傘型風力裝置及風能動力系統的製作方法

2023-10-11 19:06:59

專利名稱：傘型風力裝置及風能動力系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種風能轉換系統，尤其是涉及一種風能應用中將風能轉換為動力的傘型風力裝置，以及採用了傘型風力裝置實現的風能動力系統。
背景技術：
隨著社會的發展，對於能源的需求量越來越大，傳統的能源己無法滿足現代發展的需要，而且傳統能源的使用會對環境造成巨大負擔。開拓新型能源是時代發展的必須，而風力能源就是新型能源的代表之一，如在現代高速公路邊都設有很多的風力發電裝置，風力資源是具有強大的潛在能源，能給我們提供巨大的能源。風能是一種清潔的可再生能源，將高空風能充分能利用起來為人類所用，是科學研究工作者一直關注的熱點話題。高空風及高空風能的特點是風速大、平均能量密度高、 地域分布廣、穩定性高、常年不斷。高空風能的諸多優勢使其越來越受到世界各國的重視。高空風能的利用是在高空中採集風能，將風能轉化為機械能，最後將機械能轉換為電能或其它形式的能量。高空風能的採集和利用是全世界範圍內的新興研究領域，高空風能的採集和控制的難度高，導致很多普通的高空風力動力系統產生的電能小而且不穩定。世界上利用高空風能進行發電的方式主要有兩種一種是將發電機懸置於高空中；另一種是將發電機設置在地面。發電機懸置於高空的發電系統，受制於空中系統的重量和體積不能過大等問題，發電機懸置於高空的發電系統的空中部分不能實現很好的控制和實現大的發電量。高空風箏型發電的發電機設置在地面，可風箏型高空風能發電系統的風箏既是平衡體又是做功體， 在平衡和做功之間相互影響，不能實現很好的做功效果。因此，目前常見的高空風能的發電系統或動力系統難以實現高空部分控制的穩定性，導致傳遞給發電系統或做功系統的能量不穩定，不能充分滿足人類生產和生活的需求。

實用新型內容本實用新型提出一種將風能轉換為動力的傘型風力裝置及風能動力系統，實現空中部分的良好的控制性能，為做功機械穩定地傳遞能量。本實用新型採用如下技術方案實現一種傘型風力裝置，受中央控制裝置的控制， 其包括與地面成一角度設置的做功繩；從下至上依次連接在做功繩上的控制箱、滑筒、做功傘和平衡裝置，且控制箱固定做功繩上且無線連接中央控制裝置；連接在做功傘的傘形邊緣與滑筒之間的若干細繩；連接在控制箱與滑筒之間，且由控制箱控制其伸長量變化的傘控制繩；其中，當控制箱到達相對地面的工作下限位置時，中央控制裝置向控制箱發出的第一控制信號，由控制箱控制將傘控制繩的長度縮短並保持為一個較短的固定長度；在風力作用下使做功傘打開並拉動做功繩上升，當控制箱到達相對地面的工作上限位置時，中央控制裝置向控制箱發出的第二控制信號，由控制箱控制將傘控制繩的長度變長；中央控制裝置無線連接控制箱。
3[0009]在一個優選實施例中，控制箱包括用於控制傘控制繩的伸長量變化的小卷揚機， 小卷揚機通過傘控制繩連接滑筒；用於在檢測到控制箱到達工作下限位置時，發出第一提示信號以觸發中央控制裝置發出第一控制信號，且在檢測到控制箱到達工作上限位置時， 發出第二提示信號以觸發中央控制裝置發出第二控制信號的位置檢測器，該位置檢測器無線連接中央控制裝置。在一個優選實施例中，所述傘型風力裝置還包括固定連接在做功繩上的擋塊，擋塊位於做功傘與平衡裝置之間。在一個優選實施例中，在控制箱到達工作上限位置時，做功傘的傘形頂部的位置低於擋塊。