CN205001122U - 一种高空风能风力发电装置及风能动力系统 - Google Patents

Abstract

一种高空风能风力发电装置，用于在高空收集风能，将风能转换为机械能，其包括：与地面成一角度设置的做功绳,从下至上依次连接在做功绳上的控制箱、动力箱、做功伞和平衡装置，且控制箱固定做功绳上且无线连接中央控制装置,连接在做功伞的伞形边缘与控制箱之间的若干细绳；本实用新型还公开一种采用了高空风能风力发电装置实现的风能动力系统，包括有卷扬机、单向离合器、做功装置和中央控制转置。本实用新型控制容易，且做功伞的开合不会影响空中平衡系统的稳定性，空中部分具有良好的稳定性能和控制性能，且地面部分做功机械传递能量的稳定性能都得到了很大的提高。

Description

一种高空风能风力发电装置及风能动力系统

技术领域

本实用新型涉及一种新型风能转换系统，尤其是涉及一种风能应用中将高空风能转换为动力的高空风能风力发电装置，以及采用了高空风能风力发电装置实现的风能动力系统。

背景技术

随着世界上化石能源的不可逆消耗，可再生能源越来越受到各国政府的重视，风能作为一种可再生清洁能源在世界上的使用范围也是越来越广。相对于地面风，高空风风力有着更强更稳定的优点，更适合用于风能的转化利用，现在也有很多高空风能应用设备，但是都存在高空部分设备难于控制和能量转换不稳定的缺陷。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种高空风能风力发电装置及风能动力系统。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种高空风能风力发电装置，其特征在于：包括有一端连接在卷扬机上的做功绳和在所述做功绳上从下至上依次设置的控制箱、动力箱、做功伞、挡块和平衡装置，所述控制箱内设置有位置检测器和锁紧装置。

平衡装置包括升力导引体和平衡伞，升力导引体固定在做功绳的顶部末端，所衡伞固定连接在做功绳上，位于升力导引体下方，且一直保持打开状态,保证了做功绳在上升过程的稳定。

挡块固定在做功绳上，位于做功伞与平衡装置之间，在做功伞的收拢过程中起重要作用。

控制箱内包含有位置检测器、控制器和锁紧装置，位置检测器用来确定控制箱实时高度位置，控制器用来接受和发送控制信号，锁紧装置用来使控制箱相对固定通过做功伞上升拉动做功绳上升。

一种风能动力系统，用于在高空收集风能，将风能转换为机械能，包括与高空风能风力发电装置的做功绳的下端连接的卷扬机，通过单向离合器连接卷扬机的做功装置和用于控制高空风能风力发电装置和卷扬机的中央控制装置，且根据控制箱发出的放绳完毕信号控制卷扬机转动以牵引做功绳下降。

高空风能风力发电装置中的做功绳连接在卷扬机的万向滑轮轴及卷筒。

卷扬机和做功装置之间连接有单向离合器，所述单向离合器的中心轴承一端通过联轴器与卷扬机的转轴连接，另一端通过联轴器与做功装置的传动轴连接。

卷扬机包括：连接做功绳的卷筒、电磁离合器、减速齿轮箱、由中央控制装置控制转动的电动机和万向滑轮轴，所述电磁离合器的中心转轴通过减速齿轮箱连接卷筒的转轴，且电磁离合器与电动机耦接。

做功装置可以为发电机、抽水机或搅拌机等等可以将机械能转化成有用输出的设备。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：相对于现有技术，空中部分具有良好的稳定性能和控制性能，地面部分做功机械传递能量的稳定性能都得到了很大的提高。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明：

图1为本实用新型的机构示意图；

图2为高空风能风力发电装置的工作原理图；

图3为中央控制装置对卷扬机和控制箱的控制关系示意图。

图中：1.高空风能风力发电装置2.卷扬机3.做功装置4.中央控制系统5.单向离合器6.联轴器10.做功绳11.做功伞12.挡块13.控制箱16.升力引导体17.平衡伞18.细绳20.卷筒21.电磁离合器22.减速齿轮23.电动机24.万向滑轮轴210.中心转轴50.中心轴承30.传动轴

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式进一步详细说明。

基于现有高空风能应用设备存在高空部分设备难于控制和能量转换不稳定的缺陷，本实用新型提出一种风能应用中将风能转换为动力的一种高空风能风力发电装置及风能动力系统。

如图1实施例所示，本实用新型提出一种风能动力系统包括：用于在高空收集风能，将风能转换为机械能的高空风能风力发电装置1；连接高空风能风力发电装置1的卷扬机2，该卷扬机2轴连接做功装置3，由卷扬机2进一步将机械能传递给做功装置3；以及用于控制高空风能风力发电装置1和卷扬机2的中央控制装置4。且卷扬机2、做功装置3和中央控制装置4固定在地面上。

