CN106828122A

CN106828122A - 一种运行在高山地区向下的斜坡铁路线上的山坡发电列车

Info

Publication number: CN106828122A
Application number: CN201710052145.XA
Authority: CN
Inventors: 杨福顺
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-01-23
Filing date: 2017-01-23
Publication date: 2017-06-13

Abstract

本发明提供了一种利用高山与平地之间几千米的高度差进行发电的如同水力发电站、风力发电站一样的基本型发电站‑移动式的山坡铁路发电列车，其主要用飞艇的上浮力和动力将下行到低点的发电列车向上提升到线路的最高点出发下行，其回程上行耗费的电力大大低于发电列车发出的电力；本发明中的飞艇具有新型的空腔式副气囊结构是一项独立的发明，具有广泛的实用性。

Description

一种运行在高山地区向下的斜坡铁路线上的山坡发电列车

技术领域

本发明是移动式的利用高山山体斜坡运行在山坡铁路轨道上的山坡铁路发电列车或列车发电站，属于如同水力发电站、火力发电站、风力发电站一样的基本型发电站，属于能源行业。

背景技术

电力普遍地用作为人类生活和工作的动力能源，愈多愈好。几年来，注意到世界各地陆地上高山群山区域面积既高大又广阔，山顶到平地之间虽有局部高低起伏，然而总体上常有几千米甚至6千米以上的相对的高度差。水力发电站，已经实现利用江河上游和下游之间的水位差进行水力发电，这种山脉与平地之间的高度差至今没有被利用来进行发电。一些专家对于这一问题的看法是，下行的发电列车到达低点后需要耗费同样的能量才能返回高点，也就是说其发电得来的电力被抵销用掉了，因此这一发电方式是没有积极意义的。

发明内容

本发明目的在于克服技术上的上述缺陷，提供一种让发电列车在高山和群山区域的专用的山坡铁路上由高点下行，又从低位返回高点再下行的反复循环式的发电列车系统，本发明所要解决的技术问题是该系统如何利用自然力使发电列车发出的电力大大超过其回程上行所耗费的电力，从而使它成为一种新型的基本发电站。

实现本发明的目的的原理、方法和具体技术方案如下：

采用装置着发电和电力输出并网设备的带有动力机车头的多节发电列车；供发电列车专用的使其下行时发电的铁路线路及沿线的电网设施；该发电列车自线路低点向上返回线路最高点出发地的回程上行设施和装置，其采用沿垂直导轨上下移动的一套组合的带有活动的空腔式副气囊的飞艇的浮力及其动力装置的推力和位于上方线路最高点位置的发电列车将其动力下行产生的动能经由拉索传来的往上的拉力。

组成所述的发电列车的每节车厢的每对轮轴和/或车轮上设有一级至多级增速齿轮带动发电机轴转动发电；车辆顶部上表面设置太阳能电池板进行发电，在车体迎风部位设置水平轴或垂直轴型风力发电机，总的所有发出的电力有一部份在控制系统的调度下用于驱动该发电列车前进包括驱动动力机车头的电动机、轮毂电机、电动螺旋桨，大部分发出的电力经电力电子设备并网输出给沿线路侧旁的电网设施以及车载蓄能装置包括蓄电池、储能飞轮、超级电容器以及车载电力分解水制氢设备。

供山坡铁路发电列车下行时发电的铁路线路以依托着山体的线路的最高点作为下行的起始出发位置；在线路的最低点或低点设置让发电列车回到最高点的回程上行设施和装置包括作业平台等等组成在高山、群山区域上下来回循环地由高处往下行驶的线路网络；线路包括局部的依托山体的各种走向及高度的人工建筑物如桥梁、涵洞、调车场、信号装置、自动道岔、紧急状态下使用的岔道支线、挡块；线路侧旁配有包括变电站、储能电站的电网设施用以接收该移动式列车发电发出的电力。