在一個優選實施例中，平衡裝置包括固定連接在做功繩的頂部末端的升力導引體；固定連接在做功繩上的平衡傘。本實用新型還公開一種使用上述傘型風力裝置的風能動力系統，其包括傘型風力裝置，用於在高空收集風能，將風能轉換為機械能；連接傘型風力裝置的卷揚機，該卷揚機軸連接做功裝置，並為做功裝置提供動力；用於控制傘型風力裝置和卷揚機的中央控制裝置，由中央控制裝置控制轉動以牽引做功繩下降的卷揚機，卷揚機連接傘型風力裝置的做功繩的下端，且根據控制箱發出的放繩完畢信號控制卷揚機轉動以牽引做功繩下降。在一個優選實施例中，傘型風力裝置中的做功繩連接在卷揚機的捲筒。在一個優選實施例中，卷揚機和做功裝置之間連接有單向離合器，單向離合器的中心軸承的其中一端通過一個聯軸器與卷揚機的轉軸連接，另一端通過另一個聯軸器與做功裝置的傳動軸連接。在一個優選實施例中，卷揚機包括連接做功繩的捲筒；電磁離合器；減速齒輪箱；由中央控制裝置控制轉動的電動機；其中，電磁離合器的中心轉軸通過減速齒輪箱連接捲筒的轉軸，且電磁離合器與電動機耦接。在一個優選實施例中，做功裝置為發電機、抽水機或攪拌機。與現有技術相比，本實用新型具有如下有益效果本實用新型由於傘控制繩和做功繩分開控制，使傘型風力裝置的控制更容易，且做功傘的開合不會影響空中平衡系統的穩定性，使本實用新型提出的風能動力系統的空中部分具有良好的穩定性能和控制性能，且地面部分做功機械傳遞能量的穩定性能都得到了很大的提高。

圖1是本實用新型的結構示意圖；圖2是本實用新型中傘型風力裝置的工作原理示意圖；圖3是本實用新型的中央控制裝置對卷揚機和控制箱的控制關係示意圖。
具體實施方式
基於現有高空風能應用設備存在高空部分設備難於控制和能量轉換不穩定的缺陷，本實用新型提出一種風能應用中將風能轉換為動力的傘型風力裝置，以及採用了傘型風力裝置實現的風能動力系統，具有控制穩定和能量轉換穩定的特點。[0024]如圖1所示，本實用新型提出的風能動力系統包括用於在高空收集風能，將風能轉換為機械能的傘型風力裝置1 ；連接傘型風力裝置1的卷揚機2，該卷揚機2軸連接做功裝置3，由卷揚機2進一步將機械能傳遞給做功裝置3 ；以及用於控制傘型風力裝置1和卷揚機2的中央控制裝置4。且卷揚機2、做功裝置3和中央控制裝置4固定在地面上。其中，傘型風力裝置1包括做功繩10，該做功繩10的一末端連接卷揚機2的捲筒20、另一末端連接升力導引體16 ；連接在做功繩10上且彼此之間保持有一定距離的做功傘11和平衡傘17，且平衡傘17位於做功傘11的上方；設置在做功傘11和平衡傘17之間的做功繩10上的擋塊12 ；在做功傘11的傘形邊緣上連接至少3根細繩18，每根細繩18的一端系住所述做功傘11的外側邊緣，另一端固定連接位於做功傘11下方且套接設置在做功繩10上的滑筒19 ；在滑筒19下方的做功繩10上固定連接控制箱13，控制箱13內裝有小卷揚機14和位置檢測器，小卷揚機14與滑筒19之間通過傘控制繩15連接，所述傘控制繩15在控制箱13的小卷揚機14帶動下控制做功傘11的開合。其中，卷揚機2為臥式的電動卷揚機。卷揚機2包括捲筒20、電磁離合器21、減速齒輪箱22和電動機23。電磁離合器21的中心轉軸210通過減速齒輪箱22連接捲筒20 的轉軸200，且電磁離合器21與電動機23耦接。