CN107191327B - 一种风能利用系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风能利用系统，包括相连接的牵引稳定装置和抽气装置，抽气装置与通向地面的管道相连接；管道由地面向上延伸并连接到抽气装置的低压区域，利用地面空气与抽气装置的低压区域的压差，引导地面空气向上流动。其能够将地面上的如海水或其他地下水资源，通过高空风能进行抽取，然后利用该水资源进行发电等能源生产中，其能够有效地利用高空风能，且能够实现利用低速风能，无需大尺寸的风叶，降低成本，操作简便，利用效率高，节能环保。

Description

一种风能利用系统

技术领域

本发明涉及风能设备技术领域，具体涉及一种风能利用系统。

背景技术

目前，风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到重视，风能的蕴量巨大，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，但是风能分布很不均匀，而且极不稳定。地面风能的特点是风速低，能量密度小，地域分布不均匀，而且极不稳定，在我国的情况是，低空风能北方多，南方少，尤其是现在可以开发利用的地表100米左右的风能，地表300米左右开始，南方的风能资源已经超过北方。而高空中蕴藏的风能超过人类社会总需能源的100多倍，由于高空风能的特点是风速高，所以能量密度大，地域分布广，常年不断，稳定性好。

现有技术中风能开发仅限于地表100多米，塔筒高度已经达到120米甚至更高，选择区域也由开始的年均10米/秒，开始发展到年均6米/秒的区域。高空风能虽然巨大，但高空的风起到全球大气循环、能量循环、物质循环的作用，现有技术无法准确地对天气变化做出预测，所以不适宜大规模开发高空风能，避免对全球的气候、生态产生不可预测的影响。目前只适合不断完善开放高空风能的技术，进行一些试探性的开发。而增加塔筒高度则需要增加成本，且开发更低风速的风能，需要风叶技术的突破和增加风叶的尺寸，而风叶的尺寸越大，惯性越大，旋转的转动惯量也大，控制也更难。

公开号为CNl04847591A，名称为″伞梯组合太阳能风能互补发电系统″的中国发明专利文献公开了一种伞梯组合太阳能风能互补发电系统，包括与地面成一角度的轨道绳以及若干固定于轨道绳上的发电组；发电组包括从下至上依次固定连接在轨道绳上的滑筒、下挡块、上挡块和升降伞，升降伞伞形边缘与滑筒之间连接若干细绳且顶部中心套接在轨道绳上，滑筒末端还连接有若干串接于轨道绳上的太阳能发电组。其虽然能够通过升降伞将串接的太阳能发电组送入高空，于高空中采集太阳能，同时通过升降伞的上下驱动还可以采集高空风能，实现了高空太阳能和高空风能的综合利用，但是其却存在不适用于低速风能，操作繁琐，利用效率较低等问题。

公开号为CN105626375A，名称为″高空运转平台和利用高空风能发电的供电系统″的中国发明专利文献公开了一种高空运转平台和利用高空风能发电的供电系统，包括空中作业装置和利用高空风能发电的供电系统，供电系统包括至少一个高空风能发电装置，发电装置包括伞形风筝和高空发电部分，高空发电部分由涡轮机和发电机构成，发电机的电能输出端供电连接空中作业装置；当发电系统包括至少两个高空风能发电装置时，所有的高空风能发电装置中的发电机串联设置。其虽然能够将所有的发电装置中的发电机串联设置，提升发电电压，但是其同样存在不适用于低速风能，操作繁琐，利用效率较低等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种风能利用系统，用以解决无法实现利用高空风能，且无法实现利用低速风能，难以控制大尺寸风叶，成本较高，操作繁琐，利用效率较低等问题。

为实现上述目的，本发明提供一种风能利用系统。具体地，该风能利用系统包括如下结构：

所述风能利用系统，包括相连接的牵引稳定装置和抽气装置，抽气装置与通向地面的管道相连接；

管道由地面向上延伸并连接到抽气装置的低压区域，利用地面空气与抽气装置的低压区域的压差，引导地面空气向上流动；

牵引稳定装置包括中心伞绳，中心伞绳上由上至下依次设置有动力伞、稳定伞和抽气装置，动力伞和稳定伞和分别包括骨架和设置在骨架上的伞面；稳定伞的下方设置有稳定伞工作台，中心伞绳依次与动力伞、稳定伞和抽气装置的中心处相连接；

动力伞的骨架通过动力伞伞口绳与中心伞绳相连接，稳定伞的骨架通过稳定伞伞口绳与中心伞绳相连接；

抽气装置通过管道与地面上设置的做功装置或提水装置相连接；提水装置包括至少一级水箱，每一级水箱中的水箱的数量为至少一个；

抽气装置为工作伞，工作伞包括骨架和设置在骨架上的伞面；中心伞绳与工作伞的中心处相连接；工作伞的骨架通过工作伞伞口绳与中心伞绳相连接；工作伞通过管道与地面上设置的提水装置相连接；管道由地面向上延伸并连接到工作伞的低压区域，利用地面空气与工作伞低压区域的压差，引导地面空气向上流动；工作伞的低压区域为工作伞的背面；

管道在工作伞的伞口位置处分岔成多个支路，且每个支路均与工作伞的伞面相连接，工作伞的背面设置有与工作伞顶孔相邻的开口式预留孔，工作伞内的空气通过管道分叉的间隙处，由工作伞顶孔和预留孔流出，流出的气流区域为工作伞的低压区。

优选的，抽气装置包括设置在管道内的直径和轴向长度均可调的喷嘴，喷嘴与位于管道外、且与管道相连通的进风口相连接，进风口设置为朝着来风方向，管道的侧壁上设置有位于管道外部、且与管道相连通的出风口。

