CN107687396B - 轨道承载复叶片往复运行多机组发电风车及调向方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种轨道承载复叶片往复运行多机组发电风车及调向方法，创新设计轨道承载复叶片装置，风车沿轨道往复运行，利用气压集能、压缩空气储能多机组发电系统发电，生产电能多，能够大规模高效率地利用风力能源，并具有以下优点：“轨道承载复叶片往复运行”使风车扫风长度达到1000米以上且不受限制；“复叶片”设计使风车叶片实度比达到100％；“单叶片自转对风”设计，可提高风叶的受风运转效果，风车的叶片最大切线速度不超过风速，所以它可以在强风中工作；气压集能多机组发电系统，利用压缩空气储能，使风车顺风、逆风往复运行并同步发电,装机容量大、输出电能质量好、建设成本低。
Description
技术领域
本发明属于利用可再生清洁能源—风力能源的新技术，涉及一种大功率的发电风车，其特征是创新设计轨道承载复叶片装置，风车沿轨道往复运行，利用气压集能、压缩空气储能多机组发电系统发电，生产电能多，能够大规模高效率地利用风力能源。
背景技术
以往的发电风车是单塔式风车，单机发电量小、发电效率低，主要存在以下技术难题：
一是按比例扩大风轮直径可以产生更多电力，也带来风轮和发电机自重将大幅增加、轴承载荷加大导致疲劳降低使用寿命，所以已有的最大风力发电机叶片直径不会超过200米；
二是提高风车叶片的实度比，使同等扫风面积获得更大捕风面积，可以产生更多电力；而传统风车叶片的实度比在5％-20％之间，浪费风力资源；
三是提高额定风速，增加最有效—满负荷发电时间，而传统风车截止风速一般都是25m/s；而风能大小与风速的3次方成正比，这就是说，我们仅仅利用了较低风速的能量，而不得不放弃高风时的可观的风能；本发明轨道承载复叶片往复运行气压集能储能多机组发电风车可克服所述技术难题。
中国专利号ZL201410083676.1的专利技术《双向对转圆轨承载Y字形复叶片流体集能多机组发电风车》，该风车单座装机容量大，但要求地势平坦开阔的风场才可建成，易受场地地形限制。
本发明克服了上述技术的缺点，该发电风车的往复运行轨道是长条形分布、设计可长可短，便于选择建设场地，复叶片可大可高任由设计。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够充分利用风力资源、能够以较低成本建成的大型风车；本发明设计的轨道承载复叶片往复运行气压集能储能多机组发电风车，该发电风车的往复运行轨道是长条形分布、设计可长可短，便于选择建设场地，复叶片可大可高任由设计。可以解决传统风电“三大技术难题”：“轨道承载复叶片往复运行”使风车扫风长度达到1000米以上且不受限制；“复叶片”设计使风车叶片实度比达到100％；“单叶片自转对风”设计，可提高风叶的受风运转效果，风车的叶片最大切线速度不超过风速，所以它可以在强风中工作；气压集能多机组发电系统，利用压缩空气储能，使风车顺风、逆风往复运行并同步发电，装机容量大、输出电能质量好、建设成本低。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
这种轨道承载复叶片往复运行气压集能储能多机组发电风车，包括风车远程自动控制系统、单叶片组合而成的方形连体复叶片、承载复叶片的风车车体、支撑风车车体运行的风车轨道、在拉索车轨道上运行的拉索车、储气室、气压集能多机组发电系统；其中，方形连体复叶片由三组风车车体承载；风车车体两侧有两组拉索车轨道，拉索车轨道上面运行着拉索车，两组拉索车通过斜拉索与中间的方形连体复叶片相连接。
本发明提供一种“轨道承载方形连体复叶片”，所述方形连体复叶片俯视呈正方形、角对角连体呈十字形；方形连体复叶片由垂直方向的复叶面、顶部前倾45度角的前倾复叶面组成；正方形顶部四边向内安装有四组前倾复叶面，并连体组合在正方形中心的桅杆顶部合拢；角对角十字形每一侧向外到外侧轨道之间的顶部安装有两组前倾复叶面，并在外侧轨道的桅杆顶部支撑；复叶面由垂直于地面转为向前倾45度角，使得在复叶面迎风时借助风力对前倾叶面形成一定的向上的升力，从而降低了桅杆根部的受力；所述方形连体复叶片的复叶面由网格框架、单叶片和桅杆组合而成，网格框架由横向多个、上下多层的网格组成，能够很灵活扩展叶片；方形连体复叶片按等距排布在风车车体上。
方形连体复叶片也可以设置成菱形连体复叶片，在不超过本发明主旨范围可以进行变更，可变更为连体复叶片俯视呈菱形、角对角连体呈X形。
本发明提供一种气压集能多机组发电系统，风车顺风、逆风往复运行，在风车顺风运行时将风车车体动能依靠气泵转化成气压力能并储存于储气室，在风车逆风运行时储气室储存的高压空气能量依靠气动马达转化为风车车体运行的动能；储气室储存的高压空气能量通过气轮发电机连续转换成电；其中的气泵、气动马达、气轮发电机组均属目前的成熟技术，不再赘述。
