CN117948232A - 一种滚梯式高空风能发动机设备及方法 - Google Patents

一种滚梯式高空风能发动机设备及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种滚梯式高空风能发动机设备及方法，属于高空风能发动机技术领域。技术方案是：吊装架（8）通过吊绳（16）悬挂在高空风筝作业平台（12）下面，吊装架通过吊装架定位绳（18）连接在底座（1）上；传动轮（6）与下转动轮（15）的高度相同，上转动轮（14）的位置高于传动轮和下转动轮，传动轮、下转动轮和上转动轮构成三角形的三个顶点；所述传动索（2）上设置多个叶片（3），传动索为环形，环绕在传动轮、下转动轮和上转动轮上。本发明的有益效果：利用高空风筝作业平台在高空悬挂滚梯式风能发电系统，增加受力面积，充分利用高空风能连续运转并产生高速的旋转动力，源源不断的把动力传导到发动机，风能转化效率高。

Description

一种滚梯式高空风能发动机设备及方法
技术领域
本发明涉及一种滚梯式高空风能发动机设备及方法，属于高空风能发动机技术领域。
背景技术
高空风能的利用是在高空中采集风能，将风能转化为机械能，最后将机械能转换为电能或其它形式的能量。现有利用高空风能进行发电的方式主要有两种：一种是将发电机悬置于高空中；另一种是将发电机设置在地面。发电机悬置于高空的发电系统，由于受制于空中系统的重量和体积不能过大等问题导致空中部分不能实现很好地控制和实现大的发电量；而将发电机设置于地面依靠高空风筝做功存在的问题是：高空风筝型发电的发电机设置在地面，可风筝型高空风能发电系统的风筝既是平衡体又是做功体，在平衡和做功之间相互影响，不能实现很好的做功效果，另外，高空风筝的放飞和控制、在高空能否长期停留都是影响风筝做功的重要因素。例如：中国专利CN202221696011.4名称“一种串接电动机的高空风能地面发电机组”、CN 201721488275.X名称“一种并联式中高空风能地面发电机组”等等，就是利用高空风筝做功传输到地面发电。本申请人提交了中国发明专利申请“一种高空风能飞行翼绕轴旋转飞行发动机动力系统及传输方法”，申请号2024102907197，通过高空的风筝作业平台悬挂高空风能飞行翼，高空风能飞行翼绕轴旋转飞行,利用高空的风能在高空长期连续运转并产生高速的旋转动力，源源不断的把动力传导到地面上的风能发动机，解决了一定问题，但是，仅仅依靠高空风能飞行翼绕轴旋转飞行带动发动机做功，受力面积小，不能对高空风能充分利用，风能转化效率低，很难体现高空风力发电的优势。
发明内容
本发明的目的是提供一种滚梯式高空风能发动机设备及方法，利用高空风筝作业平台在高空悬挂滚梯式风能发电系统，增加受力面积，充分利用高空风能连续运转并产生高速的旋转动力，源源不断的把动力传导到发动机，风能转化效率高，解决已有技术存在的上述技术问题。
本发明的技术方案是：
一种滚梯式高空风能发动机设备，包含高空风筝作业平台、滚梯式风能发电系统和地面平台，地面平台包含环形轨道、绳索和轨道车，环形轨道设置在地面，高空风筝作业平台设置在高空，环形轨道上设置多个轨道车，高空风筝作业平台通过多根绳索与轨道车连接，轨道车在环形轨道上滑动并不会脱离环形轨道；滚梯式风能发电系统悬挂在高空风筝作业平台下方，所述滚梯式风能发电系统包含底座、传动索、叶片、前支架、后支架、传动轮、发动机、吊装架、上转动轮和下转动轮，底座上设置前支架和后支架，前支架上设有下转动轮，后支架上设有传动轮，吊装架上设置上转动轮，吊装架通过吊绳悬挂在高空风筝作业平台下面，吊装架通过吊装架定位绳连接在底座上；传动轮与下转动轮的高度相同，上转动轮的位置高于传动轮和下转动轮，传动轮、下转动轮和上转动轮构成三角形的三个顶点；所述传动索上设置多个叶片，传动索为环形，环绕在传动轮、下转动轮和上转动轮上，所述传动轮与发动机的输入轴连接；所述前支架朝向迎风面。