電動機23連接中央控制裝置4，由中央控制裝置4控制電動機23工作，從而通過電磁離合器21和減速齒輪箱22驅動捲筒20正向轉動或反向轉動，控制做功繩10收攏做功傘11的收傘速度。另外，固定在地面的卷揚機2和做功裝置3之間連接有單向離合器5，單向離合器 5的中心軸承50的其中一端通過一個聯軸器6與卷揚機2的轉軸200連接，另一端通過另一個聯軸器6與做功裝置3的傳動軸30連接。其中，單向離合器5的傳動方向為所述做功繩10上升做功時捲筒20的轉動方向，這樣，卷揚機2就通過單向離合器5將機械能傳遞給做功裝置3。結合圖2和圖3所示，本實用新型提出的風能動力系統的工作原理如下卷揚機2、做功裝置3和中央控制裝置4固定在地面上，做功繩10穿過並系住升力導引體16 ；升力導引體16和平衡傘17在風力的作用下上升，在上升時和之後工作狀態，升力導引體16和平衡傘17始終保持打開，保持空中部分的平衡和穩定。升力導引體16和平衡傘17上升帶動做功傘11開始上升。由於控制箱13固定連接在做功繩10上的某個位置，控制箱13與卷揚機2的捲筒 20之間做功繩10的長度B ；以卷揚機2、做功裝置3和中央控制裝置4固定的地面為地面， 在工作過程中，固定在做功繩10上的控制箱13在相對地面的工作下限高度H1和工作上限高度H2,下限位置H1和上限位置H2之間的做功繩10的長度A。1、未工作狀態下，做功傘11處於收攏狀態；在自身重力作用下，做功傘11和控制箱13相對地面均位於工作下限高度H1的下方。2、隨著風速、風力的增加，做功傘11受風力作用開始帶動上行，在控制箱13還沒有到達工作下限高度H1時，控制箱13根據中央控制裝置4發出的第一控制信號，控制小卷揚機14轉動收攏傘控制繩15，並於攏傘控制繩15後鎖緊(若小卷揚機14在控制箱13收到第一控制信號之前，已經收攏傘控制繩15，則小卷揚機14直接鎖緊——即不做任何方向的轉動)，使傘控制繩15處於收緊狀態(連接在小卷揚機14與滑筒19之間的傘控制繩15的長度較短);做功傘11在上風過程中，通過細繩18拉動滑筒19沿著做功繩10上升，而滑筒19通過傘控制繩15帶動控制箱13上升運動，且由於控制箱13固定在做功繩10，從而由控制箱13帶動做功繩10上升運動。3、當風速達到一定的條件時，做功傘11已完全打開，此時，控制箱13上升至工作下限位置H1,控制箱13與捲筒20之間做功繩10的長度Bp由於做功傘11打開時迎風面積很大，在風力的作用下，做功傘11繼續上升使做功繩10產生很大的向上的牽引力，帶動卷揚機2的捲筒20轉動很大的機械能。4、當控制箱13上升至工作上限高度吐時，此時控制箱13與捲筒20之間做功繩 10的長度4 (B2= Bi+A);此時，控制箱13中的位置檢測器向控制箱13發出已到達工作上限高度吐的第二提示信號，控制箱13檢測到第二提示信號並反饋給中央控制裝置4，由中央控制裝置4向控制箱13發出的第二控制信號，控制箱13根據第二控制信號控制小卷揚機14解鎖，此時小卷揚機14可自由轉動，使連接在小卷揚機14與滑筒19之間的傘控制繩 15的長度變長；同時，由於做功傘11保持打開狀態在風的作用下繼續上升，傘控制繩15帶動小卷揚機14轉動，使控制箱13此時卻不跟隨做功傘11繼續上升(即使保持控制箱13與捲筒20之間做功繩10的長度氏)；由於在做功繩10上方設有擋塊12，做功傘11的傘形頂部被擋塊12阻擋停止上升，而滑筒19在慣性作用下繼續上升，從而使系在滑筒19與做功傘11外側邊緣之間的細繩18不再受力，使做功傘11收合起來。