本发明通过风车远程自动控制系统控制单叶片对风调向装置让单叶片自转并调整到相应最佳受风角度，以达到最佳受风面积，调节风车车体沿风车轨道做往返直线运动，调节气压集能多机组发电系统储能或发电。对风调向技术方法：风的方向决定了在方形连体复叶片中单叶片叶面的最佳受风角度，根据风车运行方向与风向夹角的信息，对能产生运转效益复叶面、前倾复叶面，调整单叶片叶面平行覆盖在复叶面的网格框架上，使复叶面平面形成不透风的墙，从而受到压力，在压力作用下推动风车运行；对不能产生运转效益复叶面，调整单叶片叶面角度到风车运行方向与风向夹角的1/2的角度，使单叶片叶面产生有利于其沿风车运行方向运动的分力，使单叶片继续产生运转效益；对不能产生运转效益前倾复叶面，调整单叶片叶面与水平面平行，以降低阻力；风车车体承载的方形连体复叶片运行到风车轨道一端端点再返回运行，到端点前通过风车远程自动控制系统控制单叶片对风调向装置让单叶片自转并调整转变叶片受力方向，同时调节并联作业的气泵和气动马达动力输出方向，控制风车车体变向做往返运行；如遇到强风，通过单叶片对风调向装置，把复叶片最高层单叶片叶面调节成与风向平行、始终以最小面积抗风；风力越强，调节到以最小面积抗风的上层单叶片层数越多，当仅剩最低层单叶片挡风工作时，其叶面迎风面积会降到其正常迎风面积的几十分之一，而单叶片越在低层，其结构越牢固，越能承受强风，所以它可以在超强风中工作；如让所有单叶片叶面与风向平行时则使风车停止做功以抗超强风。
本发明轨道承载复叶片往复运行气压集能储能多机组发电风车的有益效果相当突出：
1、该发电风车的往复运行轨道是长条形分布、设计可长可短，便于选择建设场地，复叶片设计可大可高任由设计；
2、风车车体承载的方形连体复叶片在轨道上运行稳座如山，最高速度低于风速，可以在强风中运行；
3、气压集能多机组发电系统，气压储能设计，使风车输出电能质量好、建设成本低；
4、单叶片对风调向装置设计，可安全应对最强风，风叶面为布，自重小，制造成本低，飞鸟撞击无伤害，生态环保；
5、风车叶片的实度比高，集风面积大，微风可起动，工作风速范围大，成本低效率高，特别适宜建造成超巨型风电站。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1：是本发明的风车的俯视图；
图2：是方形连体复叶片的结构示意图；
图3：风车运行方向与风向夹角为0度时，叶片角度及受力运转的俯视示意图；
图4：风车运行方向与风向夹角为30度，叶片角度及受力运转的俯视示意图；
图5：风车运行方向与风向夹角为90度，叶片角度及受力运转的俯视示意图；
图6：风车运行方向与风向夹角为60度，叶片角度及受力运转的俯视示意图；
图7：是方形连体复叶片的垂直方向的复叶面、顶部前倾45度角的前倾复叶面结构图；
图8：是方形连体复叶片的网格框架结构图；
图9：是方形连体复叶片的绳网结构图；
图10：是方形连体复叶片的斜拉索结构图；
图11：是图7中水平线B线、C线与垂直线F线、H线相交区域放大后绕桅杆旋转的单叶片的立体结构图；
图12：是图7中水平线B线、C线与垂直线D线、E线相交区域放大后固定在自转轴上的单叶片的立体结构图；
图13：是三角形单叶片的立体结构图；
图14：是三角形单叶片的俯视图；
图15：是图7中水平线A线、B线与垂直线G线、I线区域放大后上下45度旋转的单叶片的立体结构图；
图16：是气压集能多机组发电系统示意图；
图17：是风车轨道与风车车体组合后的立体结构图；
图18：是拉索车的立体结构图；
图中：
1、风车远程自动控制系统；
2、方形连体复叶片；201、桅杆；202、垂直方向的复叶面；203、前倾复叶面；204、网格框架；205、网格框架支撑框；206、绳网；207、上下翻转45度的三角形单叶片；208、上下翻转45度的的菱形单叶片；209、斜拉索；210、横杆；211、绕桅杆左右旋转的菱形单叶片；21101、叶片表面；21102、桅杆上单叶片轴承；21103、单叶片支架杆；21104、单叶片边框；21105、叶片加强绳；21106、单叶片支撑柱；21107、牵引绳；21108、单叶片绕桅杆旋转齿轮；21109、环状传动链条；21110、变速调控马达装置；212、固定在自转轴上可180度旋转的菱形单叶片；21201、叶片表面；21202、叶片自转轴；21203、单叶片支架杆；21204、单叶片边框；21205、叶片加强绳；21206、单叶片支撑柱；21207、单叶片牵引绳；21208、单叶片自转轴齿轮；213、三角形单叶片；21301、叶片表面；21302、单叶片转轴；21303、叶片支架杆；21304、单叶片边框；21305、动力牵引绳；21306、卷动轮；21307、三角框架上的滑轮；21401、绕桅杆旋转的五边形单叶片；21402、固定在自转轴上可180度旋转的五边形单叶片；
3、风车车体；301、车体侧轨；302、下车轮；303、上车轮；304、中间左车轮；305、中间右车轮；306、液压泵；307、气压泵；308、伺服电机；309、油管；310、气管；311、储气压水罐；312、储气罐；
4、风车轨道；401、下轨道；402、上轮槽；403、中轮槽；404、垂直轴的齿轮；405、圆轮；406、垂直轴；407、离合器装置；
5、拉索车；501、下轨道；502、上轮槽；503、中轮槽；504、拉索车侧轨；505、上支撑轮；506、下支撑轮；507、水平支撑轮；508、侧驱动齿轮；509、侧辅助驱动圆轮；510、垂直轴；511、伺服电机；512、可控变速气压马达；
6、气压集能多机组发电系统；601、气泵；602、气动马达；603、主气管；604、储气室；605、气泵进气管；606、气泵高压出气管；607、气动马达高压进气管；608、气动马达排气管；609、气轮发电机；610、电机高压进气管；611、电机排气管；61201、调压储气罐；61202、调压储气罐；613、气管阀门；614、空气压缩机；615、双向调控气管阀门；616、压差气轮发电机；617、电缆。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
