CN101852178A

CN101852178A - 一种大功率伞型风力发电***

Info

Publication number: CN101852178A
Application number: CN200910190150A
Authority: CN
Inventors: 张建军
Original assignee: 张粤新
Current assignee: Guangdong High-Altitude Wind Power Technology Ltd.
Priority date: 2009-09-08
Filing date: 2009-09-08
Publication date: 2010-10-06
Anticipated expiration: 2029-09-08
Also published as: CN101852178B

Abstract

本发明公开了一种大功率伞型风力发电***，包括轨道绳、升力导引体、伞梯和发电装置，轨道绳的一端穿过伞梯系住升力导引体，另一端紧固于重物；升力导引体拉直轨道绳，形成一个伞轨道；升力导引体和伞之间保持有距离。伞梯由一个或多个伞组成；相邻的伞之间保持有距离；伞的中心有一开孔让轨道绳穿过；伞张开时，由于风力的作用能形成一个向上的巨大的拉力。按作用伞分为承力伞和做功伞；承力伞紧固于轨道绳上作***平衡之用；做功伞上下运动做功；做功伞连有做功绳，做功绳一端紧固连接做功伞，另一端连接发电装置，拉动发电装置做机械运动从而将风能转换为电能。

Description

一种大功率伞型风力发电***

技术领域

本发明涉及一种大功率伞型风力发电***，尤其涉及一种利用风能做功，由升力导引体导引的伞来产生拉力的发电***。

背景技术

风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。其蕴量巨大，全球的风能约为2.74×10⁹MW，其中可利用的风能为2×10⁷MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。风很早就被人们利用--主要是通过风车来抽水、磨面等，而现在，人们感兴趣的是如何利用风来发电。

我们把风的动能转变成机械能，来提升重物或再把机械能转化为电能，这就是风力发电。利用风力发电的尝试，早在本世纪初就已经开始了。三十年代，丹麦、瑞典、苏联和美国应用航空工业的旋翼技术，成功地研制了一些小型风力发电装置。这种小型风力发电机，广泛在多风的海岛和偏僻的乡村使用，它所获得的电力成本比小型内燃机的发电成本低得多。不过，当时的发电量较低，大都在5千瓦以下。

现有技术中风轮是把风的动能转变为机械能的重要部件，它由两只(或更多只)螺旋桨形的叶轮组成。当风吹向浆叶时，桨叶上产生气动力驱动风轮转动。桨叶的材料要求强度高、重量轻，目前多用玻璃钢或其它复合材料(如碳纤维)来制造。并且风轮需要铁塔的支承。这就造成了风力发电设备需要高昂的成本。

同时，很多人都有放风筝的经历。只要系绳的长度足够，风筝可以放的很高，并且越高越稳定。不过风筝的拉力非常有限，一般可以用手拉住风筝。我们很难想象一把伞，不管是圆形方形或其它形状，会象风筝一样能在空中飞行并保持稳定。

发明内容

本发明提供一种能更好、更有效的利用风能，成本较低的风能伞拉力装置。其是有关一种可产生巨大拉力的由风筝或浮空气球导引的一个伞或多个伞组成的风力***，其提供了一种使一个伞或多个伞在空中稳定飞行并产生巨大拉力来发电的装置。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案为：

一种大功率伞型风力发电***，其包括轨道绳、升力导引体、至少一组伞梯和发电装置，所述轨道绳的一端穿过伞梯系住所述升力导引体，另一端紧固于地面物体上；升力导引体与承力伞拉直轨道绳，形成一个伞轨道；所述升力导引体和所述伞之间保持有距离；所述伞梯包括一个或多个伞，按其作用分为承力伞和做功伞。所述伞与伞之间保持一定距离。所述承力伞(或称平衡伞)紧固于轨道绳上，而所述做功伞则可在轨道绳某一区域内上下滑动。所述某一区域之轨道绳上有一上档块和一下档块用以限制所述做功伞的滑动范围。所述做功伞连有做功绳，所述做功绳一端紧固连接做功伞，另一端连接发电装置，拉动发电装置做机械运动。所述做功伞张开时，由于风力的作用能形成一个向上的巨大的拉力。此升力推动做功伞沿轨道绳向上滑动并拉动做功绳向上。做功绳往上拉时，带动发电机转轴转动，这样风能通过伞转换为机械能，发电装置再将机械能转换为电能。

