较低。但其缺点也比较明显00061、需要复杂的转向控制系统，该技术需要计算机高度自动化控制，而且周围要有精确的测风装置，由于风筝工。

8、作在不断变动中，没有稳定态稳定态下不仅不能工作，而且风筝会掉下来，需要不断检测计算风筝的受力状态，调整风筝的姿态，以便使一侧的风筝处于全风阻状态，拉动发电设备运转，另一侧风筝处于低风阻状态，以减少阻力力矩，是发电设备能始终在一个方向上旋转发电，因此需要复杂的计算控制系统。同时该技术稳定性很差。00072、如前所述，风筝需要在全阻力和低阻力状态下不断切换才能带动发电设备旋转发电，但随着风筝的收放，会不断出现脉动冲击，导致发出的电是脉动的，相应地增加了输变电系统的投资，以及工作过程的复杂性。00083、风力的能量密度本来就很低，还要消耗动力拉放风筝，进一步降低了风能利用率。说明书CN1020116。

9、91ACN102011696A2/5页400094、气动力学很差，几乎完全是阻力型，效率低。00105、操作复杂，实用性差上千米长的绳子拉着足球场大的风筝，放飞升空操作复杂。而且整套系统十二个风筝，放的过程中就完全有可能缠到一起。一旦风太小，风筝有可能失去升力会掉下来。0011此外，还有采用高空涡轮发动机型、高空兜风轮型和高空直升机型等浮空式风能发电装置，这些装置的共同特点是将风能接收装置和发电机构一起由浮空装置升到空中，接收高空风能，并将产生的电能输送回地面。这些发电装置也都有一些共同的缺点1、由于将风能接收装置与发电机构都浮空布置在空中，造成风能发电装置的结构复杂、重量大，制约了其功率的进。

10、一步提高；2、体积、重量都比较大的发电装置都设置在空中，一旦坠毁，将会对地面安全构成成胁，安全性较差；3、对风向有要求，即某些方向的风接收的风能较高，对另一些方向的风接收的风能较低，而高空气流多变性制约了其对风能的有效利用4、需要另外加装浮空装置，以便将发电装置升入高空，增加了制造成本。发明内容0012有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种结构简单、操控方便、成本低、重量轻、使用安全性高且可有效利用高空风能的浮空式风能接收装置。0013为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是0014一种浮空式风能接收装置，其包括0015螺旋体，为一呈单螺旋状的气囊，该螺旋体直径从上至下逐渐减小呈倒锥形。

11、，在所述气囊内充有轻质气体；及0016牵引绳，至少为三条，沿所述螺旋体母线方向设置，并连接于所述螺旋体的表面，各牵引绳的下端与一用于驱动发电机的驱动装置相连。0017优选地，所述气囊的截面呈宽度大于厚度的扁形。0018进一步地，所述扁形气囊是由在该气囊内设置的连接气囊上下表面的牵拉件牵拉而形成。0019进一步地，所述牵拉件为沿所述气囊长度方向设置的间隔布，该间隔布数量至少为一条。0020进一步地，在所述扁形气囊的上下表面覆设蒙皮。0021优选地，所述气囊包括骨架和包覆该骨架两侧的气囊壁，所述骨架包括围成所述气囊截面形状的多个刚性框和连接各刚性框的连接件。0022进一步地，所述连接件为柔性缆索。。

12、0023进一步地，所述刚性框的形状呈矩形、圆形、椭圆形或长圆形。0024进一步地，所述牵引绳连接于所述刚性框。0025作为一种可选择的方案，所述牵引绳设置在所述螺旋体的外侧，并与所述螺旋体的外侧表面连接。0026作为另一种可选择的方案，所述牵引绳在所述螺旋体的内侧和外侧各设置至少三条，并分别与所述螺旋体的内侧和外侧表面连接。0027在上述实施例中，所述气囊还包括副气囊，该副气囊设置在所述气囊内，在该说明书CN102011691ACN102011696A3/5页5副气囊上设有连通至大气的气阀，该气阀在内外压差超过预定值时开启。0028优选地，所述副气囊连接有补气泵，该补气泵由在所述气囊或副气囊内。