5、做功傘11收合完畢後，控制箱13中的小卷揚機14發出放繩完畢信號傳遞給控制箱13，控制箱13將信號無線傳送反饋給地面的中央控制裝置4，中央控制裝置4同時控制卷揚機2中的電動機23轉動，帶動電磁離合器21傳動，其中，電磁離合器21的傳動方向與所述做功繩10上升做功時捲筒20的轉動方向相反，使捲筒20反方向轉動而將控制箱13 與卷揚機2的捲筒20之間做功繩10收攏。6、當控制箱13下降到重新到達工作下限高度H1時(此時控制箱13與捲筒20之間做功繩10的長度B1),控制箱13中的位置檢測器向控制箱13發出已到達工作下限高度 H1的第一提示信號，控制箱13檢測到第一提示信號並反饋給中央控制裝置4，由中央控制裝置4向控制箱13發出的第一控制信號，控制箱13根據第一控制信號控制小卷揚機14快速反轉收起傘控制繩15，傘控制繩15收起之後小卷揚機14緊鎖；同時在風力的作用下做功傘11重新打開進行新一輪的上升做功運動，周而復始。因此，做功傘11打開後，拉動做功繩10上升的過程中，做功繩10對卷揚機2的捲筒20產向上牽引力，帶動捲筒20轉動，而捲筒20通過單向離合器5、聯軸器6驅動做功裝置3工作；而做功傘11收攏後，不再拉動做功繩10上升，做功繩10也不再對捲筒20產向上牽引力，此時是無法驅動做功裝置3工作。在一個優選實施例中，位置檢測器包括GPS信號接收器和控制器，GPS信號接收器從衛星接收GPS信號，由控制器分析GPS信號獲取控制箱13的位置信息，並根據控制箱13 的位置信息是否達到工作上限位置H1或工作上限位置H2時，分別發出第一提示信號或第二提示信號。當然，本領域的技術人員可以獲知，控制器將GPS信號轉發給中央控制裝置4，由中央控制裝置4判斷控制箱13的位置信息，並根據控制箱13的位置信息發出第一或第二控制信號。在另一個優選實施例中，做功裝置3為發電機，卷揚機2通過中心軸轉動帶動發電機轉動，將機械能傳遞給發電機，由發電機轉動產生電能，實現風能-機械能-電能的轉換。[0040]當然，也可以為抽水機或攪拌機，抽水機或攪拌機同樣可以通過卷揚機2的轉動傳遞機械能，從而帶動抽水機或攪拌機做功，實現高空風能、機械能和做功裝置所需能量之間的轉化。綜上，本實用新型由於傘控制繩15和做功繩10分開控制，使傘型風力裝置1的控制更容易，做功傘11的開合不會影響空中平衡系統的穩定性，使本實用新型提出的風能動力系統的空中部分具有良好的穩定性能和控制性能，且地面部分做功機械傳遞能量的穩定性能都得到了很大的提高。以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，並不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。
權利要求1.一種傘型風力裝置，其特徵在於，所述傘型風力裝置包括與地面成一角度設置的做功繩(10)；從下至上依次連接在做功繩(10)上的控制箱(13)、滑筒(19)、做功傘(11)和平衡裝置，其中，控制箱(13)固定在做功繩(10)上；連接在做功傘(11)的傘形邊緣與滑筒(19)之間的若干細繩(18)；連接在控制箱(13)與滑筒(19)之間，且由控制箱(13)控制其伸長量變化的傘控制繩 (15)；用於當控制箱(13)到達相對地面的工作下限位置時，向控制箱(13)發出的第一控制信號控制將傘控制繩(15)的長度縮短並保持為一個較短的固定長度，並當控制箱(13)到達相對地面的工作上限位置時，向控制箱(13)發出的第二控制信號控制將傘控制繩(15) 的長度變長的中央控制裝置(4 )，該中央控制裝置(4 )無線連接控制箱(13 )。