其中，高空风能风力发电装置1包括：做功绳10，该做功绳10的一末端通过万向滑轮轴(24)连接在卷扬机2的卷筒20、另一末端连接氦气球16；做功伞11和平衡伞17设置在做功绳10上彼此之间保持有一定距离，且平衡伞17位于做功伞11的上方；挡块12设置在做功伞11和平衡伞17之间；在做功伞11的伞形边缘上连接至少3根细绳18，每根细绳18的一端系住所述做功伞11的外侧边缘，另一端固定连接位于做功伞11下方的控制箱13上；在控制箱13内装有位置改变装置和位置检测器，控制箱13与动力箱19之间通过无线电控制信号联系，当控制箱13的位置改变时动力箱19在中央控制装置4的控制下沿做功绳上下运动实现控制做功伞11的开合。

卷扬机2为卧式电动卷扬机，包括有卷筒20、电磁离合器21、减速齿轮箱22、电动机23和万向滑轮轴24，电磁离合器21的中心转轴210通过减速齿轮箱22连接卷筒20的转轴200，且电磁离合器21与电动机23耦接；电动机23连接中央控制装置4，由中央控制装置4控制电动机23工作，从而通过电磁离合器21和减速齿轮箱22驱动卷筒20正向转动或反向转动，反向转动时控制做功绳10收拢做功伞11的收伞速度。

另外，固定在地面的卷扬机2和做功装置3之间连接有单向离合器5，单向离合器5的中心轴承50的其中一端通过联轴器与卷扬机2的转轴连接，另一端通过另一个联轴器与做功装置3的传动轴30连接；其中，单向离合器5的传动方向为所述做功绳10上升做功时卷筒20的转动方向，这样，卷扬机2就通过单向离合器5将机械能传递给做功装置3。

在一个优选实施例中，控制箱13中的位置检测器包括GPS信号接收器和控制器，GPS信号接收器从卫星接收GPS信号，由控制器分析GPS信号获取控制箱13的位置信息，并根据控制箱13的位置信息是否达到工作下限位置B1或工作上限位置B2，分别发出第一提示信号或第二提示信号，控制器将GPS信号转发给中央控制装置4，由中央控制装置4判断控制箱13的位置信息，并根据控制箱13的位置信息发出第一或第二控制信号。

在一个优选实施例中，做功装置3为发电机，卷扬机2通过中心轴转动带动发电机转动，将机械能传递给发电机，由发电机转动产生电能，实现风能-机械能-电能的转换。当然，做功装置也可以为抽水机或搅拌机，抽水机或搅拌机同样可以通过卷扬机2的转动传递机械能，从而带动抽水机或搅拌机做功，实现高空风能、机械能和做功装置所需能量之间的转化。

结合图2和图3所示，本实用新型提出的工作原理如下：

卷扬机2、做功装置3和中央控制装置4固定在地面上，做功绳10穿过万向滑轮轴24并系住升力氦气球16；升力氦气球16和平衡伞17在风力的作用下上升，在上升时和之后工作状态，升力氦气球16和平衡伞17始终保持打开，保持空中部分的平衡和稳定，做功伞11的开合不会影响空中平衡系统的稳定性，使本实用新型空中部分具有良好的稳定性能和控制性能，且地面部分做功机械传递能量的稳定性能都得到了很大的提高。

一开始控制箱13固定连接在做功绳10上的某个位置，控制箱13与卷扬机2的卷筒20之间做功绳10的长度B；以卷扬机2、做功装置3和中央控制装置4固定的地面为地面，在工作过程中，固定在做功绳10上的控制箱13在相对地面的工作下限高度B1和工作上限高度B2。

一种高空风能风力发电装置具体工作工作过程：

1、未工作状态下，做功伞11处于收拢状态；在自身重力作用下，做功伞11和控制箱13相对地面均位于工作下限高度B1的位置。

2、当做功伞张开，风动对做功伞产生巨大的向上升力，做功伞11受风力作用开始上行。其开伞过程为：控制箱13根据中央控制装置4发出的第一控制信号，控制动力箱19上行，而控制箱13本身则下行到某一位置，控制箱13位置变化，同时通过细绳18拉动伞边缘沿着做功绳10下行，而动力箱19通过向上运动带动伞11向上进而实现伞11张开。伞11张开的初始阶段为控制箱13和动力箱19分别向下和向上运动实现伞11的初步张开，这一过程受风力影响，风力越大则此过程越短。伞11张开的后段则完全由风力完成。当伞11完全张开后伞11受风力作用产生巨大向上升力，通过控制箱13拉动做功绳10向上运动。

3、当风速达到一定的条件时，做功伞11已完全打开，此时，控制箱13上升至工作下限位置B1与上限位置B2之间。由于做功伞11打开时迎风面积很大，在风力的作用下，做功伞11继续上升使做功绳10产生很大的向上的牵引力，带动卷筒20转动，而卷筒20通过单向离合器5、联轴器驱动做功装置3工作。