其回程上行设施和装置包括由外气囊体、中气囊体和内气囊体组成的组合式飞艇，其具有一套内外互相套合并且该中气囊体和内气囊体又能沿垂直导轨向下伸出从而在其各自上方空间构成包括两者互相邻接连接处的可伸长或反向卷拢的气囊皮在内的气密性空腔式副气囊；下行后回到低点位置需要上行的发电列车停放在内气囊体下面的一只具有承力结构的中空的硬性盒子的上表面，有承力立柱将此空盒子与内气囊体互相连接成当盒子受力时共同往上、下移动的一体的结构部件；所述的飞艇因副气囊被充满空气而沿垂直导轨下行时，在底部的所述的空盒子接触到并且系结在该时已下降到一个大水池底部的作业平台上的凸台，然后往水池注水，平台上升因而推动气囊体向上复位，基本排出原先的空腔式副气囊体里的空气；接着让池水泄出，于是平台又下降到水池底部，同时将空盒子及其上方的两个气囊体一起往下拉，由此在上面又构成在飞艇气囊体内两个空腔式副气囊，此时内部余有少量空气的空腔式副气囊在飞艇要上升时，再将各空腔式副气囊内的空气尽量排出、同时可以启动飞艇的动力装置、同时还启动上方发电列车开始启动动力下行而传来的拉索的拉力共同牵拉使飞艇上升到最高点位置。

可变位的、可分离的、分离后可再结合于飞艇的活动收放式的气密的空腔式副气囊，它沿飞艇气囊体内的导轨移出，并且附接在气囊体外，设有连接彼此的长长的拉索，使空腔式副气囊与母飞艇气囊体在分离的状态下又能收紧此拉索与母飞艇气囊体重新结合在一起；使用多组不同方向的定向同时爆炸的连接螺栓使附接或分离着的空腔式副气囊能够突然快速地与母飞艇气囊体分离，使母飞艇气囊体即飞艇脱离危险得到安全、飞艇在空中由一个快速地分离脱开成为两个或三个飞艇状态的气囊体。

本发明特点是：

在高山地区有足够空间配置体积大的飞艇，其容纳氦气多、获得的浮力多，这是耗费电力很少的适用于上升和下降的工具，再加上巧妙地构造形成的空腔式副气囊尽量排出其内部的空气所获得的浮力，且能以低的电力消耗量就能达到较快地排出空气的要求，加上飞艇的动力装置的推力使飞艇能较快地上升，还利用到位于最高点开始沿向下的线路作动力推进的发电列车的动能使之也一起用于飞艇将发电列车由低向上运到最高点的任务，使其所耗费的电力达到大大低于发电列车所发出的电力的目的。

图文说明

附图是用于发电列车在低点回程上行过程中的各装置结构功能示意图。

附图中的“1”是高山和群山的山体；“2”是建筑在山体上的铁路线路的最高点的位置，在该位置设有让被飞艇向上运送到最高点的发电列车驶出的平台；“3”是具有一定的下倾角度的山坡铁路；“4”是停靠在最高点预备下行的发电列车，其尾部有一对拉索“5”向下伸，直至栓系连接在飞艇“6”下方的空盒“7”的下表面，将拉索的向上的拉力经过此空盒再往上传由此达到减轻所需拉力从而减少所需耗费的电力的效果，拉索“5”随着飞艇往下降，直到所述的空盒接触并且栓系连接在线路的低点位置处的一个深达几十米的大水池“8”里的平台“9”上的凸台“10”；“11”是水池的泄水口；“12”是水池注水口，“13”是水柜；“14”是为省力而设置的操纵带动水柜向上移动到高位将水注入水池的杠杆；“15”是盒子“7”与内气囊体“16”之间的承力立柱；“16”是已经进入并且停放在盒子“7”的上表面的发电列车，它等待着被飞艇载运上升到最高点位置；“17”是中气囊体，其内部有因为内气囊体“16”下移而构成的空腔式副气囊“18”；“19”是外气囊体，即飞艇主囊体；其内部有因为中气囊体“17”下移而构成的空腔式外气囊“20”；“21”是飞艇的略尖而圆的头部；“22”是供飞艇以其多对滚轮在其中上下移动的垂直导轨，该导轨深陷在凹槽里依托着山体；“23”是线路的最低点或低点也是飞艇作垂直升降的位置；“24”是艇翼，“25”是气动舵面；“26”是配置在飞艇上的动力装置电动螺旋桨之一；“27”是几套并列设置的定滑轮/动滑轮组之一，它设置在平台“2”上，从发电列车尾部伸出的拉索“5”经过一只固定安装在下面的滑轮“28”再往上经过“27”的定滑轮再向下围绕着经过动滑轮最后固定栓结在上方的定滑轮轴的支架上；动滑轮轴的支架及其挂钩钩拉着一圈将空盒“7”围捆几圈的拉索圈上，随着拉索的收紧向上或向下放松放长，动滑轮及其钩拉吊运着的空盒“7”等等物体也一起以省力的方式上上下下；水柜“13”的底部设有拉索，用于对被杠杆抬起的水柜进行牵拉，使水柜里的水倾倒注入水池的注水口“12”；“29”是杠杆的支点。