如图1所示，轨道承载复叶片往复运行气压集能储能多机组发电风车，包括风车远程自动控制系统1，单叶片组合而成的方形连体复叶片2，承载复叶片的风车车体3，支撑风车车体运行的风车轨道4，用斜拉索209斜拉轨道风车的在拉索车轨道上运行的拉索车5，储气室604(优选采用大容量储气室)，气压集能多机组发电系统6；其中，方形连体复叶片2由三组风车车体3承载；所述拉索车轨道有两组，拉索车轨道上面运行着拉索车5，两组拉索车5通过斜拉索209与中间的方形连体复叶片2相连接。
如图2所示，方形连体复叶片2俯视呈正方形、角对角连体呈十字形；方形连体复叶片2包括垂直方向的复叶面202、顶部前倾45度角的前倾复叶面203，四个垂直方向的复叶面202之间夹角90度，长度相等，俯视呈正方形；垂直方向的复叶面202的顶部安装有前倾45度角的前倾复叶面203；复叶面由垂直于地面转为向前倾45度角，使得在复叶面迎风时借助风力对前倾叶面形成一定的向上的升力，从而降低了桅杆201根部的受力；垂直方向的复叶面202在风车车体3上有桅杆201支撑，桅杆201通过网格框架204相连接及支撑；同一轨道上的桅杆201纵向通过绳网206(如图9所示)不间断连接为一体，三组轨道上的桅杆201横向排成直线并通过绳网206横向相连接。
图7、图8结合参看，方形连体复叶片2的复叶面由网格框架204、单叶片和桅杆组合而成，网格框架204由横向多个、上下多层的网格组成；网格框架204的菱形网格中安装固定在自转轴上可180度旋转的菱形单叶片212；桅杆201上的菱形网格框架中安装绕桅杆左右旋转的菱形单叶片211；十字形中心的桅杆201三角形网格框架间安装一对绕桅杆可180度旋转三角形单叶片213；方形连体复叶片中心桅杆201上部由垂直立柱分出前倾45度桅杆201，前倾45度桅杆201与左侧、右侧的前倾网格框架204相连接；前倾网格框架204上下多层，每层安装横杆210、上下翻转45度的三角形单叶片207、上下翻转45度的菱形单叶片208，菱形单叶片208以横杆210为轴、在水平面和前倾网格框架之间可以上下45度旋转；前倾网格框架204最下层横杆210向下与垂直于地面的网格框架204连接，形成横向多个五边形网格，网格中安装固定在自转轴上可180度旋转的五边形单叶片21402。
如图11所示，绕桅杆旋转的五边形单叶片21401，安装于复叶片网格框架204的五边形网格中，以桅杆201为中心轴并通过三个单叶片轴承21102与桅杆201作可转动连接，通过单叶片绕桅杆旋转齿轮21108与单叶片自转轴齿轮21208(结合参看图7)用环状传动链条21109作同方向传动连接；绕桅杆左右旋转的菱形单叶片211，以桅杆201为中心轴并通过三个单叶片轴承21102与桅杆201作可转动连接，复叶片叶面上的桅杆201与网格框架204固定连接，桅杆201两侧形成上下排布左右对称的直角三角形框架，一对三角形框架，组成一个菱形方格，一个菱形方格中，安装一个绕桅杆左右旋转的菱形单叶片211；绕桅杆左右旋转的菱形单叶片211设有单叶片边框21104、单叶片支架杆21103，叶片表面21101采用有叶片加强绳21105的特种布料，单叶片支撑柱21106垂直于叶片中心并与中间的单叶片轴承21102固定连接，且通过单叶片轴承21102与桅杆201作可转动连接；单叶片支撑柱21106通过多条牵引绳21107与单叶片边框21104、单叶片支架杆21103相连固定，牵引绳21107在叶片左右侧、正面相对称分布，根据单叶片的结构强度可增加牵引绳21107的条数；单叶片绕桅杆旋转齿轮21108与单叶片支架杆21103边框固定连接，齿缘在菱形叶片下腰中点处对齐，绕桅杆旋转齿轮以桅杆201为轴，通过桅杆上单叶片轴承21102与桅杆201作可转动连接，单叶片绕桅杆旋转齿轮21108与单叶片自转轴齿轮21208的直径及齿数相同，并用环状传动链条21109(结合参看图7)作同方向动力传动连接；桅杆201内有单叶片轴承21102，变速调控马达装置21110(结合参看图17)通过齿轮传动给桅杆201上的单叶片轴承21102，单叶片轴承21102带动单叶片绕桅杆旋转齿轮21108转动，再通过环状传动链条21109带动一组复合联动单叶片做同向同步转动；变速调控马达装置21110设有传感元件，能通过风车远程自动控制系统1进行自动调控。绕桅杆旋转的五边形单叶片21401、未安装着单叶片绕桅杆旋转齿轮21108的绕桅杆左右旋转的菱形单叶片211由桅杆201上的单叶片轴承21102带动旋转，桅杆201上的单叶片轴承21102由变速调控马达装置21110通过齿轮传动带动其旋转，变速调控马达装置21110设有传感元件，能通过风车远程自动控制系统1进行自动调控。
如图12所示，固定在自转轴上可180度旋转的五边形单叶片21402，安装于复叶片网格框架204的五边形网格中，通过单叶片连轴器固定串连下层的菱形单叶片；固定在自转轴上可180度旋转的菱形单叶片212，安装于复叶片网格框架204的菱形网格中，单叶片的自转轴上下两头与网格框架204作可转动连接，可180度自由转动，单叶片的自转轴与单叶片边框21204固定连接，单叶片边框21204内设有单叶片支架杆21203，叶片表面21201可采用高强度轻型材料制成的特种布料，且配套采用叶片加强绳21205加固；单叶片支撑柱21206垂直穿过叶片中心与叶片自转轴21202固定连接，单叶片支撑柱21206通过多条单叶片牵引绳21207与单叶片边框21204、单叶片支架杆21203、叶片自转轴21202相连固定，单叶片牵引绳21207在叶片正反面对称分布；根据单叶片的结构强度可增加单叶片牵引绳21207的条数，以32条为优；单叶片自转轴齿轮21208以叶片自转轴21202为中心，齿缘在菱形叶片上腰或下腰中点处，同一层单叶片自转轴齿轮21208及单叶片绕桅杆旋转齿轮21108之间用环状传动链条21109，作同方向动力传动连接；网格框架204的菱形网格上安装有自转轴齿轮的单叶片，上下通过单叶片连轴器固定串连无自转轴齿轮的单叶片，它们通过单叶片连轴器把上下单叶片分段组合、做同轴同向转动；每2-5层单叶片分段组合，形成上下分层组合、同轴同向的复合单叶片。