13、设置的压力传感器控制。0029与现有技术相比，本发明的浮空式风能接收装置由于不需要另外增设浮空装置，而且螺旋状气囊可以接收各个方向的风能并可在各方向的风力的作用下，产生旋转带动发电机构发电，因此整个发电不需要复杂的传动机构和控制机构进行传动或控制，其结构简单、成本较低；而螺旋状气囊只要工艺允许可以制作的很大，更利于大型化，可以带动更大型的发电设备发电，其发电能力更强；同时由于该种风能接收装置是通过牵引绳连接到发电机构的驱动装置，而发电机构则设置在地面，无需担心因坠毁而带来的安全隐患，其安全性比较高，也易于使发电设备大型化；而倒锥形的螺旋体可使风能接收面积更大，更适于在风速较低的场合发电。附图说。

14、明0030图1是本发明风能接收装置一个实施例的正面结构示意图。0031图2是图1的仰视图。0032图3是图1的AA剖视图。0033图4是本发明风能接收装置另一个实施例的横剖视图。0034图5是本发明风能接收装置又一个实施例的横剖视图。0035图6是图5的BB剖视图。0036图中00371、螺旋体2、牵引绳00383、气囊4、牵拉件00395、蒙皮6、副气囊00407、气阀8、气囊壁00419、刚性框10、连接件具体实施方式0042下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。0043本发明的风能接收装置是用于接收风能，并将所接收的风能通过牵引绳传输到风力发电设备的地面发电机构，以带动地面发电机。

15、构进行发电的装置。0044图1是本发明风能接收装置一个实施例的正面结构示意图。图2是图1的仰视图。图3是图1的AA剖视图。0045如图1图3所示，本发明的浮空式风能接收装置，其包括0046螺旋体1，为一呈单螺旋状的气囊3，该螺旋体1直径从上至下逐渐减小呈倒锥形，在该气囊3内充有轻质气体，轻质气体可以采用比重小于空气的气体如氢气、氦气等。0047牵引绳2，至少为三条，沿所述螺旋体1母线方向设置，并连接于所述螺旋体1的表面，各牵引绳2的下端与一用于驱动发电机的驱动装置相连，通过驱动装置带动发电机发电。说明书CN102011691ACN102011696A4/5页60048而牵引绳2除了可以向外输出。

16、动力，其连接在螺旋体1的表面之间，也可以起到控制螺旋体1螺距的作用，通过调节牵引绳2的连接长度可以调节螺旋体的螺距及螺旋角度，满足不同的需要。0049在本实施例中，所述气囊3的截面呈宽度大于厚度的扁形，具体是近似于扁圆形形状。0050如图3所示，所述扁形气囊是由在该气囊3内设置的连接气囊上下表面的牵拉件4牵拉而形成。0051在本实施例中，所述牵拉件4为沿所述气囊3长度方向设置的间隔布，该间隔布并列设置五条。0052所述间隔布的数量也可以根据需要进行设置，一般而言对于较大的气囊需要的间隔布的数量相对较多，以便保持所需要的形状，而对于小型的气囊，一条也可以满足定型的需要。0053作为一种替代方案，。

17、所述牵拉件4也可以采用诸如成排设置的牵拉索结构。0054而气囊3的截面形状也不限于扁形，也可以是其他形状如圆形。0055本发明的螺旋气囊可以采用以下方法制造先根据设计的气囊尺寸螺旋气囊的内外轮廓的曲率半径，分段裁出扇形料，再根据设计将各段扇形料首尾相接成一蜗壳状环料，然后在二片蜗壳状环料中间粘接或焊接牵拉件，再将二片蜗壳状环料边缘粘接或焊接即成气囊，该气囊内充气后即可以形成本发明的螺旋状气囊。0056对于较小的螺旋气囊也可以在圆形料上沿预定螺旋线裁剪出蜗壳状环料，再将二片蜗壳状环料边缘粘接或焊接而成螺旋状气囊，这样可以减少螺旋长度方向的接缝。0057对于较小的螺旋气囊还可以整体挤塑成型，这样可。

