CN101761451A

CN101761451A - 高空风力发电装置

Info

Publication number: CN101761451A
Application number: CN200810249554A
Authority: CN
Inventors: 王树杰; 李冬
Original assignee: Ocean University of China
Current assignee: Ocean University of China
Priority date: 2008-12-24
Filing date: 2008-12-24
Publication date: 2010-06-30

Abstract

本发明涉及一种风力发电机，尤其涉及一种风力发电机与受其驱动的装置组合设备。本发明的高空风力发电装置，包括气球以及与之连接的发电装置，发电装置与风机连接，风机包括风机支架以及设置在风机支架内左右对称的两个转子，转子上设置柔性叶片，左、右两个转子设置的柔性叶片方向相反。采用两个风机转子共同带动一个发电机发电，保证了系统的较高效率，相比于现有公知的某些技术方案所采用的通过传动带或链条传递动力回地面带动发电机发电结构大为简化。

Description

高空风力发电装置

技术领域

本发明涉及一种风力发电机，尤其涉及一种风力发电机与受其驱动的装置组合设备。

背景技术

以煤炭、石油、天然气为原料或资源的传统电力开发造成了大量的环境负担，如环境污染、酸雨、气候异常、石油泄露等等。作为可再生能源的风能，由于其显著的环境友好特性，产能丰富，因此开发利用风能、发展风电是减少温室效应气体排放、保护生态环境、解决目前严峻能源形势的有效途径之一。

近三十年来，近地面风力发电从试验研究迅速发展为一项成熟的技术，发电成本大大降低，已接近常规能源发电成本，使风能成为近期内最有可能大规模开发利用的可再生能源。目前，世界各国对地面风能的利用已经初具规模，但近地面风力不够稳定，限制了风力发电的效率。此外，低空风力发电由于风速较低，为了获得理想发电功率，风力机叶片直径往往达上百米，占用了很大的陆地空间。现有风力机大都建在地面、山顶、浅海滩，虽然已经开始向海上扩展，但近地面风力发电受风能密度、季节变化、环境条件的限制，存在诸多问题。

在几千米的高空中，长年有着超过海平面20倍的强风而且风速比较稳定，这是风力发电的良好场所，将是世界各国风能利用和开发研究的重点。但是在高空风能利用方面绝大多数国家都才刚刚起步。现有高空风力发电技术存在发电装置结构复杂、成本高及工作效率低的普遍问题。如2008年10月22日公开的中国专利申请，公开号为CN101289991，其公开了一种高空风力发电机，包括具有浮力的气囊、固定气囊的绳索以及位于地面上的发电机、卷扬机以及运行控制系统。固定气囊的一端固定在气囊的几何中心点上，另一端绕在发电机的转子上。运行控制系统调整气囊的迎风角度，使其正面迎风，在风力作用下作用下，气囊从初始位置开始沿风向运动，通过绳索拉动转子旋转发电，此为发电阶段。气囊运动一段距离之后，启动地面的卷扬机，沿逆风方向把气囊牵引到初始位置，此为回收阶段，两个阶段不断交替进行。该装置可以利用高空风能，但其系统非常复杂，尤其是控制高空不可见的气囊的姿态。此外，该装置回收阶段，需要消耗部分能量，影响装置的效率。2008年10月29日公告的中国专利，公开号为CN201141339，其公开了一种高空风能利用装置，转动风轮上部通过风筝牵引线连接有牵引风筝，与风轮一体的上传动轮通过牵引传动带、链与地面的下传动轮相连接，从而带动发电机等，该装置虽然在结构上相对简化，但将动力从高空经过多级传动至地面，会影响效率。2008年10月8日公开的中国专利申请，公开号为CN101280764，其公开了一种高空球形空腔涡轮式风力发电机，包括氦气球，球形空腔涡轮式风机和发电机。利用氦气球将风力发电机升上高空，利用高空风能发电。虽然装置具有启动风速低、结构相对简单优点，但单个涡轮式转子在风力作用下会产生一个反向力矩，无法平衡，会造成发电系统的不稳定。

发明内容

本发明的技术效果可以克服上述缺陷，提供一种高空风力发电装置，该装置具有结构简单、稳定性好、效率高的优点。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：其包括气球以及与之连接的发电装置，发电装置与风机连接，风机包括风机支架以及设置在风机支架内左右对称的两个转子，转子上设置柔性叶片，左、右两个转子设置的柔性叶片方向相反。