图13、图14结合参看，所述三角形单叶片213，三角形单叶片213设有单叶片边框21304、叶片支架杆21303，叶片表面21301采用特种布料，三角形单叶片213通过单叶片转轴21302与桅杆201作可转动连接；三角形单叶片213的一个角与动力牵引绳21305相连接，动力牵引绳21305通过三角框架上的滑轮21307与卷动轮21306相连接，变速调控马达装置21110通过控制卷动轮21306转动来拉动动力牵引绳21305、动力牵引绳21305拉动三角形单叶片213在三角框架之间做180度旋转；变速调控马达装置21110设有传感元件，能通过风车远程自动控制系统1进行自动调控，使成对的三角形单叶片213在顺风时拉开覆盖在三角框架上挡风、在逆风时旋转到最小挡风角度避风。
如图15所示，上下翻转45度的三角形单叶片207、上下翻转45度的的菱形单叶片208，安装在方形连体复叶片前倾网格框架204和网格框架支撑框205之间；变速调控马达装置21110通过控制卷动轮做正向或反向转动，来拉动横杆内牵引绳、拉动单叶片在网格框架支撑框205、前倾网格框架之间做上下45度旋转；变速调控马达装置21110设有传感元件，能通过风车远程自动控制系统1进行自动调控，使上下翻转45度的三角形单叶片207、上下翻转45度的菱形单叶片208在顺风时向上覆盖在前倾网格框架上挡风、在逆风时下放到网格框架支撑框水平位置以最小挡风角度避风。
如图7所示，对风调向装置中的环状传动链条21109联接多个单叶片形成一组复合联动单叶片，桅杆201内的变速调控马达装置21110驱动各组环状传动链条21109独立转动，风车车体3上的液压泵306(在高寒地区采用气压泵307)、伺服电机308通过桅杆201内的油管309(在高寒地区采用气管310)传输动力给桅杆201内的变速调控马达装置21110，通过风车远程自动控制系统1来自动调控方形连体复叶片2的每组复合联动单叶片可以各自做同向同步转动。
如图8所示，方形连体复叶片2的菱形网格框架204以支架杆为边框并与桅杆201相连接，桅杆201固定在风车车体3上；网格框架支撑框205固定连接在网格框架204节点上，在网格框架204前后面对称安装；复叶面中下层每3层菱形网格安装一层横向连接的网格框架支撑框205，复叶面中上层各层菱形网格安装横向纵向整体连接的网格框架支撑框205，可对网格框架204起加固作用。
如图17所示，承载风车车体运行的风车轨道4两侧面有下轨道401和上轮槽402，上面中部有中轮槽403，内部安装有垂直轴的齿轮404和圆轮405；所述风车车体3两侧安装着车体侧轨301、侧轨上安装着下车轮302和上车轮303，车体上面安装着中间左车轮304、中间右车轮305，承载着液压泵306或气压泵307、伺服电机308、方形连体复叶片2；风车车体侧轨301的外侧设有齿条固定槽与垂直轴的齿轮404相啮合；风车车体侧轨301的内侧为平轨与圆轮405相接合，使风车车体侧轨301与垂直轴的齿轮404和圆轮405接合没有间隙，上车轮303上顶着上轮槽402，下车轮302下压着下轨道401，中间左车轮304、中间右车轮305向中间夹着中轮槽403，使风车车体3始终沿着风车轨道4运行而不脱轨。
如图17所示，所述风车车体3承载着复叶片，复叶片的桅杆201为空心圆柱，内部安装有油管309、变速调控马达装置21110，在每个桅杆201下都安装着一个储气压水罐311、一组串并联的液压泵306，多个液压泵306通过与各个上车轮303配合连接，上车轮303的转动使液压泵306加压形成高压传动液沿油管309循环往返运行，将能量输送到桅杆201内的变速调控马达装置21110，为绕桅杆左右旋转的菱形单叶片211提供动力，单叶片横向通过环状传动链条21109作同方向传动链接，从而为每一层单叶片按一定的角速度旋转提供动力；桅杆201下部安装一台伺服电机308和其驱动的液压泵306，当风车达到启动风速，而单叶片需要对风调向时，通过风车远程自动控制系统1启动伺服电机308，驱动液压泵306使传动液循环传动，以使所有单叶片对风调向，而风车转动后则关闭伺服电机308而切换为由上车轮303转动驱动液压泵306提供动力调向；在高寒地区，风车车体3上的液压泵306改用气压泵307；在每个桅杆201下都安装着一个储气罐312、一组串并联的气压泵307，多个气压泵307通过与各个上车轮303配合连接，上车轮303的转动使气压泵307加压形成高压气体输送到储气罐312，储气罐312连接桅杆201内气管310将能量输送到桅杆201内的变速调控马达装置21110上，为绕桅杆左右旋转的菱形单叶片211提供动力；当风车达到启动风速而储气罐312气压不足时，启动伺服电机驱动气压泵307为储气罐312加气加压。
下面解释叶片对风调向和风车运转情况：
风车车体3沿风车轨道4做往返直线运动，风的方向决定了在各个复叶片2中单叶片叶面的最佳受风角度，通过风车远程自动控制系统1控制单叶片对风调向装置让单叶片自转并调整到相应最佳受风角度，以达到最佳受风面积。