18、以减少接缝数量，增强密封性能。0058图4是本发明风能接收装置另一个实施例的横截面结构示意图。0059参见图4，在该实施例中，在所述扁形气囊的上下表面覆设蒙皮，其余结构与上面的实施例基本相同。0060其中，所述蒙皮4可由大麻布制成，也可由其它具有高强度，耐侵蚀性的材料制成，如可以采用复合了金属薄膜的复合材料。0061图5、图6表示本发明气囊的又一个实施例。图5是该实施例气囊的横剖视图。图6是图5的BB剖视图。0062如图5、图6所示，所述气囊3包括骨架9、10和包覆该骨架两侧的气囊壁8，所述骨架包括围成所述气囊截面形状的多个刚性框9和连接各刚性框9的连接件10。0063优选地，所述连接件10为。

19、柔性缆索，可以在放气后减少气囊的体积和占用空间，而且可以减少气囊的整体重量，提高安全性能。0064在本实施例中，所述刚性框9的形状呈矩形，可使围成的气囊形状也为矩形。0065本领域技术人员可以想到，刚性框也可以采用其他形状如圆形、椭圆形或长圆形等替代。0066在本实施例中，所述牵引绳2可以连接于所述刚性框9图未示，以增加连接强度。0067在图1、图2所示的实施例中，所述牵引绳2是设置在所述螺旋体1的外侧，并说明书CN102011691ACN102011696A5/5页7与所述螺旋体1的外侧表面连接的，牵引绳2的数量是为三条。0068实际上不限于此，牵引绳2的数量也可以多于三条，但多条牵引绳较佳。

20、是沿螺旋体1周边均匀分布。0069作为替代方案，所述牵引绳2可以在所述螺旋体1的内侧和外侧分别设置，如各设置三条或三条以上，并且各牵引绳2分别与所述螺旋体1的内侧和外侧表面连接。0070参见图3、图4和图5，在上述实施例中，所述气囊3还包括副气囊6，该副气囊6设置在所述气囊3内，在该副气囊6上设有连通至大气的气阀7，该气阀7在内外压差超过预定值比如50150KPA时开启，避免气囊3因压力过高而破裂。0071优选地，所述副气囊6连接有补气泵图未示，该补气泵由在所述气囊3或副气囊6内设置的压力传感器控制。在气囊3压力低于预定值时，控制补气泵开启，向副气囊6补充空气，使得副气囊6膨胀而补充因气囊3泄。

21、露或其它原因减少的压力，以保持气囊3稳定的动力学外形。补气泵的动力可以由地面提供。0072图中显示的螺旋体1的是左旋螺旋状态，在各螺旋的下侧构成迎风面，上侧构成背风面，其在风的作用下，风能接收装置会产生向右旋转的扭矩而向右转，即在俯视时沿逆时针风向旋转。同样，各组气囊也可以盘绕成右旋方向，其与左旋气囊其它结构基本相同，只是受力方向相反，旋转方向相反。0073在前述实施例中，在气囊3内均设置有副气囊6。但在本发明中副气囊并不是必须配置的，在某些环境变化如温度、压力比较小的地方，也可以不用副气囊，依然能够保证气囊具有较高的寿命。0074以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，也可以将上述技术内容进行组合形成其他的技术方案，这些改进和润饰，以及形成的其他技术方案也应视为本发明的保护范围。说明书CN102011691ACN102011696A1/4页8图1说明书附图CN102011691ACN102011696A2/4页9图2图3说明书附图CN102011691ACN102011696A3/4页10图4图5说明书附图CN102011691ACN102011696A4/4页11图6说明书附图CN102011691A。