所述发电装置为转轴式发电机，所述做功绳可直接缠绕在所述发电机转轴上，带动发电机转动。也可缠绕在其他传力机构如齿轮箱的转轴上，通过所述传力机构带动发电机转动。

所述伞梯每一个伞的中心有一开孔，所述轨道绳穿过该开孔。

所述风力发电***处于工作状态时，所述承力伞一直张开，而所述做功伞则在所述轨道绳某一区域内上下滑动，做功伞张开时向上滑动，做功伞闭合时向下滑动。

所述升力导引体为风筝或浮空气球或滑翔伞中的一种或多种的组合。

所述伞的形状为多边形伞或圆形伞，所述伞有若干(至少三根)细绳对称分布并连接伞体边沿，所述细绳的另一端一起或固接于轨道绳上或固接于做功伞之细绳滑块上。所述多边形伞的每个边角都至少有一根细绳。

所述伞的伞体中心有一开孔，所述轨道绳穿过该开孔；所述伞的开孔上安装有伞体滑块，所述伞体滑块滑动套接于所述轨道绳。

所述做功伞有一细绳滑块，所述细绳滑块滑动套接于所述轨道绳。所述细绳滑块与所述做功绳的一端相连。

本发明做功伞打开装置的一种优选方案为：所述做功伞的伞体滑块滑孔小于所述上档块外径；所述做功伞的伞体滑块滑孔小于所述下档块外径；所述做功伞的细绳滑块滑孔大于所述下档块外径。

本发明做功伞打开装置的另一种优选方案为：其包括一回拉绳，所述回拉绳一端固定于所述上挡块，另一端固定于所述伞体滑块。

所述伞梯包括至少一个承力伞和至少一个做功伞，所述承力伞的细绳固定于所述轨道绳，承力伞能使轨道绳负荷更多的做功伞；

每一个所述做功伞在轨道绳上都有相应的上档块及下档块，其运动轨道在上档块与下档块之间，且同一个做功伞的细绳紧固于同一个细绳滑块上，此结构使做功伞能在其轨道上上下运动，而不干扰其他伞的正常运作。

本发明做功伞下拉装置中的一种优选方案为：所述做功伞的伞体滑块上有磁铁，所述做功伞的细绳滑块上有磁铁，所述做功伞的伞体滑块磁铁下部和所述做功伞的细绳滑块磁铁上部磁极相异。

本发明做功伞下拉装置中的另一种优选方案为：所述做功伞的伞体滑块上有粘胶垫，所述做功伞的细绳滑块上有粘胶垫。

本发明伞梯的一种优选方案为：所述承力伞位于所述做功伞上端。

本发明伞梯的另一种优选方案为：所述承力伞与所述做功伞交错排列。

所述轨道绳上有紧固有带做功绳通过孔的紧固件。

在所述做功绳下端的档块和滑块以及滑动装置上都有做功绳通过孔，每个做功绳通过孔通过一根做功绳，这种设计使做功绳与做功绳之间，做功绳与轨道绳和伞的细绳之间相互分离，不至于缠绕在一起，影响装置的正常工作。

所述伞的受风面积与其上一个伞的受风面积相同。

所述伞的受风面积大于其上一个伞的受风面积。

所述伞的受风面积可以大小交替变化。

所述轨道绳和地面之间夹角大于等于十五度，小于等于八十度。

本发明提供了一种有效地利用风能发电的方法和***。这种***产生极其强大的拉力，可广泛应用于发电领域。

附图说明

本发明包括如下附图：

图1为本发明最简化拉力装置原理示意图；

图2为本发明伞梯拉力装置示意图；

图3为本发明带做功绳的伞梯拉力装置示意图；

图4为本发明带做功绳与发电装置连接示意图；

图5为本发明伞梯风力发电***实施例示意图；

图6为本发明实施例示意图；

图7为本发明实施例做功伞空中打开原理示意图；

图8为本发明实施例做功伞空中闭合原理示意图。

具体实施方式

下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明：

如图1所示，本实施例是本发明的一种最简化的表现，用来说明原理。它由轨道绳11，风筝12和伞13组成。轨道绳11的一端系住风筝12，另一端紧固于地面的物体上。伞13有多条细绳14，每一条细绳的一端系在伞的边沿，另一端一起紧固在轨道绳11的某一位置15上。伞13有一中心开孔16。轨道绳11窜过开孔16，这样伞13就可以对称地紧固在轨道绳11上。

风筝12和伞13之间要保持一定的距离，目的是先让风筝升空而不受伞的影响。风筝升空后，慢慢放轨道绳并最终将伞一起拉上去。最初伞13处于自由闭合状态。如果风速足够大，伞将被自动打开并保持稳定。这时如果用手拉轨道绳你会感觉到比只有风筝时强很多的拉力。