如图3所示风车运行方向与风向夹角为0度，如图4所示风车运行方向与风向夹角为30度；当风车运行方向与风向夹角在0度到45度、或135度到180度之间时，风车顺风运行时，复叶面202a、202b形成的夹角开口方向与风向同向，调整复叶面202a、202b、前倾复叶面203a、203b上的单叶片211、212平行覆盖在复叶面的网格框架204上，使复叶面平面形成不透风的墙，形成一个夹角为90度的“V”形集风口，从而受到压力，在压力作用下推动风车运行；复叶面202c、202d形成的夹角开口方向与风向反向，调整复叶面202c、202d上的单叶片211、212叶面角度与风向平行，调整前倾复叶面203c、203d、203e、203f、203g、203h上的单叶片叶面与水平面平行。风车车体3承载的方形连体复叶片2运行到风车轨道4一端端点再返回运行，风车由顺风转变为逆风运行时，到端点前通过风车远程自动控制系统1控制单叶片对风调向装置让单叶片自转并调整到相应最佳受风角度，调整复叶面02a、202b、202c、202d上的单叶片211、212叶面角度到风车运行方向与风向夹角的1/2的角度，使单叶片叶面产生有利于其沿风车运行方向运动的分力，使单叶片继续产生运转效益；调整前倾复叶面203a、203b、203c、203d、203e、203f、203g、203h上的单叶片叶面与水平面平行，以降低阻力。
如图5所示风车运行方向与风向夹角为90度，如图6所示风车运行方向与风向夹角为60度；当风车运行方向与风向夹角在45度到135度之间时，风车由左向右运行时，对能产生运转效益复叶面202b、202d、前倾复叶面203b、203e，调整复叶面202b、202d、前倾复叶面203b、203e上的单叶片211、212叶面平行覆盖在复叶面的网格框架204上，使复叶面平面形成不透风的墙，从而受到压力，在压力作用下推动风车运行；对不能产生运转效益复叶面202a、202c，调整复叶面202a、202c上的单叶片211、212叶面角度到风车运行方向与风向夹角的1/2的角度，使单叶片叶面产生有利于其沿风车运行方向运动的分力，使单叶片继续产生运转效益；不能产生运转效益前倾复叶面203a、203c、203d、203f、203g、203h，调整前倾复叶面203a、203c、203d、203f、203g、203h上的单叶片叶面与水平面平行，以降低阻力。风车车体3承载的方形连体复叶片2运行到风车轨道4右端端点再由右向左返回运行时，到端点前通过风车远程自动控制系统1控制单叶片对风调向装置让单叶片自转并调整到相应最佳受风角度，对能产生运转效益复叶面202a、202c、前倾复叶面203c、203h，调整复叶面202a、202c、前倾复叶面203c、203h上的单叶片211、212叶面平行覆盖在复叶面的网格框架204上，使复叶面平面形成不透风的墙，从而受到压力，在压力作用下推动风车运行；对不能产生运转效益复叶面202b、202d，调整复叶面202b、202d上的单叶片211、212叶面角度到风车运行方向与风向夹角的1/2的角度，使单叶片叶面产生有利于其沿风车运行方向运动的分力，使单叶片继续产生运转效益；调整前倾复叶面203a、203b、203d、203e、203f、203g上的单叶片叶面与水平面平行，以降低阻力。
由于强风会对风车施加很强的力量，此轨道发电风车能够灵活调节其叶片受风面积，可以在强风中工作，具体方式：复叶片由若干层单叶片组合而成，通过单叶片对风调向装置调节各层单叶片的受风面积；如遇到强风，通过单叶片对风调向装置，把复叶片最高层单叶片叶面调节成与风向平行、始终以最小面积抗风；风力越强，调节到以最小面积抗风的上层单叶片层数越多，当仅剩最低层单叶片挡风工作时，其叶面迎风面积会降到其正常迎风面积的几十分之一，而单叶片越在低层，其结构越牢固，越能承受强风，所以它可以在超强风中工作；如让所有单叶片叶面与风向平行时则使风车停止做功以抗超强风。
如图16所示气压集能多机组发电系统6，包括气泵601、气动马达602、主气管603、储气室604、气泵进气管605、气泵高压出气管606、气动马达高压进气管607、气动马达排气管608、气轮发电机609、电机高压进气管610、电机排气管611、调压储气罐61201、调压储气罐61202、气管阀门613、空气压缩机614、双向调控气管阀门615、压差气轮发电机616；气轮发电机609通过串联并联有多重智能组合，能完成发电机不同功率输出过程；
气泵601是能把机械能转换成气体的压力能、气动马达602把气体的压力能转换成机械能，气泵601、气动马达602安装在风车轨道4的底部；主气管603沿风车轨道4延伸，并联数个气泵601、气动马达602；每个气泵601通过安装有气管阀门613的气泵高压出气管606与主气管603相联通；每个气动马达602通过安装有气管阀门613的气动马达高压进气管607与主气管603相联通；并联的气泵601、气动马达602通过主气管603汇集到一端与调压储气罐61201连通；
调压储气罐61201与储气室604之间相连通，是通过并联安装有压差气轮发电机616、安装有空气压缩机614、安装有双向调控气管阀门615的主气管603连通；
储气室604以储存高压空气方式储存能量，储气室604内的高压气体通过主气管603、调压储气罐61202、安装有气管阀门613的电机高压进气管610接入多台并联的气轮发电机609发电；
气泵601和气动马达602的并联组、调压储气罐61201、储气室604、调压储气罐61202、气轮发电机609的并联组，通过主气管603串联在一起。