优选的，稳定伞的伞面的中心处设置有稳定伞顶孔，工作伞的伞面的中心处设置有工作伞顶孔，中心伞绳依次穿过稳定伞顶孔和工作伞顶孔；

稳定伞顶孔处设置有调节稳定伞顶孔直径的稳定伞顶孔电机；工作伞顶孔处设置有调节工作伞顶孔直径的工作伞顶孔电机；

稳定伞顶孔和工作伞顶孔的边缘处分别设置有顶孔边缘环，顶孔边缘环上分别套设有顶孔绳环，顶孔绳环内分别穿入设置有顶孔调节绳，顶孔调节绳的一端分别与顶孔边缘环固定连接，另一端分别与稳定伞顶孔和工作伞顶孔相连接；

稳定伞的伞面上，或稳定伞伞口绳与中心伞绳相连接处设置有调节稳定伞伞口绳长度的稳定伞伞口电机；工作伞的伞面上设置有调节工作伞伞口绳长度的工作伞伞口电机。

优选的，动力伞、稳定伞、工作伞均安装有姿态传感器、风速传感器、高度传感器及位置传感器；稳定伞和工作伞的伞内还设置有一个或多个测量空气压力的传感器；稳定伞工作台的迎风面安装有一个小型风力发电机，稳定伞工作台处的中心伞绳上设置有测量绳张力的传感器；

稳定伞的伞面上设置有稳定伞平衡稳定阀门；工作伞的伞面上设置有工作伞平衡稳定阀门。

优选的，管道的上部弯折成水平部分，与管道的水平部分相连接的工作伞设置为水平方向，与工作伞相连接的中心绳设置为水平方向，工作伞外侧的中心绳上连接的稳定伞设置为水平方向，稳定伞外侧的中心绳上连接有水平方向的导引伞。

优选的，提水装置包括设置在地面上的底部水池，管道的下端与提水管道的相连接，提水管道的下端伸入设置到底部水池的中心位置的上方，管道与带阀门的通风管相连通连接，底部水池的上方设置有至少两级的水箱，底部水池通过带阀门的第一吸水管与最下端一级的水箱相连通连接，最下端一级的水箱内伸入设置有第二吸水管，第二吸水管的下端设置有位于最下端一级的水箱底部的阀门，每一级的水箱的上部和下部分别设置有上水位传感器和下水位传感器，每一级的水箱的上表面上设置有进气阀门，最上端一级的水箱上连接有带阀门的排水管；

每个水箱的顶部均安装有带阀门的屋顶通风器，该水箱抽气时，屋顶通风器的阀门与通风管一起打开，当进气阀门打开时，屋顶通风器的阀门与通风管一起关闭。

优选的，管道还包括连接在工作伞与提水装置之间的充气管道；

管道设置为双层管的结构，双层管包括内套管和套设在内套管外的外套管，内套管的下端与提水管道的上端相连接，内套管中的空气向上流动，外套管的下端与提水管道的下端相连接，外套管与内套管之间构成充气管道，其中的空气向下流动；

或者管道设置为两根并列的第一管道和第二管道，第一管道的下端与提水管道的上端相连接，第一管道中的空气向上流动，第二管道的下端与提水管道的下端相连接，第二管道为充气管道，其中的空气向下流动。

优选的，所述风能利用系统包括第一伞组和第二伞组，第一伞组和第二伞组分别包括一个动力伞和一个稳定伞；

第一伞组和第二伞组并列设置，第一伞组的工作伞的中心伞绳通过第一伞组导向装置绕设在第一伞组中心伞绳绕线轴上，第二伞组的工作伞的中心伞绳通过第二伞组导向装置绕设在第二伞组中心伞绳绕线轴上，第一伞组和第二伞组之间设置有与滚筒相连接的带飞轮的储能或发电装置；

第一伞组中心伞绳绕线轴通过离合器与第一伞组辅助绕线轴相连接，第二伞组中心伞绳绕线轴通过离合器与第二伞组辅助绕线轴相连接，第一伞组辅助绕线轴和第二伞组辅助绕线轴之间绕设连接有一根缆绳，缆绳的长度大于工作伞的拉升做功行程，缆绳的长度与工作伞的拉升做功行程的差值为预设余量，缆绳在第一伞组辅助绕线轴和第二伞组辅助绕线轴的缠绕方向相反；

第一伞组和第二伞组的稳定伞依次作为做功伞，用来带动风机，风机从的一端吸气，风机的出气端吹向的另一端，从另一端给抽气；

管道的底部与带阀门的底部管相连通连接，管道的顶部与带阀门的顶部管相连通连接，两个并排设置的工作伞中，靠近管道的工作伞的外侧的工作伞伞口绳穿过抽气板并与抽气板相连接，抽气板设置在气缸中。

优选的，管道的底部通过底部通道与废热烟囱的底部相连通连接，管道的顶部通过顶部通道与废热烟囱的顶部相连通连接，废热烟囱上设置有散热器；

废热烟囱作为产生空气流动的热源或冷源，作为热源时，其中的风往上走，作为冷源时，其中的风往下走；废热烟囱作为如太阳热收集器或废热换热器时为热源，其中为太阳热或废热；废热烟囱作为冷源时，其内部的冷源介质为工业生产过程中产生的低温中间产品或完成品。

本发明方法具有如下优点：

本发明的风能利用系统，能够解决现有技术中所存在的无法实现利用高空风能，且无法实现利用低速风能，难以控制大尺寸风叶，成本较高，操作繁琐，利用效率较低等问题，其能够将地面上的如海水或其他地下水资源，通过高空风能进行抽取，然后利用该水资源进行发电等能源生产中，其能够有效地利用高空风能，且能够实现利用低速风能，无需大尺寸的风叶，降低成本，操作简便，利用效率高，节能环保。