所述叶片为矩形，所述传动轮、下转动轮和上转动轮的数量均为两个，构成相互平行的两组三角形；所述传动索为两套，每套传动索环绕一组三角形，两套传动索之间设置多个矩形的叶片，矩形叶片的中心轴线与地面平行，高空风力吹动矩形叶片通过传动索带动传动轮转动，环形的传动索及矩形叶片循环转动，类似滚梯。
所述上转动轮与传动轮位于同一垂线上，传动轮、下转动轮和上转动轮构成直角三角形的三个顶点。
所述叶片与传动索之间设有支撑架，提高叶片的安装强度。
所述吊装架与轨道车通过定位绳索连接，对滚梯式风能发电系统进行定位；所述吊装架定位绳限定吊装架的悬挂高度。
所述发动机安装在底座上，通过传动机构与传动轮连接；或者发动机安装在后支架上，与传动轮直接连接。
所述底座是安装地面设备的平台，是可以根据风的方向进行转动。
所述绳索、吊绳、定位绳索和吊装架定位绳的长度均为可调的，根据需要进行长度调整。
所述高空风筝作业平台由多个相互平行的风筒排列组合而成，所述风筒为柔性材料制成的前端开口长筒形状，相邻风筒之间通过连接件连接，共同组成高空风筝作业平台；风筒的中心轴线与地面平行或具有倾角，迎风角越大，风筒的中心轴线与地面倾角越大；高空风速越高，风筒的中心轴线与地面越接近平行。
一种高空风能利用方法，滚梯式风能发电系统位于高空风筝作业平台和地面平台之间，高空风能吹动矩形叶片通过传动索带动传动轮转动，环形的传动索及矩形叶片循环转动，传动轮转动带动发动机的输入轴转动做功。
用定位绳索将高空的悬挂的滚梯式风能发电系统与地面平台锁死定位，防止高空风筝作业平台将设备吊升至无限的高空。
所述底座为圆盘，可以随着上面的高空风筝作业平台的转动而转动，传动轮转动的动力是来自于传动索上的叶片受到风的吹动产生巨大的动力, 传动索通过前支架上面的下转动轮使传动索转向，向上做45度角的运动，传动索到达高空的吊装架下方的上传动轮之后转向，向下运动到达后支架底部的传动轮，之后又转向做水平运动到达前支架的下转动轮转向，循环运动把高空的风能转化成动能，带动发动机高速运转。
所述直角三角形的底边锐角越小，上升的动力越大。
所述叶片与传动索之间的角度是固定的，叶片是固定在传动索上的。叶片与传动索之间的角度小于90度，这样在传动索向下运动时，风吹它的时候会产生一种向下的压力；向下运行的时候也是风在压着叶片往下走，叶片与绳索的角度越小压力越大。
叶片可以使用软材料也可以使用硬材料。例如：超薄的不锈钢片，或者风筝布料。
所述后支架与吊装架之间可以根据高度需要直接连接，也可以用吊装架定位绳软连接。
本发明的有益效果：利用高空风筝作业平台在高空悬挂滚梯式风能发电系统，增加受力面积，充分利用高空风能连续运转并产生高速的旋转动力，源源不断的把动力传导到发动机，风能转化效率高。
附图说明
图1为本发明实施例使用状态示意图；
图2为本发明实施例滚梯式风能发电系统正面示意图；
图3为本发明实施例滚梯式风能发电系统侧视示意图；
图4为本发明实施例滚梯式风能发电系统俯视示意图；
图5为本发明实施例滚梯式风能发电系统立体示意图；
图中：底座1、传动索2、叶片3、前支架4、后支架5、传动轮6、发动机7、吊装架8、环形轨道9、绳索10、轨道车11、高空风筝作业平台12、支撑架13、上转动轮14、下转动轮15、吊绳16、定位绳索17、吊装架定位绳18。
具体实施方式
以下结合附图，通过实施例对本发明做进一步说明。
一种滚梯式高空风能发动机设备，包含高空风筝作业平台12、滚梯式风能发电系统和地面平台，地面平台包含环形轨道9、绳索10和轨道车11，环形轨道9设置在地面，高空风筝作业平台12设置在高空，环形轨道9上设置多个轨道车11，高空风筝作业平台12通过多根绳索10与轨道车11连接，轨道车11在环形轨道9上滑动并不会脱离环形轨道9；滚梯式风能发电系统悬挂在高空风筝作业平台12下方，所述滚梯式风能发电系统包含底座1、传动索2、叶片3、前支架4、后支架5、传动轮6、发动机7、吊装架8、上转动轮14和下转动轮15，底座1上设置前支架4和后支架5，前支架4上设有下转动轮15，后支架5上设有传动轮6，吊装架8上设置上转动轮14，吊装架8通过吊绳16悬挂在高空风筝作业平台12下面，吊装架8通过吊装架定位绳18连接在底座1上；传动轮6与下转动轮15的高度相同，上转动轮14的位置高于传动轮6和下转动轮15，传动轮6、下转动轮和上转动轮14构成三角形的三个顶点；所述传动索2上设置多个叶片3，传动索2为环形，环绕在传动轮6、下转动轮和上转动轮14上，所述传动轮6与发动机7的输入轴连接；所述前支架4朝向迎风面。