2.根據權利要求1所述傘型風力裝置，其特徵在於，控制箱(13)包括用於控制傘控制繩(15)的伸長量變化的小卷揚機(14)，小卷揚機(14)通過傘控制繩 (15)連接滑筒(19);用於在檢測到控制箱(13)到達工作下限位置時，發出第一提示信號以觸發中央控制裝置(4)發出第一控制信號，且在檢測到控制箱(13)到達工作上限位置時，發出第二提示信號以觸發中央控制裝置(4)發出第二控制信號的位置檢測器，該位置檢測器無線連接中央控制裝置(4)。
3.根據權利要求1所述傘型風力裝置，其特徵在於，所述傘型風力裝置還包括固定連接在做功繩(10)上的擋塊(12)，擋塊(12)位於做功傘(11)與平衡裝置之間。
4.根據權利要求3所述傘型風力裝置，其特徵在於，在控制箱(13)到達工作上限位置時，做功傘(11)的傘形頂部的位置低於擋塊(12)。
5.根據權利要求1所述傘型風力裝置，其特徵在於，平衡裝置包括固定連接在做功繩 (10)的頂部末端的升力導引體(16)；固定連接在做功繩(10)上的平衡傘(17)。
6.一種風能動力系統，其特徵在於，包括如權利要求1-5任意一項的傘型風力裝置(1)；用於在控制箱(13)發出的放繩完畢信號時，由中央控制裝置(4)控制轉動以牽引做功繩(10)下降的卷揚機(2)，卷揚機(2)連接傘型風力裝置(1)的做功繩(10)的下端，且卷揚機(2)軸連接做功裝置(3)。
7.根據權利要求6所述風能動力系統，其特徵在於，傘型風力裝置(1)中的做功繩(10) 的下端連接在卷揚機(2)的捲筒(20)。
8.根據權利要求6所述風能動力系統，其特徵在於，卷揚機(2)和做功裝置(3)之間連接有單向離合器(5)，單向離合器(5)的中心軸承(50)的其中一端通過一個聯軸器(6)與卷揚機(2)的轉軸連接，另一端通過另一個聯軸器(6)與做功裝置(3)的傳動軸連接。
9.根據權利要求6所述風能動力系統，其特徵在於，卷揚機(2)包括連接做功繩(10) 的捲筒(20)；電磁離合器(21)；減速齒輪箱(22)；由中央控制裝置(4)控制轉動的電動機 (23);其中，電磁離合器(21)的中心轉軸(210)通過減速齒輪箱(22)連接捲筒(20)的轉軸 (200 )，且電磁離合器(21)與電動機(23 )耦接。
專利摘要本實用新型公開一種傘型風力裝置，其包括與地面成一角度設置的做功繩；從下至上依次連接在做功繩上的控制箱、滑筒、做功傘和平衡裝置，且控制箱固定做功繩上且無線連接中央控制裝置；連接在做功傘的傘形邊緣與滑筒之間的若干細繩；連接在控制箱與滑筒之間，且由控制箱控制其伸長量變化的傘控制繩。本實用新型還公開一種採用了傘型風力裝置實現的風能動力系統。本實用新型由於傘控制繩和做功繩分開控制，使傘型風力裝置的控制更容易，且做功傘的開合不會影響空中平衡系統的穩定性，使本實用新型提出的風能動力系統的空中部分具有良好的穩定性能和控制性能，且地面部分做功機械傳遞能量的穩定性能都得到了很大的提高。
文檔編號F03D5/00GK202140248SQ201120189778
公開日2012年2月8日 申請日期2011年6月8日 優先權日2011年6月8日
發明者張建軍 申請人:廣東高空風能技術有限公司