附图说明

图1是本发明的风能利用系统的动力伞、稳定伞和工作伞的连接结构示意图。

图2是本发明的风能利用系统的稳定伞的结构示意图。

图3是本发明的风能利用系统的工作伞的结构示意图。

图4是本发明的风能利用系统的稳定伞顶孔和工作伞顶孔的结构示意图。

图5是本发明的风能利用系统的管道分成多路示意图。

图6是本发明的风能利用系统的管道设置为双层管的结构示意图。

图7是本发明的风能利用系统的管道上部弯折成水平部分的示意图。

图8是本发明的风能利用系统的提水装置的结构示意图。

图9是本发明的风能利用系统的提水管道的结构示意图。

图10是本发明的风能利用系统的结构示意图。

图11是本发明的风能利用系统的两个工作伞的结构示意图。

图12是本发明的风能利用系统的提水管道设置风机的示意图。

图13是本发明的风能利用系统的两个工作伞的提水管道的结构示意图。

图14是本发明的风能利用系统的废热烟囱的结构示意图。

图15是本发明的风能利用系统的使用状态示意图。

图中，1为中心伞绳；2为动力伞；3为稳定伞，301为稳定伞伞口绳，302为稳定伞平衡稳定阀门，303为稳定伞顶孔，304为稳定伞顶孔电机，305为稳定伞伞口电机，306为稳定伞工作台；4为工作伞，401为工作伞工作台，402为工作伞伞口绳，403为工作伞平衡稳定阀门，404为工作伞顶孔，405为工作伞顶孔电机，406为工作伞伞口电机，407为第一伞组导向装置，408为第一伞组中心伞绳绕线轴，409为储能或发电装置，410为第二伞组导向装置，411为第二伞组中心伞绳绕线轴，413为第一伞组辅助绕线轴，414为辅助绕线轴的缆绳导向装置，415为张力调整装置，416为滚筒，417为第二伞组辅助绕线轴；341为顶孔边缘环，342为顶孔绳环，343为顶孔调节绳；5为管道，501为抽气管道，502为抽气阀，503为内套管，504为外套管，505为风机，506为底部管，507为顶部管，508为抽气板，509为气缸，510为底部通道，511为顶部通道；6为提水装置，601为底部水池，602为提水管道，603为通风管，604为水箱，605为第一吸水管，606为第二吸水管，607为上水位传感器，608为下水位传感器，609为进气阀门，610为排水管，611为喷嘴，612为进风口，613为出风口；7为引导伞，8为废热烟囱，801为散热器。9为斜拉索，10为立杆，11为工位，12为抽气装置，13为横索，14为地面。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1

一种风能利用系统，参见图1和图10，包括相连接的牵引稳定装置和抽气装置12，抽气装置12与通向地面的管道5相连接；

管道5由地面向上延伸并连接到抽气装置12的低压区域，利用地面空气与抽气装置12的低压区域的压差，引导地面空气向上流动。

可见，本实施例的风能利用系统，其通过气流带动空气抽气，然后通过管道5对提水装置6进行抽气，利用空气置换成同体积的水，并把水提到高处进行发电，从而实现利用高空风能，且实现利用低速风能，降低成本，操作简便，利用效率高，节能环保。

实施例2

参见图1，一种风能利用系统，与实施例1相似，所不同的是，牵引稳定装置包括中心伞绳1，中心伞绳1上由上至下依次设置有动力伞2、稳定伞3和抽气装置12，动力伞2和稳定伞3和分别包括骨架和设置在骨架上的伞面；稳定伞3的下方设置有稳定伞工作台306，中心伞绳1依次与动力伞2、稳定伞3和抽气装置12的中心处相连接；

动力伞2的骨架通过动力伞伞口绳(没找到)与中心伞绳1相连接，稳定伞3的骨架通过稳定伞伞口绳301与中心伞绳1相连接；

抽气装置12通过管道5与地面上设置的做功装置或提水装置6相连接；提水装置6包括至少一级水箱604，每一级水箱中的水箱604的数量为至少一个；

抽气装置12为工作伞4，工作伞4包括骨架和设置在骨架上的伞面；中心伞绳1与工作伞4的中心处相连接；工作伞4的骨架通过工作伞伞口绳402与中心伞绳1相连接；，工作伞4通过管道5与地面上设置的提水装置6相连接；管道5由地面向上延伸并连接到工作伞4的低压区域，利用地面空气与工作伞4低压区域的压差，引导地面空气向上流动；工作伞4的低压区域为工作伞4的背面；

管道5在工作伞4的伞口位置处分岔成多个支路，且每个支路均与工作伞4的伞面相连接，工作伞4的背面设置有与工作伞顶孔403相邻的开口式预留孔，工作伞4内的空气通过管道5分叉的间隙处，由工作伞顶孔403和预留孔流出，流出的气流区域为工作伞4的低压区。

这样，调节伞口开度作为调整姿态的一部分，如果风突然很大了，为了伞的稳定可以把伞开得小点，这样拉力就小了，中心伞绳1受力不会过大。如果风突然小了，需要把伞开大点，不然伞受拉力变小可能会下落。

参见图9，优选的，本实施例的风能利用系统还可以进一步包括如下结构：

抽气装置12包括设置在管道5内的直径和轴向长度均可调的喷嘴611，喷嘴611与位于管道5外、且与管道相连通的进风口612相连接，进风口612设置为朝着来风方向，管道5的侧壁上设置有位于管道5外部、且与管道5相连通的出风口613。

实施例3

参见图2和图3，一种风能利用系统，与实施例2相似，所不同的是，稳定伞3的伞面的中心处设置有稳定伞顶孔303，工作伞4的伞面的中心处设置有工作伞顶孔403，中心伞绳1依次穿过稳定伞顶孔303和工作伞顶孔403；

稳定伞顶孔303处设置有调节稳定伞顶孔303直径的稳定伞顶孔电机304；工作伞顶孔403处设置有调节工作伞顶孔403直径的工作伞顶孔电机404；

稳定伞顶孔303和工作伞顶孔403的边缘处分别设置有顶孔边缘环341，顶孔边缘环341上分别套设有顶孔绳环342，顶孔绳环342内分别穿入设置有顶孔调节绳343，顶孔调节绳343的一端分别与顶孔边缘环342固定连接，另一端分别与稳定伞顶孔303和工作伞顶孔403相连接；