具体实施方式：

对于每节总重在30吨左右的发电列车，飞艇的外气囊体、中气囊体、内气囊体皆充有轻于空气的氦气；相应地设置此飞艇的主气囊即外气囊体尺寸为：水平方向的长度大于100米；水平方向的宽度大于26米，垂直方向的高度高于20米，如此，得气囊容积大于52000m³，再加上往下移出因而处在外气囊体之外的下面的内气囊容积和中气囊体的容积，此时内气囊内仍然始终是氦气；中气囊体内则是储有部分氦气，更多部分是因为内气囊体已经向下移出而构成的只储有普通空气的空腔式副气囊；同理，其上面的外气囊体作为飞艇的主囊体其内部这时也有一个只储有普通空气的空腔式副气囊；这两个空腔式副气囊在排气时也不能排得太彻底或太多，若其达到一定的真空度则比较难于将中气囊体和内气囊体往下拉出来。

如上所述，飞艇在最高点位置让其带上来的发电列车离开之后，将普通空气充入两个空腔式副气囊增重而开始下降，其底下的空盒接触并且栓系在这时已经处在水池底部的平台上的凸台，让发电列车驶入停在空盒子上，于是可以锁定飞艇不让它上移；然后注水入水池，水的浮力使平台上升，直到将内气囊体和中气囊都向上顶推进入外气囊体内，此过程同时也就是上面两个空腔式副气囊在压力下快速排气的过程；然后，水池泄水，平台因为自身重力而快速下降，连带地牵拉着内气囊体和中气囊体向下移出直至构成其上面的两个空腔式副气囊。至此，飞艇开始将两个空腔式副气囊内的空气尽量往外抽，使飞艇变轻而沿垂直轨道上浮，同时也开始启动飞艇的动力装置例如电动螺旋桨向下排气使飞艇上升，同时也让最高位置的平台上的发电列车开始启动动力沿下倾的线路往下行驶，以此动能经由拉索向下传到空盒，经过空盒发挥向上的提升力进一步减少使发电列车上行所需的电力耗费。上行到位后，飞艇又往下开始执行下一辆或一列发电列车的上行的任务。上述作业过程以飞艇浮力为主，同时用飞艇的动力装置推力和上方的发电列车以其同样的30吨左右的质量及下坡时启用动力所获得的动能经由拉索将拉力传给下面需要往上拉的发电列车，不但可以较快地将一节或一列发电列车向上牵拉载运到线路的最高点出发下行，而且所费电力大大低于发电列车下行时发出的电力，这正是本发明的目标和效果。

这少量空气可以是来自空腔式副气囊的一个进气阀门，打开该阀门，放入一部分空气，就能以较小的拉力将中气囊体和内气囊体往下拉出，在其上方构成一个完全的大容量的占据着空腔容积的副气囊。这个关键的技术细节影响到一系列因素，包括设置多大重量的平台和只耗费很少的电力就能快速地将气囊体的往上推送复位同时将副气囊内的空气排出去，以及快速地将气囊体往下拉出。