左、右两转子分别通过转子轴固定在风机支架上，两转子轴分别与发电装置连接。发电装置通过牵引线连接于气球之上并通过锚泊线固定于地面，输电回路缠绕在锚泊线上将所发电能传回地面。发电装置包括箱体与箱盖，箱体下部设置两个轴孔，左、右转子轴通过轴孔伸入箱体内；左转子轴连接大带轮，大带轮通过皮带或链条带动小带轮将运动传递到中间轴上；右转子轴连接大齿轮，大齿轮带动安装在中间轴上的小齿轮将运动变向并传递到中间轴上；中间轴通过两个轴承座固定于焊接在箱体内的支架上；中间轴的上端与一个大带轮连接，大带轮通过皮带或链条带动发电机转动，发电机固定于箱盖上。转子轴与轴孔贯通处通过装有骨架油封的端盖密封，端盖通过螺栓固定在箱体上。箱体下部焊接固定支架，固定支架与风机支架通过螺栓连接。箱体与箱盖通过螺栓连接。

柔性叶片采用三角形或梯形结构。具体的说来，两个风机转子采用竖直安装方式，两个转子成轴对称安装在支架左右两边，在高空它们的旋转方向相反。由于单个转子旋转时，会产生一个反向力矩使其自传，两个反向旋转的转子产生的反向力矩相互抵消，保证了发电装置的良好稳定性。两个反向旋转的转子共同带动一个发电机进行发电，涉及其中一个转子动力的反向问题。因而需要将其中一个转子传递动力进行反向，然后一起通过传动系统带动发电机发电。

采用两个风机转子共同带动一个发电机发电，保证了系统的较高效率。风机转子、传动系统和发电机做成一体，直接通过输电回路将电能传回地面，相比于现有公知的某些技术方案所采用的通过传动带或链条传递动力回地面带动发电机发电结构大为简化。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明：

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的发电装置示意图。

具体实施方式

高空风力发电装置包括气球1、发电装置2、锚泊输电回路4、牵引线5、风机支架6、左转子3、右转子7、发电机10。两个风机转子3、7分别与其转子轴13、24连接，通过传动系统连接发电机10，传动系统和发电机10密封于发电装置2内，发电装置2固定于风机支架6之上、通过两条牵引线5连接于气球1，整个系统通过锚泊输电回路4锚泊固定，并传输电能回地面。

发电装置2为一长方体，包括箱盖8与箱体9，箱体9下部焊接着一个固定支架11，固定支架11同风机支架6上的法兰盘相配合，用螺栓固定即可将箱体9与风机支架6定位和连接在一起。箱体9下部设置两个轴孔，使左、右转子轴13、24伸入其中，通过装有骨架油封15的端盖14密封，端盖14通过螺栓固定在箱体9上。左转子轴13接着左大带轮12，左大带轮12通过皮带16带动小带轮21将运动传递到中间轴22上。右转子轴24上端安装大齿轮23，大齿轮23带动安装在中间轴22上的小齿轮20，将运动变向并传递到中间轴22上。中间轴22通过两个轴承座19固定于焊接在箱体9内的框架17上。中间轴22最上端与一个右大带轮18连接，右大带轮18通过皮带16带动发电机10，实现将两个转子的共同运动传递至发电机10，并带动其发电，发电机10固定于上端盖8上。

风机转子3、7为两个柔性叶片转子，采用等边三角形形状，其转动方向由叶片的安装方向所决定。按照图1中叶片安装时，左转子3向左旋转，右转子7向右旋转，各自产生的反向力矩相互抵消，保证了发电系统优越于单转子的稳定性；左转子3旋转产生动力，右转子7产生动力通过大齿轮23、小齿轮20换向，共同带动发电机10发电，保证了系统的高效率。

Claims

1.一种高空风力发电装置，包括气球以及与之连接的发电装置，发电装置与风机连接，其特征在于风机包括风机支架以及设置在风机支架内左右对称的两个转子，转子上设置柔性叶片，左、右两个转子设置的柔性叶片方向相反。

2.根据权利要求1所述的高空风力发电装置，其特征在于柔性叶片采用三角形或梯形结构。

3.根据权利要求1所述的高空风力发电装置，其特征在于左、右两转子分别通过转子轴固定在风机支架上，两转子轴分别与发电装置连接。

4.根据权利要求3所述的高空风力发电装置，其特征在于发电装置包括箱体与箱盖，箱体下部设置两个轴孔，左、右转子轴通过轴孔伸入箱体内；左转子轴连接大带轮，大带轮通过皮带或链条带动小带轮将运动传递到中间轴上；右转子轴连接大齿轮，大齿轮带动安装在中间轴上的小齿轮将运动变向并传递到中间轴上；中间轴通过两个轴承座固定于焊接在箱体内的支架上；中间轴的上端与一个大带轮连接，大带轮通过皮带或链条带动发电机转动，发电机固定于箱盖上。

5.根据权利要求4所述的高空风力发电装置，其特征在于转子轴与轴孔贯通处通过装有骨架油封的端盖密封，端盖通过螺栓固定在箱体上。

6.根据权利要求4所述的高空风力发电装置，其特征在于箱体下部焊接固定支架，固定支架与风机支架通过螺栓连接。

7.根据权利要求4所述的高空风力发电装置，其特征在于箱体与箱盖通过螺栓连接。