参见图2和图3，稳定伞3的伞面上，或稳定伞伞口绳301与中心伞绳1相连接处设置有调节稳定伞伞口绳301长度的稳定伞伞口电机305；工作伞4的伞面上设置有调节工作伞伞口绳402长度的工作伞伞口电机405。

优选的，本实施例的风能利用系统还可以进一步包括如下结构：

动力伞2、稳定伞3、工作伞4均安装有姿态传感器、风速传感器、高度传感器及位置传感器；稳定伞3和工作伞4的伞内还设置有一个或多个测量空气压力的传感器；稳定伞工作台306的迎风面安装有一个小型风力发电机，稳定伞工作台306处的中心伞绳1上设置有测量绳张力的传感器；

稳定伞3的伞面上设置有稳定伞平衡稳定阀门302；工作伞4的伞面上设置有工作伞平衡稳定阀门406。

这样，平衡稳定阀门作为调节姿态的微调阀门，能够保持伞中同一圆周面内气压的稳定，例如从伞下面来看，各处空气压力差不多伞就稳定，优选为平衡稳定阀门的数量为至少两个，且均匀分布，其中更为优选的，平衡稳定阀门的数量分别为十二个，且分别对应十二个时间点位，如果十二点方向风压突然变大，而六点方向风压突然变小，伞可能要翻跟头，这时，则十二点附近的阀门开大，而六点附近的阀门开小，以保持压力平衡，从而保持伞的稳定。

优选的，管道5的上部弯折成水平部分，与管道5的水平部分相连接的工作伞4设置为水平方向，与工作伞4相连接的中心绳1设置为水平方向，工作伞4外侧的中心绳1上连接的稳定伞3设置为水平方向，稳定伞3外侧的中心绳1上连接有水平方向的导引伞7。

实施例4

参见图8，一种风能利用系统，与实施例3相似，所不同的是，提水装置6包括设置在地面上的底部水池601，管道5的下端与提水管道602的相连接，提水管道602的下端伸入设置到底部水池601的中心位置的上方，管道5与带阀门的通风管603相连通连接，底部水池601的上方设置有至少两级的水箱604，底部水池601通过带阀门的第一吸水管605与最下端一级的水箱604相连通连接，最下端一级的水箱604内伸入设置有第二吸水管606，第二吸水管606的下端设置有位于最下端一级的水箱604底部的阀门，每一级的水箱604的上部和下部分别设置有上水位传感器607和下水位传感器608，每一级的水箱604的上表面上设置有进气阀门609，最上端一级的水箱604上连接有带阀门的排水管610；

每个水箱604的顶部均安装有带阀门的屋顶通风器，该水箱604抽气时，屋顶通风器的阀门与通风管603一起打开，当进气阀门609打开时，屋顶通风器的阀门与通风管603一起关闭。

优选的，参见图6，管道5还包括连接在工作伞4与提水装置6之间的充气管道；

管道5设置为双层管的结构，双层管包括内套管503和套设在内套管503外的外套管504，内套管503的下端与提水管道602的上端相连接，内套管503中的空气向上流动，外套管504的下端与提水管道602的下端相连接，外套管504与内套管151之间构成充气管道，其中的空气向下流动；

这样，内套管503中的空气向上流动，即由地面流向工作伞4，外套管504与内套管503之间的空气向下流动，即工作伞4中的空气向下流动到地面，从而把空中的风引向地面，在地面以诱导通风的方式给提水装置6的提水管道602进行抽真空。

或者管道设置为两根并列的第一管道和第二管道，第一管道的下端与提水管道602的上端相连接，第一管道中的空气向上流动，第二管道的下端与提水管道602的下端相连接，第二管道为充气管道，其中的空气向下流动。

实施例5

参见图11至图13，一种风能利用系统，与实施例4相似，所不同的是，所述伞型风能利用系统包括第一伞组和第二伞组，第一伞组和第二伞组分别包括一个动力伞2和一个稳定伞3；

第一伞组和第二伞组并列设置，第一伞组的工作伞4的中心伞绳1通过第一伞组导向装置407绕设在第一伞组中心伞绳绕线轴408上，第二伞组的工作伞4的中心伞绳1通过第二伞组导向装置410绕设在第二伞组中心伞绳绕线轴411上，第一伞组和第二伞组之间设置有与滚筒416相连接的带飞轮的储能或发电装置409；

第一伞组中心伞绳绕线轴408通过离合器与第一伞组辅助绕线轴413相连接，第二伞组中心伞绳绕线轴411通过离合器与第二伞组辅助绕线轴417相连接，第一伞组辅助绕线轴413和第二伞组辅助绕线轴417之间绕设连接有一根缆绳，缆绳的长度大于工作伞4的拉升做功行程，缆绳的长度与工作伞4的拉升做功行程的差值为预设余量，缆绳在第一伞组辅助绕线轴413和第二伞组辅助绕线轴417的缠绕方向相反；

第一伞组和第二伞组的稳定伞3依次作为做功伞，用来带动风机505，风机505从602的一端吸气，风机505的出气端吹向602的另一端，从另一端给602抽气；

管道5的底部与带阀门的底部管506相连通连接，管道5的顶部与带阀门的顶部管507相连通连接，两个并排设置的工作伞4中，靠近管道5的工作伞4的外侧的工作伞伞口绳402穿过抽气板508并与抽气板508相连接，抽气板508设置在气缸509中。

这样，伞拉动风机吹风，风机的进风来自管道5的一端，起到给管道5的这一端抽气的作用；风机的出口连接管道的另一端，用风机吹出的风给另一端抽气。

参见图14，优选的，管道5的底部通过底部通道510与废热烟囱8的底部相连通连接，管道5的顶部通过顶部通道511与废热烟囱8的顶部相连通连接，废热烟囱8上设置有散热器801；