显然，稳定飞行的风筝12将使轨道绳11和地面有一相对稳定的夹角a。夹角的大小与风速有关，最好能保持在十五度和八十度之间。正是这一夹角使伞承受一个有效且相对稳定的风压，从而保持稳定的打开状态。

由伞产生的强大拉力与伞的面积成正比，面积越大拉力越大。这种***最大特征是可以让一个受风面积不大的风筝带动一个比其受风面积大好几倍的伞，从而产生大得多的***拉力。而这个伞又可以带动下一个更大面积的伞，产生更大的拉力。

伞的形状可以各种各样，但最好是圆形或多边形，如六边形和八边形。伞的细绳14应不少于三根，如伞为多边形，那么每个边角都应有一根细绳，同一个伞上的细绳长度相等。做伞面的材料应该是柔韧且耐用，如尼龙和晴纶等。为了减少开孔16的损坏，开孔上可安装耐磨滑块。

另外，风筝12也可以由可在空中漂浮的气球或滑翔伞等代替。原则是风筝或气球的上升拉力应大于紧靠风筝或气球的伞，或者说最上面的伞的重量。

如图2所示的***由轨道绳21，风筝22和伞一23及伞二24组成。伞一和伞二组成了一个简单的伞梯。原理上，一个伞梯可以有很多伞。

本发明提供了一种有效地利用风能的方法和***。这种***产生极其强大的拉力，可广泛应用于发电或提升重物等。

图3所示的是一个相对完整的可用来发电的伞梯***。它由导引风筝32，承力伞(或称平衡伞)33，做功伞34，轨道绳31以及做功绳35组成。方框36表示地面力传动及发电部分。一般情况下轨道绳31将固定于地面的物体上，而做功绳35可能绕在一转轴上。导引风筝32也可由可漂浮于空中的气球代替，承力伞可以不止一把。

图4是一个改进的***，它有做功伞44和做功伞48和做功绳42和做功绳43。把两个做功伞上升下降时间错开就可以基本保证***连续运转。

如图4所示，做功伞44的运动区域为A，做功伞48的运动区域为B。两个做功伞在同一轨道绳43上滑动，但不会碰在一起。因为连接做功伞48的做功绳43需要通过做功伞44的运动区域A，在设计做功伞44的上挡块45以及上滑块46和下滑块47时需考虑让做功绳43自由通过。

如图5所示，为做功绳52绕在发电机51的转轴53上，带动发电机51转动的工作示意。

如图6所示，为是一个完整的可用来发电的伞梯***。它由导引风筝61，两个承力伞62，做功伞63，轨道绳64以及做功绳65和发电机组66组成。一般情况下轨道绳64将固定于地面的物体上，而做功绳65可能绕在一转轴上。导引风筝61也可由可漂浮于空中的气球代替，做功伞63可以不止一把。

伞的数目根据需要增加。增加伞的数量的目的是为了增大***的总体受风面积，从而产生更大的拉力。

伞的数量可达几十甚至几百，主要取决于轨道绳的长度和强度。

本发明用于风能发电的关键是如何可靠地实现做功伞在空中的开合及沿着轨道绳上下周期运动。有了这样的开合机制，这种伞梯***就可广泛应用于大功率的风能发电。下面参照图7和图8来说明做功伞的开合。

图7和图8分别为做功伞打开和闭合时的两种状态。参照图7，做功伞72有两个耐磨滑块73和74，这样做功伞72可以沿着轨道绳71上下运动。如图所示，上滑块73在伞面的中心，下滑块74让伞的所有细绳缠绕在一起。另外，上下滑块还各附有一块磁铁75。做功伞72的运动区域在上挡块76和下挡块77之间。做功伞72产生的拉力通过做功绳78带动地面的发电机转轴进行发电。做功绳78独立于轨道绳71但与下滑块74连在一起。回形夹79固定在轨道绳71上，其作用是让做功绳78紧贴轨道绳71。

在一定的风速情况下，做功伞72将处于打开状态，并带动做功绳78一起向上运动。当上滑块73碰到上挡块76时将被其挡住停止运动，而伞的其他部分以及下滑块74和做功绳78将在风压和惯性的作用下继续向上运动，同时做功伞72的有效受风面积不断减少(伞逐渐外向收拢)，直到下滑块74碰到上滑块73为止。因为上下两滑块各有磁铁75，它们将吸在一起，如图8所示，这一状态为做功伞的闭合状态。

当伞处于闭合状态，伞的受风面积相对很小，可以很容易地通过回拉做功绳78将做功伞往下拉。拉到下挡块77位置时，下挡块77将让下滑块74通过，但挡住上滑块73。如果继续往下拉做功绳78，两个滑块73和74将被迫分开。如果风速足够，比如不少于3m/秒，做功伞将再次自动打开，从而开始一个新的上下运动周期。