接下来说明气压集能多机组发电系统6调控风车车体同步运行的工作原理：通过设置方位测量传感器测量移动的风车车体3与固定的风车轨道4相对方位，再由风车远程自动控制系统1根据风向信息和方位测量传感器信息，控制垂直轴的齿轮404与气泵601间的垂直轴406上离合器装置406接合或断开、控制气泵601及气动马达602的气管阀门613开关；当风车顺风运行时关闭气动马达602、启动适当数量的并联作业的气泵601，气泵601把压缩空气传输给调压储气罐61201，并调节每条风车车体3的阻力；当风车逆风运行时关闭气泵601、启动适当数量的并联作业的气动马达602，调压储气罐61201的压缩空气输送给气动马达602，并调节每条风车车体3的动力，使三条轨道上的风车车体3运行保持同步。
接下来说明气压集能多机组发电系统6中的气轮发电机609工作原理：储气室604储存的压缩空气与调压储气罐61201储存的压缩空气相互交换调节，调压储气罐61201由风车远程自动控制系统1根据预设储气压力限值进行调节，当调压储气罐61201内空气达到高压限值时，可以打开空气压缩机614或双向调控气管阀门615把调压储气罐61201内压缩空气输出到储气室604；当调压储气罐61201内空气达到低压限值时，可以打开压差气轮发电机616或双向调控气管阀门615把储气室604的压缩空气输出到调压储气罐61201，从而智能调节调压储气罐61201的空气压力保持在预设限值范围内；储气室604通过安装有气管阀门613的主气管603单向输出压缩空气到调压储气罐61202，由风车远程自动控制系统1根据储气压力预设限值调节气管阀门613开关，以保持调压储气罐61202储气压力达到规定限值内；当调压储气罐61202储气压力达到规定值时，电机气管阀门614由风车远程自动控制系统1控制打开使高压力气体快速吹向气轮发电机609；气轮发电机609通过串联并联有多重智能组合，能完成发电机不同功率输出过程；气压集能多机组发电系统6将能量循环系统装置中的动压力能转换成电能，由电力输送电缆617并入电网。
如图17所示，风车轨道4所在的地面上按等距依次安装着气泵601、气动马达602，并与主气管603相联通；风车轨道4内安装的各组垂直轴的齿轮404和圆轮405夹着风车车体侧轨301，每个垂直轴的齿轮404通过垂直轴406各连接一个地面上的气泵601、气动马达602，可以把风车车体3运转的动力传输给气泵601、气动马达602；垂直轴406上安置着离合器装置407，且能通过风车远程自动控制系统1来自动调控离合接合或断开；风车轨道4采用了高架桥梁式安装，当然也可采用地面路基式安装。
如图18所示，拉索车轨道一侧面有上轮槽502和下轨道501，上面中部有中轮槽503，轨道内安装有侧驱动齿轮508和侧辅助驱动圆轮509；拉索车侧轨504上安装着上支撑轮505、下支撑轮506、水平支撑轮507；所述拉索车侧轨504的外侧设有齿条固定槽与侧驱动齿轮508相啮合，所述拉索车侧轨的内侧为平轨与侧辅助驱动圆轮509相接合，使拉索车侧轨504与侧驱动齿轮508和侧辅助驱动圆轮509接合没有间隙；所述拉索车的上支撑轮505顶着上轮槽502，下支撑轮506压着下轨道501，水平支撑轮507平压着中轮槽503，水平支撑轮中轴垂直安装在拉索车侧轨504上，斜拉索209安装在水平支撑轮中轴上部，拉索车5通过斜拉索209与中间的方形连体复叶片2相连接，使拉索车5能够承受斜拉索209拉力并始终沿着拉索车轨道运行而不脱轨；拉索车轨道按等距排布安装侧驱动齿轮508和侧辅助驱动圆轮509，侧驱动齿轮508带动拉索车5转动。
拉索车5的运行与轨道风车要保持相同速度运行，可选择两种方式组合传动：方式一气压传动，侧驱动齿轮508通过垂直轴510联接有可控变速气压马达512，可控变速气压马达512通过主气管603与调压储气罐61202相连接，可控变速气压马达512作为动力源通过垂直轴510传动给侧驱动齿轮508，使拉索车5运行；方式二电气传动，侧驱动齿轮508通过垂直轴510联接有伺服电机511，伺服电机511作为动力源驱动侧驱动齿轮508使拉索车5运行；拉索车5与风车车体3设置方位测量传感器，由风车远程自动控制系统1根据方位测量传感器数据，自动调节传动给侧驱动齿轮508的转速，使拉索车5与风车车体3的相对方位偏差控制在允许范围内。
本发明采用的风车远程自动控制系统1主要有信息的核心部件和信息的采集感知部件以及信息命令的执行部件组成；信息的核心部件为计算机，整个风车的管理程序都在这里运作，计算机可利用风车管理程序向所有信息部件的接口电路发出执行命令或访问采集相关信息的命令，计算机的信息接口也和外部网络连接，从而达到内外信息资源共享和远程统管目的；信息的采集感知部件是计算机的信息来源，各种信息采集感知部件能测定风向、风速、气温、发电机转速和功率、各层单叶片自转角度、各条风车车体3与风车轨道4相对方位、拉索车5与轨道风车的相对方位，这些信息感知部件时刻为计算机提供有用的数据，每一个信息感知部件都有一定能力的信息处理电路和一套完善的信息接口电路；信息命令的执行部件主要有：单叶片间安装的对风调向装置中变速调控马达装置21110的离合开关和传动比控制，桅杆201下部伺服电机启动/关闭，垂直轴406上安置着离合器装置407接合或断开，气泵601及气动马达602的气管阀门613开关调节，气泵601及气动马达602的并联作业总个数的调节，气轮发电机组通过并联有多重智能组合，发电机不同功率输出过程的调节，拉索车5运行，液压马达、伺服电机传动给侧驱动齿轮508的驱动力、传动比的调节，各种动作执行大量使用电子开关和电磁开关以及伺服电机设施，这些是计算机的手的延伸，以上信息核心、信息感知、信息执行部件三大类信息设施共同构成了风车的自动化硬环境；风车管理程序软件环境运行在计算机中，分为五个子程序：风车的自检程序、风车的启动采风复位程序、风车的多境况采风程序、风车停止采风程序、风车故障保护性停止运行程序，只要满足进入某一子程序的条件，计算机就可进入该程序的运行状态，整个风车的管理就是在这五个子程序当中，按照各自的多方条件、设定参数，灵活切换和运行的过程。