废热烟囱8作为产生空气流动的热源或冷源，作为热源时，其中的风往上走，作为冷源时，其中的风往下走；废热烟囱8作为如太阳热收集器或废热换热器时为热源，其中为太阳热或废热；废热烟囱8作为冷源时，其内部的冷源介质为工业生产过程中产生的低温中间产品或完成品。

参见图4，本发明的风能利用系统，其稳定伞3上的小型风力发电机、各种传感器，陀螺、姿态传感器，风速及风压传感器、位置及高度传感器，并通过有线或者无线方式与主控制器通讯，其还可以设置测伞绳张力的拉力传感器。稳定伞伞口绳301由稳定伞伞口电机305控制长短，来改变伞口打开的程度，打开得越大升力越大；稳定伞顶孔是由稳定伞顶孔电机304控制顶孔调节绳343长短来控制顶孔大小，起到泄压稳定的作用。稳定伞3的伞面有若干个可调流量的稳定伞平衡稳定阀门302，通过打开稳定伞平衡稳定阀门302和稳定伞顶孔303的大小，确保整个系统的姿态稳定，保证伞系统不翻滚，不旋转，不扭曲，不剧烈摇摆，确保稳定伞3的到地面的中心伞绳1的张力在可控范围内，使中心伞绳1始终是一条直线，而且有一定的力度，不会过度变形、扭曲等。稳定伞3伞面内分布有若干个风压传感器，监测伞内各处的压力变化，并通过调整伞面的稳定伞平衡稳定阀门302打开的大小，起到精确泄压的作用，确保稳定伞3的姿态稳定。风速传感器和高度传感器监测的数据及伞内各处风压传感器的数据由主控制器的大数据库分析后，还可以根据风速和高度预判伞内风压变化，如果预计会出现伞内压力的较大变化，还可以提前调整某些个伞面阀门的大小。稳定伞工作台306可以设置有小型风力发电机，该风力发电机可以调整水平、朝向等空间的位置，使发电效率最佳化，在必要时发电，给个传感器及通讯模块供电，同时给动力伞2和稳定伞3伞面上的各个阀门、动力伞2的伞翼扩展或者缩小装置等用电设备供电。在地面上及刚升空时，稳定伞3的伞口直径缩成最小，稳定伞顶孔303打开。在动力伞2的带动下升空，升至一定高度时，风力发电机启动，给动力伞2供电。稳定伞顶孔电机304控制稳定伞顶孔303缩小，同时稳定伞伞口电机305启动，使伞口张开获得自身的升力，然后伞口打开，稳定伞3本身获得升力，带动工作伞4升空。

其动力伞2自带能够起飞的动力装置及一定容量的电池，在地面无风或者风很小的情况下也能依靠自身的动力起飞，其伞翼的翼展可调，在风小时加大翼展获得更大的升力，其伞面有若干工作伞平衡稳定阀门406，工作伞平衡稳定阀门406的流量可以调整，工作伞平衡稳定阀门406打开时伞翼的上下面相通，在遇到突然的不稳定气流时，通过打开工作伞平衡稳定阀门406来稳定姿态，在开始起飞升空时，起到带动稳定伞3升空的作用，在稳定伞3起到稳定作用后，起辅助稳定伞稳定姿态的作用，同时连接电线、通讯线等线缆与中心伞绳1一起布置，其本身有各种传感器，如风速传感器、空间位置传感器、姿态传感器、高度传感器及与稳定伞连接的伞绳的拉力传感器等。并通过无线通讯与系统的主控制器通讯，传输各种数据，并接收执行主控制器的指令。

其至少一条管道5通到工作伞4的伞口，并与工作伞4的背面相通。管道5在地面与提水装置6的提水管道602相连，提水管道602可以设置在提水装置6的中心位置，通过在工作伞4给管道5抽气的方式，使得提水装置6工作。工作伞4的表面也有若干个工作伞平衡稳定阀门406，管道5可以是织物做成的，可以采用管套管的双层管的结构，在工作伞4升高到合适的高度，准备抽气时，先用压缩空气或者鼓风机，又或者用工作伞4内的带一定压力的空气给外层的夹层吹气，用空气撑起有一定强度的圆柱形气囊，形成管道5。给管道5抽气的方法可以是，直接利用工作伞4背面的负压抽气；也可以用类似于诱导通风的方法抽气；也可以采用管道5为并列的双管道，一条是空气向上流动，起到抽气的作用的抽气管道501，另一条是空气向下流动，将伞口内的空气导向地面的引风用管道5，在地面采用诱导通风的方式，给提水装置6的提水管道602的另一端抽气，加快抽气速度。管道5与地面连接处可以设置有一段弹性管，在整个伞系统在风的作用下，上升或者下降时，使整个管道5的长度也能随着调整。

参见图7，风大多数情况下都是在水平方向流动，而放飞的伞会与水平方向有夹角。为了最大限度利用风能，其工作伞4可以采用水平方向展开的模式，导引伞7、水平方向的稳定伞3、工作伞4分别叠放在工作伞工作台401的背风侧，工作伞工作台401根据测得的风的方向调整，使工作伞4打开的方向，始终是顺着风的方向。工作伞4的工作伞工作台401到了合适的高度后，水平方向的导引伞7的顶孔绳电机启动，使顶孔孔径变小，同时伞口绳电机放开伞口绳，使导引伞7受风力拉出水平稳定伞，水平方向的稳定伞3也按同样的方法打开，带出水平方向的工作伞4。各个伞的结构和工作方法如前所述，只是使工作伞4处在水平工作面，由于风一般都是朝着水平方向吹的，按这个方法可以最大限度利用风能。需要说明的是，水平方向的各个伞的拉力不能太大，不能影响稳定伞3的中心伞绳1的稳定，不能影响整个系统的姿态。