对于30吨或300吨重的一节或上下重叠地停放在多层搁架平板上的多节发电列车，都能设置构建各尺寸达到100多米、300多米的整个飞艇及其气囊体，做到基本上使用飞艇的浮力就能只耗很少的电力让飞艇载运着发电列车回程上行送到线路的最高点位置；让飞艇下降，只需打开多个大阀门，让艇外空气大量快速地冲入注入大容量的多达10万m³以上的空腔式副气囊就能使飞艇增重而下降。当然在使用飞艇的动力装置的情况下，能使飞艇更快地升或降，例如，由飞艇的垂直导轨旁的供电轨输电给装设在导轨表面的直线电机初级装置，就能经由装设在由飞艇伸出的滚轮的支柱旁边多排直线电机次级而快速地驱动飞艇上、下升降，在短时间里有效地运送多列发电列车回到最高点再下行发出更多电力。

基本上依托着山体的线路可以左右拐弯甚至是盘旋而下的，局部的少数的有些路段可以是平坡甚至往上的坡度。

本方案的飞艇结构具有独立使用的重要意义，它的空腔式副气囊具有特殊性质，因为它在飞艇原有的外形和容积之外构成了一个、二个以上的气囊体，而且该气囊体内部还具有空腔式副气囊。为了适应飞行或作业的任务需要，本方案的飞艇用于向上运送发电列车，所以其上方的飞艇头部是封闭的不开放的空间，而其最下面的气囊体是不具备位于中间的贯通上、下开放式空间的，而是一个充有氦气的气囊体。对于某些任务来说，本飞艇特殊的空腔式副气囊可以而且应该采用活动式的即：将其位于径向的大片中央部位的气囊体做成为一个独立的紧贴着周围气囊体的气囊体结构，因此可以让它先泄气然后用作动器将它变位打开移到旁边方式或充气关闭的结构，也就是说，无论在飞艇是垂直地上、下升降或水平地前飞或悬停的状态，该空腔式副气囊在变位打开状态时在飞艇气囊体内是上、下或前后贯通的，因此使整个飞艇从头至尾内部是前后或上下贯通的有利于前方空气大量、快速地从飞艇头部流入再从飞艇尾部流出。这种结构的优点是飞艇在空中经由变位而构成的空腔式副气囊，使飞艇获得比原来的容积更多的一个、二个以上的气囊体包括副气囊的容积，从而明显地提高飞艇的性能和效率，飞得更高、装得更多、安全一个变两个，很经济的成本，完成更多更好的任务需要，例如，采用本方案上述各种空腔式副气囊的务种大、小飞艇，用作为空中旅游观光的飞艇，能长时间留在对流层和平流层离地面几十公里以上地球的临近太空的空间高空，使大量普通民众的最低的几千元人民币的支出就能乘这种飞艇到高空观光体验。空中大飞机是不能由一架当成两架、三架继续留在空中飞行的，本方案的飞艇却能在例如紧急状态下由一艘突然变成2艘或3艘。

鉴于山区高原地域广大，回程上行的位置可以设置多个，就近地让发电列车回程上行，避免过多的水平行驶。对此，发电列车的拉索及其定滑轮/动滑轮组和空盒结构省力地吊运牵拉方式可以单独地用于在山坡斜面的特设的一段有齿轮的回程上行专用的齿轮铁路上向上牵拉发电列车到高点，为此，下方的发电列车的轮轴两端须加长一些以便安装带齿的专用车轮，用于在此齿轨铁路上行驶。为了增加发电列车下行时的质量及其动能，其车厢骨架的中或后部采用纵向伸缩性的连杆支架结构，相应地，支架之间采用可伸缩折叠的不透气软性蓬布作为车厢外皮劈壁面，并且在车身的迎风部位设置敞开的进风口，车辆向前行驶时，让前方空气鼓入使连杆支架活动式地变长展开，容纳更多的空气从而增加车厢的质量，由此增加车辆在下坡线路上的惯性能量，最终获得增加发出的电力的效果；在回程上行时，收拢缩合该支架。