所述叶片3为矩形，所述传动轮6、下转动轮和上转动轮14的数量均为两个，构成相互平行的两组三角形；所述传动索2为两套，每套传动索2环绕一组三角形，两套传动索2之间设置多个矩形的叶片，矩形叶片的中心轴线与地面平行，高空风力吹动矩形叶片通过传动索2带动传动轮6转动，环形的传动索及矩形叶片循环转动，类似滚梯。
所述上转动轮14与传动轮6位于同一垂线上，传动轮6、下转动轮15和上转动轮14构成直角三角形的三个顶点。
所述叶片3与传动索2之间设有支撑架13，提高叶片的安装强度。
所述吊装架8与轨道车11通过定位绳索17连接，对滚梯式风能发电系统进行定位；所述吊装架定位绳18限定吊装架8的悬挂高度。
所述发动机7安装在底座1上，通过传动机构与传动轮6连接；或者发动机7安装在后支架5上，与传动轮6直接连接。
所述底座1是安装地面设备的平台，是可以根据风的方向进行转动。
所述绳索10、吊绳16、定位绳索17和吊装架定位绳18的长度均为可调的，根据需要进行长度调整。
所述高空风筝作业平台12由多个相互平行的风筒排列组合而成，所述风筒为柔性材料制成的前端开口长筒形状，相邻风筒之间通过连接件连接，共同组成高空风筝作业平台12；风筒的中心轴线与地面平行或具有倾角，迎风角越大，风筒的中心轴线与地面倾角越大；高空风速越高，风筒的中心轴线与地面越接近平行。
一种高空风能利用方法，滚梯式风能发电系统位于高空风筝作业平台12和地面平台之间，高空风能吹动矩形叶片通过传动索2带动传动轮6转动，环形的传动索及矩形叶片循环转动，传动轮6转动带动发动机7的输入轴转动做功。
用定位绳索17将高空的悬挂的滚梯式风能发电系统与地面平台锁死定位，防止高空风筝作业平台12将设备吊升至无限的高空。吊装架定位绳18为四根，从底座1至吊装架8进行连接固定。
所述底座1为圆盘，可以随着上面的高空风筝作业平台的转动而转动，传动轮6转动的动力是来自于传动索2上的叶片3受到风的吹动产生巨大的动力, 传动索2通过前支架4上面的下转动轮15使传动索2转向，向上做45度角的运动，传动索2到达高空的吊装架8下方的上传动轮之后转向，向下运动到达后支架5底部的传动轮6，之后又转向做水平运动到达前支架4的下转动轮转向，循环运动把高空的风能转化成动能，带动发动机7高速运转。
所述直角三角形的底边锐角越小，上升的动力越大，本实施例为45度。
所述叶片与传动索2之间的角度是固定的，叶片是固定在传动索2上的。叶片与传动索2之间的角度小于90度，这样在传动索2向下运动时，风吹它的时候会产生一种向下的压力；向下运行的时候也是风在压着叶片往下走，叶片与绳索的角度越小压力越大。
叶片可以使用软材料也可以使用硬材料。例如：超薄的不锈钢片，或者风筝布料。
所述后支架5与吊装架8之间可以根据高度需要直接连接，也可以用吊装架定位绳18软连接。
所述高空风筝作业平台是由环形轨道上的轨道车进行控制的。轨道车上设有绞盘或滚筒收放线。
在实施例中，高空风筝作业平台12是一种高空风筒集成阵列式高空作业平台，可以根据需要的升力进行组合，具有巨大的升力并可以长期稳定地在空中停留，通过地面的巨型环形轨道上的很多个轨道车上的绳索（风筝线绞盘）对高空风筝作业平台进行360度的控制。
具体实施过程：高空风筝作业平台12是由地面的环形轨道上的轨道车牵引放飞的，高空风筝作业平台及悬挂的滚梯式风能发电系统进行放飞并长期悬挂在高空。滚梯式风能发电系统的设备按顺序逐一放飞，放飞悬挂至高空指定的高度，通过定位绳索17悬挂4个角，还应该有四根吊装架定位绳，从底座1至吊装架8进行连接固定。
将滚梯式风能发电系统锁死定位，以免被高空风筝作业平台的巨大升力拉至无限的高度。