其提水装置6包括并列的两列水箱604，不同列的水箱604交替提水，使顶部水箱604能够始终有水。顶部水箱只有一个604，顶部水箱604还连着带阀门的下降管道，连接水轮机及发电装置或者做功装置。从水轮机流出的水重新进入底部水池601，开始再次的循环。抽气开始时，需要抽气的水箱604的带阀门的通风管603的阀门打开，进气阀门关闭。提水管道602连着连接到工作伞4的抽气管道，当抽气管道501形成负压开始抽气时，水箱604内的空气在负压的作用下，经过带阀门的通风管603进入提水管道602，然后流入通往工作伞4的抽气管道501。当水位达到上水位传感器607的上限时，该水箱604的提水工作结束，此时该水箱604的通风管603的阀门和第一吸水管605的阀门关闭，进气阀打开，上级水箱604的第二吸水管606的阀门打开，在大气压的作用下，水开始提升至上级水箱604。

伞的拉力做功时，需要两个伞组件，一个伞组件做功上升时，另一个伞组件收拢下降，两个伞组件交替做功下降。动力伞2的作用也是帮助工作伞4升空，结构如上所述。做功伞的结构与稳定伞3相同，作用是到达预定高度后，使做功伞能稳定地拉升指定的距离。地面可以设置伞绳导向装置，其作用是不论风向角度如何变化，都能保证中心伞绳1即将缠绕到主绕轴408时、从主绕轴408脱离时都与主绕轴408的轴向垂直，保证中心伞绳1能正确缠绕或者脱离，不会出现中心伞绳1缠绕打结等现象。主绕轴408和辅绕轴411能够顺利地放绳、收绳。辅绕轴411的作用是使伞在上升做功时，能帮助另一个伞收绳并绕好。此时，中心伞绳1可以不拉动稳定伞3，只拉动动力伞2和做功伞做功伞也可以为工作伞4，而做功伞需要在风的带动下，拉动地面的做功装置做功。做功伞的传感器和伞面的阀门，可以保障做功伞能够平稳地做功。做功完成后，做功伞的伞顶孔打开，卸掉大部分的拉力，动力伞4也进入下降模式，动力伞4与做功伞联合作用，使中心伞绳1保持一个最低张力，保证中心伞绳1能够正确地、没有缠绕地绕回各绕轴。

本发明的风能利用系统可以根据风向调整方向，保证始终朝着来风的方向。其喷嘴2的轴向长度和直径可以调整，其也可以是方形喷嘴，其根据风速的大小调整，使抽气效率最大化。进风口612可以是伞型结构，也可以是一个喇叭型的进风管，通过变径加大了风的速度。出风口613可以采用直径变大的方式，其还可以达到降噪的目的。

为了增加抽气的效果，可以多布置一些抽气装置12，做到多处同时抽气。这些抽气装置12通过单向阀与提水装置6的提水管道602相连，在外界风速过低，无法有效抽气时，单向阀关闭，防止空气倒流入提水装置6的提水管道602。

如果工作伞4的要求高度不是很高，可以不需要动力伞2。安装几个支撑良好的立杆，用卷扬机和滑轮将工作伞4升至指定高度进行工作。

地面装置中，中心伞绳1的第一导向装置407确保不论风向任何变化，第一导向装置407到主绕轴408的绕线、放线都不受影响。中心伞绳1的主绕轴408的伞绳长度要有足够的余量，例如如果需要在2000米高度开始做功，做功距离100米的话，考虑到中心伞绳1与地面的夹角，如果做功伞到达2000米高空，地面到做功伞的中心伞绳1长度为2500米，此时主绕轴408上还应该有远多于100米的长度余量。如果由于风速突变，伞顶孔及阀门来不及打开给伞内泄压时，各绕轴可以放绳缓解中心伞绳1的拉力，保护伞系统。

辅绕轴411的作用是确保伞在降落时，中心伞绳1能够正确地缠绕在辅绕轴411上。辅绕轴411的缆绳在两个辅绕轴411的缠绕方向相反，这样在缆绳移动时，两个辅绕轴411的转向相反，实现一个伞组上升，而另一个伞组下降。在做功伞到达预定高度后，各自的辅绕轴411通过离合器与各自伞的中心伞绳1的主绕轴408相连。这样如果第一个伞组件开始上升，则第一个伞组件的辅绕轴411与之同方向旋转。不同的是第一个伞组件是放绳，而辅绕轴411是在绕线。第一个伞组件的辅绕轴411绕线时，受这个绕线的拉力，第二个伞组件的辅绕轴411开始放绳并反方向旋转。由于第二个伞组件的辅绕轴411与第二个伞组件的中心伞绳1的主绕轴408通过离合器连接在一起，所以第二个伞组件的中心伞绳1的主绕轴408也开始收绳。在收绳时，第二个伞组件的中心伞绳1要保持必要的张力，确保线能紧密地、正确地绕在主绕轴408上。这样在一个伞做功时，能够同时带动另一个伞绕好线。第一个伞组件上升做功时，第一个伞组件的中心伞绳1的主绕轴408通过离合器与滚筒409相连，滚筒409通过机械传动装置带动发电机或者做功装置工作。第一个伞组件做功结束后，离合器与滚筒409分离，第二个伞组件的中心伞绳1的主绕轴408与滚筒409相连，继续做功。

伞拉力做功也可以与提水装置6配合。参见图11，储能或发电装置410可以设置有飞轮，储能或发电装置410可以换成通风机，参见图12，从提水装置6的提水管道602的一端抽气，排出的空气再从提水管道602的另一端抽气。

伞拉力也可以直接作用于提水装置6的提水管道602，参见图13，抽气板508受第一个伞组件的拉力上升时，抽气板508上部空气排入大气，管道5的阀门关闭，提水装置6的提水管道602里的空气从底部通道流出，同时第二个伞组件收拢下降。相反过程中，抽气板508向下移动时，底部通道510阀门关闭，抽气板508下部空气排入大气，提水装置6的提水管道602的空气由顶部通道511流出，同时第一个伞组件收拢下降。其抽气板508可以为帆型抽气板。