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种轨道承载复叶片往复运行多机组发电风车，其特征在于，包括风车远程自动控制系统(1)，单叶片组合而成的方形连体复叶片(2)，承载复叶片的风车车体(3)，支撑风车车体运行的风车轨道(4)，在拉索车轨道上运行的拉索车(5)，气压集能多机组发电系统(6)，其中
所述方形连体复叶片(2)由三组风车车体(3)承载；所述拉索车轨道有两组，拉索车轨道上面运行着拉索车(5)，两组拉索车(5)通过斜拉索(209)与中间的方形连体复叶片(2)相连接，拉索车(5)沿拉索车轨道做往复运行、承载复叶片的风车车体(3)沿风车轨道(4)做往复运行，拉索车(5)和风车车体(3)保持同步同向往复运行；
所述气压集能多机组发电系统(6)在风车顺风运行时将风车车体(3)动能转化成气压力能并储存于储气室(604)，在风车逆风运行时储气室(604)储存的高压空气能量转化为风车车体(3)运行的动能；储气室(604)储存的高压空气能量通过气轮发电机(609)连续转换成电能。
2.根据权利要求1所述的一种轨道承载复叶片往复运行多机组发电风车，其特征在于，所述方形连体复叶片(2)俯视呈正方形、角对角连体呈十字形；方形连体复叶片(2)由垂直方向的复叶面(202)、顶部前倾45度角的前倾复叶面(203)组成；正方形顶部四边向内安装有四组前倾复叶面(203)，并连体组合在正方形中心的桅杆顶部合拢；角对角十字形每一侧向外到外侧轨道之间的顶部安装有两组前倾复叶面(203)，并在外侧轨道的桅杆顶部支撑；复叶面由垂直于地面转为向前倾45度角，使得在复叶面迎风时借助风力对前倾叶面形成一定的向上的升力，从而降低了桅杆(201)根部的受力；所述方形连体复叶片(2)的复叶面由网格框架(204)、单叶片和桅杆组合而成，网格框架(204)由横向多个、上下多层的网格组成，能够扩展多个、多层单叶片；通过风车远程自动控制系统(1)调控对风调向装置，多个单叶片联接而成的每组复合联动单叶片可以做同向同步转动。
3.根据权利要求1所述的一种轨道承载复叶片往复运行多机组发电风车，其特征在于，所述承载风车车体运行的风车轨道(4)两侧面有下轨道(401)和上轮槽(402)，上面中部有中轮槽(403)，内部安装有垂直轴的齿轮(404)和圆轮(405)；所述风车车体(3)两侧安装着车体侧轨(301)、侧轨上安装着下车轮(302)和上车轮(303)，车体上面安装着中间左车轮(304)、中间右车轮(305)，承载着液压泵(306)或气压泵(307)、伺服电机(308)、方形连体复叶片(2)；所述风车车体侧轨(301)的外侧设有齿条固定槽与垂直轴的齿轮(404)相啮合；所述风车车体侧轨(301)的内侧为平轨与圆轮(405)相接合，使风车车体侧轨(301)与垂直轴的齿轮(404)和圆轮(405)接合没有间隙，上车轮(303)上顶着上轮槽(402)，下车轮(302)下压着下轨道(401)，中间左车轮(304)、中间右车轮(305)向中间夹着中轮槽(403)，使风车车体(3)始终沿着风车轨道(4)运行而不脱轨。
4.根据权利要求1所述的一种轨道承载复叶片往复运行多机组发电风车，其特征在于，所述气压集能多机组发电系统(6)包括气泵(601)、气动马达(602)、主气管(603)、储气室(604)、气泵进气管(605)、气泵高压出气管(606)、气动马达高压进气管(607)、气动马达排气管(608)、气轮发电机(609)、电机高压进气管(610)、电机排气管(611)、调压储气罐(61201)、调压储气罐(61202)、气管阀门(613)、空气压缩机(614)、双向调控气管阀门(615)、压差气轮发电机(616)；气轮发电机(609)通过串联并联有多重智能组合，能完成发电机不同功率输出过程，其中，所述气泵(601)是能把机械能转换成气体的压力能、气动马达(602)把气体的压力能转换成机械能，气泵(601)、气动马达(602)安装在风车轨道(4)的底部；主气管(603)沿风车轨道(4)延伸，并联数个气泵(601)、气动马达(602)；每个气泵(601)通过安装有气管阀门(613)的气泵高压出气管(606)与主气管(603)相联通；每个气动马达(602)通过安装有气管阀门(613)的气动马达高压进气管(607)与主气管(603)相联通；并联的气泵(601)、气动马达(602)通过主气管(603)汇集到一端与调压储气罐(61201)连通；
所述调压储气罐(61201)与储气室(604)之间相连通，是通过并联安装有压差气轮发电机(616)、安装有空气压缩机(614)、安装有双向调控气管阀门(615)的主气管(603)连通；
所述储气室(604)以储存高压空气方式储存能量，储气室(604)内的高压气体通过主气管(603)、调压储气罐(61202)、安装有气管阀门(613)的电机高压进气管(610)接入多台并联的气轮发电机(609)发电；
所述气泵(601)和气动马达(602)的并联组、调压储气罐(61201)、储气室(604)、调压储气罐(61202)、气轮发电机(609)的并联组，通过主气管(603)串联在一起。