显然，做功伞72的上下一周的行程可简单地分为始于下挡块77止于上挡块76的做功行程和始于上挡块76止于下挡块77的回复行程。伞打开时上升做功，伞闭合时下降回复。尽管做功行程和回复行程长度相等，但回复时间可以比做功时间短的多，比如回复时间可能只占整个周期的10％甚至更短。显然，做功伞的回复时间越短，整个***的发电效率将越大。

需要指出的是两块磁铁75的相互吸力必须适当。如果太弱就无法保证将处于闭合状态的做功伞拉回到其做功行程的最初点；如果太强，就很难将吸在一起的上下滑块分开。

另外还需指出的是利用磁铁只是一个简单实用的例子。也可以利用其它方法达到同样的目的，比如粘胶垫等。

同样，利用上下挡块76和77控制做功伞的行程也只是一个实用的例子而已。实际上，当往下拉做功绳78时，也可以利用突然加速的办法将吸在一起的滑块分开，这样就可以不需要下挡块。再比如，也可利用一短绳，其长度与做功行程相当，短绳一端系于上挡块，另一端同上滑块73连在一起。当做功伞下降到短绳被拉直时，继续拉做功绳就自然可把吸在一起的滑块拉开。

两滑块73和74的主要作用是让做功伞在轨道绳71上自由滑动。显然也可利用滑轮或其它方式实现同样的目标。

本领域技术人员不脱离本发明的实质和精神，可以有多种变形方案实现本发明，以上所述仅为本发明较佳可行的实施例而已，并非因此局限本发明的权利范围，凡运用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变化，均包含于本发明的权利范围之内。

Claims

1.一种大功率伞型风力发电***，其特征在于：

其包括轨道绳、升力导引体、至少一组伞梯和发电装置，

所述轨道绳的一端穿过伞梯系住所述升力导引体，另一端紧固于地面重物；

所述伞梯包括承力伞和做功伞，

所述承力伞至少有三根细绳，每一根细绳的一端系住伞的边沿，另一端的细绳紧固于所述轨道绳；

所述做功伞少有三根细绳，每一根细绳的一端系住伞的边沿，另一端的细绳紧固于可在所述轨道绳滑动的滑块上；

每一个所述做功伞在轨道绳上都有上档块及下档块，其运动轨道在上档块与下档块之间；

每一个所述的伞都与其相邻的伞之间保持有距离；所述升力导引体与其相邻的伞之间也保持有距离；

所述做功伞在所述轨道绳上下滑动，所述做功伞连有做功绳，所述做功绳一端紧固连接做功伞，另一端连接发电装置，拉动发电装置做机械运动。

2.根据权利要求1所述的一种大功率伞型风力发电***，其特征在于：所述发电装置为转轴式发电机，所述做功绳缠绕在所述发电机转轴上，带动发电机转动。

3.根据权利要求1所述的一种大功率伞型风力发电***，其特征在于：所述伞的中心有一开孔，所述轨道绳穿过该开孔；所述伞的开孔上安装有滑块，所述滑块滑动套接于所述轨道绳。

4.根据权利要求1或3所述的一种大功率伞型风力发电***，其特征在于：所述做功伞的伞体滑块滑孔小于所述上档块外径；所述做功伞的伞体滑块滑孔小于所述下档块外径；所述做功伞的细绳滑块滑孔大于所述下档块外径。

5.根据权利要求1或3所述的一种大功率伞型风力发电***，其特征在于：其包括一回拉绳，所述回拉绳一端固定于所述上挡块，另一端固定于所述伞体滑块。

6.根据权利要求1所述的一种大功率伞型风力发电***，其特征在于：所述升力导引体为风筝或浮空气球或滑翔伞中的一种或多种的组合。

7.根据权利要求1所述的一种大功率伞型风力发电***，其特征在于：所述伞的形状为多边形伞或圆形伞，所述多边形伞的每个边角都至少有一根细绳。

8.根据权利要求1所述的一种伞梯风力型发电***，其特征在于：所述做功伞的伞体滑块上有磁铁，所述做功伞的细绳滑块上有磁铁，所述做功伞的伞体滑块磁铁下部和所述做功伞的细绳滑块磁铁上部磁极相异。

9.根据权利要求1所述的一种伞梯风力型发电***，其特征在于：所述做功伞的伞体滑块上有粘胶垫，所述做功伞的细绳滑块上有粘胶垫。

10.根据权利要求1所述的一种伞梯风力型发电***，其特征在于：所述轨道绳上有紧固有带做功绳通过孔的紧固件。