4、当控制箱13上升至工作上限高度B2时，控制箱13中的位置检测器向控制箱13发出已到达工作上限高度B2的第二提示信号，控制箱13检测到第二提示信号并反馈给中央控制装置4，由中央控制装置4向控制箱13发出的第二控制信号，控制箱13根据第二控制信号控制解锁装置解锁，此时控制箱13可沿做功伞绳10自由滑动；同时，由于做功伞11保持打开状态在风的作用下继续上升，伞绳18带动控制箱13快速上升，此上升速度快过动力箱及伞11的上升速度。由于在做功绳10上方设有挡块12，做功伞11的伞形顶部被挡块12阻挡停止上升，而控制箱13在惯性作用下继续上升，从而使系在控制箱13与做功伞11外侧边缘之间的细绳18不再受力，使做功伞11收合起来。

5、做功伞11收合完毕后，控制箱13发出收伞完毕信号传递给动力箱19，同时，控制箱13将收伞完毕信号无线传送给地面的中央控制装置4，中央控制装置4同时控制卷扬机2中的电动机23转动，带动电磁离合器21传动，其中，电磁离合器21的传动方向与所述做功绳10上升做功时卷筒20的转动方向相反，使卷筒20反方向转动而将控制箱13与卷扬机2的卷筒20之间做功绳10收拢，因为单向离合器5的存在所以做功装置3并不会对收拢过程产生阻力。

6、当控制箱13下降到重新到达工作下限高度B1时，控制箱13中的位置检测器向控制箱13发出已到达工作下限高度B1的第一提示信号，控制箱13检测到第一提示信号并反馈给中央控制装置4，由中央控制装置4向控制箱13发出的第一控制信号，控制箱13根据第一控制信号控制控制箱13的锁紧装置锁紧做功绳10同时发信号至动力箱19向上运动使伞11被拉开，在风的作用下做功伞11重新打开进行新一轮的上升做功运动，周而复始。

在做功伞11打开后，拉动做功绳10上升的过程中，做功绳10对卷扬机2的卷筒20产向上牵引力，带动卷筒20转动，而卷筒20通过单向离合器5、联轴器驱动做功装置3工作；而做功伞11收拢后，不再拉动做功绳10上升，做功绳10也不再对卷筒20产向上牵引力，此时是无法驱动做功装置3工作。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高空风能风力发电装置，包括有作为牵引缆绳的做功绳(10)其特征在于：在所述做功绳(10)上从下至上依次设置的控制箱(13)、动力箱(19)、做功伞(11)、挡块(12)和平衡装置,所述控制箱(13)内设置有位置检测器和锁紧装置。

2.根据权利要求1所述的一种高空风能风力发电装置，其特征在于：平衡装置包括升力导引体(16)和平衡伞(17)，所述升力导引体(16)固定在做功绳(10)的顶部末端，所述平衡伞(17)固定连接在做功绳(10)上，位于升力导引体(16)下方。

3.根据权利要求1所述的一种高空风能风力发电装置，其特征在于：所述平衡伞一直保持打开状态。

4.根据权利要求1所述的一种高空风能风力发电装置，其特征在于：所述挡块(12)固定在做功绳(10)上，位于做功伞(11)与平衡装置之间。

5.一种风能动力系统，其特征在于：包括如权利要求1-4任意一项所述的一种高空风能风力发电装置(1)，与所述高空风能风力发电装置(1)的做功绳(10)的下端连接的卷扬机(2)，做功装置(3)和用于控制高空风能风力发电装置(1)和卷扬机(2)的中央控制装置(4)，所述卷扬机(2)轴通过单向离合器(5)连接做功装置(3)，为做功装置(3)提供动力，所述中央控制装置(4)与控制箱(13)无线连接。

6.根据权利要求5所述风能动力系统，其特征在于：高空风能风力发电装置(1)中的做功绳(10)连接在万向滑轮轴(24)及卷筒(20)上。

7.根据权利要求5所述风能动力系统，其特征在于：所述卷扬机(2)和做功装置(3)之间连接有单向离合器(5)，所述单向离合器(5)的中心轴承(50)一端通过联轴器与卷扬机(2)的转轴连接，另一端通过联轴器与做功装置(3)的传动轴(30)连接。

8.根据权利要求5所述风能动力系统，其特征在于：所述卷扬机(2)包括：连接做功绳(10)的卷筒(20)、电磁离合器(21)、减速齿轮箱(22)、由中央控制装置(4)控制转动的电动机(23)和万向滑轮轴(24)，所述电磁离合器(21)的中心转轴(210)通过减速齿轮箱(22)连接卷筒(20)的转轴，且电磁离合器(21)与电动机(23)耦接。

9.根据权利要求5所述风能动力系统，其特征在于：做功装置(3)为发电机、抽水机或搅拌机。