为了使下行的发电列车所牵引的拉索缩短长度，又能快速完成牵拉任务，设置由发电列车的车轮轴带动的增速齿轮以及由该增速齿轮带动的大直径的收/放拉索的滚筒。

Claims

1.一种行驶在专用的高山斜坡铁路线上的山坡铁路发电列车，其特征在于包括装置着发电和电力输出并网设备的带有动力机车头的多节发电列车；供发电列车专用的使其下行时发电的铁路线路及沿线的电网设施；该发电列车自线路低点向上返回线路最高点出发地的回程上行设施和装置，其采用沿垂直导轨上下移动的一套组合的带有活动的空腔式副气囊的飞艇的浮力及其动力装置的推力和位于上方线路最高点位置的发电列车将其动力下行产生的动能经由拉索传来的往上的拉力。

2.如权利要求1所述的山坡铁路发电列车，其特征在于组成所述的发电列车的每节车厢的每对轮轴和/或车轮上设有一级至多级增速齿轮带动发电机轴转动发电；车辆顶部上表面设置太阳能电池板进行发电，在车体迎风部位设置水平轴或垂直轴型风力发电机，总的所有发出的电力有一部份在控制系统的调度下用于驱动该发电列车前进包括驱动动力机车头的电动机、轮毂电机、电动螺旋桨，大部分发出的电力经电力电子设备并网输出给沿线路侧旁的电网设施以及车载蓄能装置包括蓄电池、储能飞轮、超级电容器以及车载电力分解水制氢设备。

3.如权利要求1所述的山坡铁路发电列车，其特征在于所述供山坡铁路发电列车下行时发电的铁路线路以依托着山体的线路的最高点作为下行的起始出发位置；在线路的最低点或低点设置让发电列车回到最高点的回程上行设施和装置包括作业平台等等组成在高山、群山区域上下来回循环地由高处往下行驶的线路网络；线路包括局部的依托山体的各种走向及高度的人工建筑物如桥梁、涵洞、调车场、信号装置、自动道岔、紧急状态下使用的岔道支线、挡块；线路侧旁配有包括变电站、储能电站的电网设施用以接收该移动支式列车发电发出的电力。

4.如如权利要求1所述的山坡铁路发电列车，其特征在于其回程上行设施和装置包括由外气囊体、中气囊体和内气囊体组成的组合式飞艇，其具有一套内外互相套合并且该中气囊体和内气囊体又能沿垂直导轨向下伸出从而在其各自上方空间构成包括两者互相邻接连接处的可伸长或反向卷拢的气囊皮在内的气密性空腔式副气囊；下行后回到低点位置需要上行的发电列车停放在内气囊体下面的一只具有承力结构的中空的硬性盒子的上表面，有承力立柱将此空盒子与内气囊体互相连接成当盒子受力时共同往上、下移动的一体的结构部件；所述的飞艇因副气囊被充满空气而沿垂直导轨下行时，在底部的所述的空盒子接触到并且系结在该时已下降到一个大水池底部的作业平台上的凸台，然后往水池注水，平台上升因而推动气囊体向上复位，基本排出原先的空腔式副气囊体里的空气；接着让池水泄出，于是平台又下降到水池底部，同时将空盒子及其上方的两个气囊体一起往下拉，由此在上面又构成在飞艇气囊体内两个空腔式副气囊，此时内部余有少量空气的空腔式副气囊在飞艇要上升时，再将各空腔式副气囊内的空气尽量排出、同时可以启动飞艇的动力装置、同时还启动上方发电列车开始启动动力下行而传来的拉索的拉力共同牵拉使飞艇上升到最高点位置。

5.如权利要求1所述的山坡铁路发电列车，其特征在于其主要用浮力运载着发电列车回程上行所用的飞艇具有可变位的、可分离的、分离后可再结合于飞艇的活动收放式的气密的空腔式副气囊，它沿飞艇气囊体内的导轨移出，并且附接在气囊体外，设有连接彼此的长长的拉索，使空腔式副气囊与母飞艇气囊体在分离的状态下又能收紧此拉索与母飞艇气囊体重新结合在一起；使用多组不同方向的定向同时爆炸的连接螺栓使附接或分离着的空腔式副气囊能够突然快速地与母飞艇气囊体分离，使母飞艇气囊体即飞艇脱离危险得到安全、飞艇在空中由一个快速地分离脱开成为两个或三个飞艇状态的气囊体。