5.根据权利要求4所述的一种轨道承载复叶片往复运行多机组发电风车，其特征在于，所述气压集能多机组发电系统(6)，通过设置方位测量传感器测量移动的风车车体(3)与固定的风车轨道(4)相对方位，再由风车远程自动控制系统(1)根据风向信息和方位测量传感器信息，控制垂直轴的齿轮(404)与气泵(601)间的垂直轴(406)上离合器装置(406)接合或断开、控制气泵(601)及气动马达(602)的气管阀门(613)开关；当风车顺风运行时关闭气动马达(602)、启动适当数量的并联作业的气泵(601)，气泵(601)把压缩空气传输给调压储气罐(61201)，并调节每条风车车体(3)的阻力；当风车逆风运行时关闭气泵(601)、启动适当数量的并联作业的气动马达(602)，调压储气罐(61201)的压缩空气输送给气动马达(602)，并调节每条风车车体(3)的动力，使三条轨道上的风车车体(3)运行保持同步。
6.根据权利要求4所述的一种轨道承载复叶片往复运行多机组发电风车，其特征在于，所述气压集能多机组发电系统(6)，储气室(604)储存的压缩空气与调压储气罐(61201)储存的压缩空气相互交换调节，调压储气罐(61201)由风车远程自动控制系统(1)根据预设储气压力限值进行调节，当调压储气罐(61201)内空气达到高压限值时，可以打开空气压缩机(614)或双向调控气管阀门(615)把调压储气罐(61201)内压缩空气输出到储气室(604)；当调压储气罐(61201)内空气达到低压限值时，可以打开压差气轮发电机(616)或双向调控气管阀门(615)把储气室(604)的压缩空气输出到调压储气罐(61201)，从而智能调节调压储气罐(61201)的空气压力保持在预设限值范围内。
7.根据权利要求4所述的一种轨道承载复叶片往复运行多机组发电风车，其特征在于，所述气压集能多机组发电系统(6)，储气室(604)通过安装有气管阀门(613)的主气管(603)单向输出压缩空气到调压储气罐(61202)，由风车远程自动控制系统(1)根据储气压力预设限值调节气管阀门(613)开关，以保持调压储气罐(61202)储气压力达到规定限值内；当调压储气罐(61202)储气压力达到规定值时，电机气管阀门(614)由风车远程自动控制系统(1)控制打开使高压力气体快速吹向气轮发电机(609)；气轮发电机(609)通过串联并联有多重智能组合，能完成发电机不同功率输出过程；气压集能多机组发电系统(6)将能量循环系统装置中的动压力能转换成电能，由电力输送电缆(617)并入电网。
8.根据权利要求1所述的一种轨道承载复叶片往复运行多机组发电风车，其特征在于，所述拉索车轨道一侧面有上轮槽(502)和下轨道(501)，上面中部有中轮槽(503)，轨道内安装有侧驱动齿轮(508)和侧辅助驱动圆轮(509)，拉索车侧轨(504)上安装着上支撑轮(505)、下支撑轮(506)、水平支撑轮(507)，其中
所述拉索车侧轨(504)的外侧设有齿条固定槽与侧驱动齿轮(508)相啮合；所述拉索车侧轨的内侧为平轨与侧辅助驱动圆轮(509)相接合，使拉索车侧轨(504)与侧驱动齿轮(508)和侧辅助驱动圆轮(509)接合没有间隙；
所述拉索车(5)的上支撑轮(505)顶着上轮槽(502)，下支撑轮(506)压着下轨道(501)，水平支撑轮(507)平压着中轮槽(503)，水平支撑轮中轴垂直安装在拉索车侧轨(504)上，斜拉索(209)安装在水平支撑轮中轴上部，拉索车(5)通过斜拉索(209)与中间的方形连体复叶片(2)相连接；使拉索车(5)能够承受斜拉索(209)拉力并始终沿着拉索车轨道运行而不脱轨；
所述拉索车轨道按等距排布安装侧驱动齿轮(508)和侧辅助驱动圆轮(509)，可控变速气压马达(512)和伺服电机(511)作为动力源驱动侧驱动齿轮(508)，侧驱动齿轮(508)带动拉索车(5)转动。
9.一种用于权利要求1所述的轨道承载复叶片往复运行多机组发电风车的轨道承载复叶片往复运行对风调向方法，其特征在于，
a.风车车体(3)沿风车轨道(4)做往返直线运动，通过风车远程自动控制系统(1)控制单叶片对风调向装置让单叶片自转并调整到相应最佳受风角度，以达到最佳受风面积；
b.风的方向决定了在方形连体复叶片(2)中单叶片叶面的最佳受风角度，根据风车运行方向与风向夹角的信息，对能产生运转效益复叶面、前倾复叶面，调整单叶片叶面平行覆盖在复叶面的网格框架(204)上，使复叶面平面形成不透风的墙，从而受到压力，在压力作用下推动风车运行；
c.对不能产生运转效益复叶面，调整单叶片叶面角度到风车运行方向与风向夹角的1/2的角度，使单叶片叶面产生有利于其沿风车运行方向运动的分力，使单叶片继续产生运转效益；
d.对不能产生运转效益前倾复叶面，调整单叶片叶面与水平面平行，以降低阻力；
e.风车车体(3)承载的方形连体复叶片(2)运行到风车轨道(4)一端端点再返回运行，到端点前通过风车远程自动控制系统(1)控制单叶片对风调向装置让单叶片自转并调整转变叶片受力方向，同时调节并联作业的气泵(601)和气动马达(602)动力输出方向，控制风车车体(3)变向做往返运行。
10.根据权利要求9所述的轨道承载复叶片往复运行对风调向方法，其特征在于，如遇到强风，通过单叶片对风调向装置，把复叶片最高层单叶片叶面调节成与风向平行、始终以最小面积抗风；如让所有单叶片叶面与风向平行时则使风车停止做功以抗超强风。
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