人为制造的气流也可以与提水装置6配合使用。参见图14，低温的废热在废热烟囱8中产生向上的热气流，提水装置6的提水管道602下部的空气开始流入废热烟囱8底部，流动的热气流在废热烟囱8出口附近，将提水装置6顶部的空气吸入，在提水装置6的两端抽气提水。除了低温废热热源也可以利用太阳热资源。

本发明的风能利用系统，利用高密度工质代替相同体积的空气，然后再利用大气压将高密度工质的势能提高，最后用高势能的高密度工质发电或者做功。本发明采用的是水来说明，也可以采用其他的工质。

本发明的风能利用系统，能够应用于风力发电、或者人为产生气流流动的太阳热系统、水电站、蓄能水电站、潮汐发电站等，能够用于水电站大坝两端的生态通道，使洄游鱼类等能够不被大坝隔断洄游通路。

参见图15，稳定伞工作台306上可以设置转台，进风口612可以设置在转台上，转台根据测量的风向调整方向，确保始终对着来风；管道5的材质可以采用坚韧不易漏气的织物来减轻自重，织物的外层夹层可以充气，撑起来后形成管道5。管道5可以是软管，也可以是烟囱类建筑结构，只要能起到风道的作用即可。在楼房、烟囱等建筑物上均可以设置抽气装置12。管道5除了连接提水装置6，也可以直接用来发电或者做功。

参见图6，管道5可以包括抽气管道501，抽气装置12上设置有安装在抽气管道501内的抽气阀502；抽气阀502设置在工作伞4的伞面上，抽气阀502设置在管道5的支路与工作伞4相连接的位置处，且抽气阀502的位置与工作伞伞顶孔403、开口式预留孔相邻。

稳定伞3的拉力不用来发电，而是带动风机505，吸气时，稳定伞3不动，不吸气时，靠风的拉力拉动做功等。

废热烟囱8作为产生空气流动的热源或冷源，作为热源时，其中的风往上走，作为冷源时，其中的风往下走。废热烟囱8作为如太阳热收集器或废热换热器时为热源，其中为太阳热或废热。废热烟囱8作为冷源时，其中为液化天然气，液化天然气在使用前先气化，使其压力变高，先利用这个压力做功降压，降压后的天然气温度降低，再利用该低温冷源，在废热烟囱8中获得向下的风。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种风能利用系统，其特征在于，包括相连接的牵引稳定装置和抽气装置(12)，抽气装置(12)与通向地面的管道(5)相连接；

管道(5)由地面向上延伸并连接到抽气装置(12)的低压区域，利用地面空气与抽气装置(12)的低压区域的压差，引导地面空气向上流动；

牵引稳定装置包括中心伞绳(1)，中心伞绳(1)上由上至下依次设置有动力伞(2)、稳定伞(3)和抽气装置(12)，动力伞(2)和稳定伞(3)和分别包括骨架和设置在骨架上的伞面；稳定伞(3)的下方设置有稳定伞工作台(306)，中心伞绳(1)依次与动力伞(2)、稳定伞(3)和抽气装置(12)的中心处相连接；

动力伞(2)的骨架通过动力伞伞口绳与中心伞绳(1)相连接，稳定伞(3)的骨架通过稳定伞伞口绳(301)与中心伞绳(1)相连接；

抽气装置(12)通过管道(5)与地面上设置的做功装置或提水装置(6)相连接；提水装置(6)包括至少一级水箱(604)，每一级水箱(604)中的水箱(604)的数量为至少一个；

抽气装置(12)为工作伞(4)，工作伞(4)包括骨架和设置在骨架上的伞面；中心伞绳(1)与工作伞(4)的中心处相连接；工作伞(4)的骨架通过工作伞伞口绳(402)与中心伞绳(1)相连接；工作伞(4)通过管道(5)与地面上设置的提水装置(6)相连接；管道(5)由地面向上延伸并连接到工作伞(4)的低压区域，利用地面空气与工作伞(4)低压区域的压差，引导地面空气向上流动；工作伞(4)的低压区域为工作伞(4)的背面；

管道(5)在工作伞(4)的伞口位置处分岔成多个支路，且每个支路均与工作伞(4)的伞面相连接，工作伞(4)的背面设置有与工作伞顶孔(403)相邻的开口式预留孔，工作伞(4)内的空气通过管道(5)分叉的间隙处，由工作伞顶孔(403)和预留孔流出，流出的气流区域为工作伞(4)的低压区。

2.如权利要求1所述的风能利用系统，其特征在于，抽气装置(12)包括设置在管道(5)内的直径和轴向长度均可调的喷嘴(611)，喷嘴(611)与位于管道(5)外、且与管道相连通的进风口(612)相连接，进风口(612)设置为朝着来风方向，管道(5)的侧壁上设置有位于管道(5)外部、且与管道(5)相连通的出风口(613)。

3.如权利要求2所述的风能利用系统，其特征在于，稳定伞(3)的伞面的中心处设置有稳定伞顶孔(303)，工作伞(4)的伞面的中心处设置有工作伞顶孔(403)，中心伞绳(1)依次穿过稳定伞顶孔(303)和工作伞顶孔(403)；

稳定伞顶孔(303)处设置有调节稳定伞顶孔(303)直径的稳定伞顶孔电机(304)；工作伞顶孔(403)处设置有调节工作伞顶孔(403)直径的工作伞顶孔电机(404)；

稳定伞顶孔(303)和工作伞顶孔(403)的边缘处分别设置有顶孔边缘环(341)，顶孔边缘环(341)上分别套设有顶孔绳环(342)，顶孔绳环(342)内分别穿入设置有顶孔调节绳(343)，顶孔调节绳(343)的一端分别与顶孔边缘环(342)固定连接，另一端分别与稳定伞顶孔(303)和工作伞顶孔(403)相连接；