本发明的所有设备放飞升空时都是通过高空风筝作业平台的环形轨道绳索牵引车进行控制放飞的，高空中的所有信息都是通过高空风筝作业平台的各种仪表通过无线传感器进行采集收纳，所使用的仪表包括；升降速度表、海拔高度表、地平仪、磁罗盘、陀螺仪、风轮转速表、电流表和电压表等，使用各种传感器包括海拔高度传感器，各个高度的风向、风速、风压传感器，温度湿度传感器，空气密度传感器，紫外线强度传感器，各个节点的拉力传感器等等。通过各个不同位置的各种监控和遥控传输设备，对高空的所有设备进行实时监控。
高空所有需要用电的设备和各种传感器的用电都是通过高空太阳能发电设备获取的，高空风筝作业平台有足够的安装位置。
本发明所有的空中运转的调整都可以通过无线遥控系统进行，所有的高空绳索需要调整的部位都要安装无线遥控调整系统，按需通过无线遥控进行调整。

Claims (8)

1.一种滚梯式高空风能发动机设备，其特征在于：包含高空风筝作业平台（12）、滚梯式风能发电系统和地面平台，地面平台包含环形轨道（9）、绳索（10）和轨道车（11），环形轨道（9）设置在地面，高空风筝作业平台（12）设置在高空，环形轨道（9）上设置多个轨道车（11），高空风筝作业平台（12）通过多根绳索（10）与轨道车（11）连接，轨道车（11）在环形轨道（9）上滑动并不会脱离环形轨道（9）；滚梯式风能发电系统悬挂在高空风筝作业平台（12）下方，所述滚梯式风能发电系统包含底座（1）、传动索（2）、叶片（3）、前支架（4）、后支架（5）、传动轮（6）、发动机（7）、吊装架（8）、上转动轮（14）和下转动轮（15），底座（1）上设置前支架（4）和后支架（5），前支架（4）上设有下转动轮（15），后支架（5）上设有传动轮（6），吊装架（8）上设置上转动轮（14），吊装架（8）通过吊绳（16）悬挂在高空风筝作业平台（12）下面，吊装架（8）通过吊装架定位绳（18）连接在底座（1）上；传动轮（6）与下转动轮（15）的高度相同，上转动轮（14）的位置高于传动轮（6）和下转动轮（15），传动轮（6）、下转动轮和上转动轮（14）构成三角形的三个顶点；所述传动索（2）上设置多个叶片（3），传动索（2）为环形，环绕在传动轮（6）、下转动轮和上转动轮（14）上，所述传动轮（6）与发动机（7）的输入轴连接；所述前支架（4）朝向迎风面。
2.根据权利要求1所述的一种滚梯式高空风能发动机设备，其特征在于：所述叶片（3）为矩形，所述传动轮（6）、下转动轮和上转动轮（14）的数量均为两个，构成相互平行的两组三角形；所述传动索（2）为两套，每套传动索（2）环绕一组三角形，两套传动索（2）之间设置多个矩形的叶片，矩形叶片的中心轴线与地面平行，高空风力吹动矩形叶片通过传动索（2）带动传动轮（6）转动，环形的传动索及矩形叶片循环转动。
3.根据权利要求1或2所述的一种滚梯式高空风能发动机设备，其特征在于：所述上转动轮（14）与传动轮（6）位于同一垂线上，传动轮（6）、下转动轮（15）和上转动轮（14）构成直角三角形的三个顶点。
4.根据权利要求1或2所述的一种滚梯式高空风能发动机设备，其特征在于：所述发动机（7）安装在底座（1）上，通过传动机构与传动轮（6）连接。
5.根据权利要求1或2所述的一种滚梯式高空风能发动机设备，其特征在于：所述发动机（7）安装在后支架（5）上，与传动轮（6）直接连接。
6.根据权利要求1或2所述的一种滚梯式高空风能发动机设备，其特征在于：所述吊装架（8）与轨道车（11）通过定位绳索（17）连接，对滚梯式风能发电系统进行定位。
7.根据权利要求1或2所述的一种滚梯式高空风能发动机设备，其特征在于：所述叶片（3）与传动索（2）之间设有支撑架（13），提高叶片的安装强度。
8.一种高空风能利用方法，采用权利要求1-7任意一项所述的滚梯式高空风能发动机设备，其特征在于：滚梯式风能发电系统位于高空风筝作业平台（12）和地面平台之间，高空风能吹动矩形叶片通过传动索（2）带动传动轮（6）转动，环形的传动索及矩形叶片循环转动，传动轮（6）转动带动发动机（7）的输入轴转动做功。
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