稳定伞(3)的伞面上，或稳定伞伞口绳(301)与中心伞绳(1)相连接处设置有调节稳定伞伞口绳(301)长度的稳定伞伞口电机(305)；工作伞(4)的伞面上设置有调节工作伞伞口绳(402)长度的工作伞伞口电机(405)。

4.如权利要求3所述的风能利用系统，其特征在于，动力伞(2)、稳定伞(3)、工作伞(4)均安装有姿态传感器、风速传感器、高度传感器及位置传感器；稳定伞(3)和工作伞(4)的伞内还设置有一个或多个测量空气压力的传感器；稳定伞工作台(306)的迎风面安装有一个小型风力发电机，稳定伞工作台(306)处的中心伞绳(1)上设置有测量绳张力的传感器；

稳定伞(3)的伞面上设置有稳定伞平衡稳定阀门(302)；工作伞(4)的伞面上设置有工作伞平衡稳定阀门(406)。

5.如权利要求4所述的风能利用系统，其特征在于，管道(5)的上部弯折成水平部分，与管道(5)的水平部分相连接的工作伞(4)设置为水平方向，与工作伞(4)相连接的中心绳(1)设置为水平方向，工作伞(4)外侧的中心绳(1)上连接的稳定伞(3)设置为水平方向，稳定伞(3)外侧的中心绳(1)上连接有水平方向的导引伞(7)。

6.如权利要求5所述的风能利用系统，其特征在于，提水装置(6)包括设置在地面上的底部水池(601)，管道(5)的下端与提水管道(602)的相连接，提水管道(602)的下端伸入设置到底部水池(601)的中心位置的上方，管道(5)与带阀门的通风管(603)相连通连接，底部水池(601)的上方设置有至少两级的水箱(604)，底部水池(601)通过带阀门的第一吸水管(605)与最下端一级的水箱(604)相连通连接，最下端一级的水箱(604)内伸入设置有第二吸水管(606)，第二吸水管(606)的下端设置有位于最下端一级的水箱(604)底部的阀门，每一级的水箱(604)的上部和下部分别设置有上水位传感器(607)和下水位传感器(608)，每一级的水箱(604)的上表面上设置有进气阀门(609)，最上端一级的水箱(604)上连接有带阀门的排水管(610)；

每个水箱(604)的顶部均安装有带阀门的屋顶通风器，该水箱(604)抽气时，屋顶通风器的阀门与通风管(603)一起打开，当进气阀门(609)打开时，屋顶通风器的阀门与通风管(603)一起关闭。

7.如权利要求6所述的风能利用系统，其特征在于，管道(5)还包括连接在工作伞(4)与提水装置(6)之间的充气管道；

管道(5)设置为双层管的结构，双层管包括内套管(503)和套设在内套管(503)外的外套管(504)，内套管(503)的下端与提水管道(602)的上端相连接，内套管(503)中的空气向上流动，外套管(504)的下端与提水管道(602)的下端相连接，外套管(504)与内套管(151)之间构成充气管道，其中的空气向下流动；

或者管道设置为两根并列的第一管道和第二管道，第一管道的下端与提水管道(602)的上端相连接，第一管道中的空气向上流动，第二管道的下端与提水管道(602)的下端相连接，第二管道为充气管道，其中的空气向下流动。

8.如权利要求7所述的风能利用系统，其特征在于，所述风能利用系统包括第一伞组和第二伞组，第一伞组和第二伞组分别包括一个动力伞(2)和一个稳定伞(3)；

第一伞组和第二伞组并列设置，第一伞组的工作伞(4)的中心伞绳(1)通过第一伞组导向装置(407)绕设在第一伞组中心伞绳绕线轴(408)上，第二伞组的工作伞(4)的中心伞绳(1)通过第二伞组导向装置(410)绕设在第二伞组中心伞绳绕线轴(411)上，第一伞组和第二伞组之间设置有与滚筒(416)相连接的带飞轮的储能或发电装置(409)；

第一伞组中心伞绳绕线轴(408)通过离合器与第一伞组辅助绕线轴(413)相连接，第二伞组中心伞绳绕线轴(411)通过离合器与第二伞组辅助绕线轴(417)相连接，第一伞组辅助绕线轴(413)和第二伞组辅助绕线轴(417)之间绕设连接有一根缆绳，缆绳的长度大于工作伞(4)的拉升做功行程，缆绳的长度与工作伞(4)的拉升做功行程的差值为预设余量，缆绳在第一伞组辅助绕线轴(413)和第二伞组辅助绕线轴(417)的缠绕方向相反；

第一伞组和第二伞组的稳定伞(3)依次作为做功伞，用来带动风机(505)，风机(505)从602的一端吸气，风机(505)的出气端吹向602的另一端，从另一端给602抽气；

管道(5)的底部与带阀门的底部管(506)相连通连接，管道(5)的顶部与带阀门的顶部管(507)相连通连接，两个并排设置的工作伞(4)中，靠近管道(5)的工作伞(4)的外侧的工作伞伞口绳(402)穿过抽气板(508)并与抽气板(508)相连接，抽气板(508)设置在气缸(509)中。

9.如权利要求7所述的风能利用系统，其特征在于，管道(5)的底部通过底部通道(510)与废热烟囱(8)的底部相连通连接，管道(5)的顶部通过顶部通道(511)与废热烟囱(8)的顶部相连通连接，废热烟囱(8)上设置有散热器(801)；

废热烟囱(8)作为产生空气流动的热源或冷源，作为热源时，其中的风往上走，作为冷源时，其中的风往下走；废热烟囱(8)作为如太阳热收集器或废热换热器时为热源，其中为太阳热或废热；废热烟囱(8)作为冷源时，其内部的冷源介质为工业生产过程中产生的低温中间产品或完成品。