[發明專利]一種高空風力發電機的浮空氣囊

在審

• 申請號: 201710139874.9
• 申請日: 2017-03-10
• 公開（公告）號: CN106762434A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 吳艷輝;趙征;汪一舟;是介;劉漢儒
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: F03D9/25
• 分類號: F03D9/25;F03D7/00;F03D5/00
• 代理公司: 西北工業大學專利中心61204
• 代理人: 華金

技術領域

本發明屬于高空風力發電技術領域，特別涉及一種高空風力發電機的浮空氣囊。

背景技術

風能是清潔的可再生能源，如何高效利用風能的課題得到世界各國的重視。目前，低空風力發電技術已趨于成熟，人類正向高空風能領域挺進。最新研究指出：風能密度隨海拔高度增加成倍提高，且風向風速均勻，是風力發電的理想選擇。海拔較低空域風向風速受到地形因素影響較大，時刻處于變化的不穩定狀態，限制了風能的利用。由于技術水平的限制，主流風力發電機均采用風輪搭配塔架的建設方式，發電設備距地面幾十米左右，無法實現高空風能的利用。強風期間這種塔架式風力發電機反而不能工作，無法充分利用風能。

現有高空風力發電技術主要有風箏式和氣囊式兩大類，且均處于理論驗證或模型制作階段，沒有得到廣泛應用。部分發明人設計了一種風箏式風力發電機，如申請號為“200910075130.0”的《一種高空軌道帆板風力發電機》和申請號為“CN201310704589.9”的《一種風箏發電裝置及其發電控制方法》。這種模式的高空風力發電機用風箏作為浮力體，用繩索與發電設備連接。其位置、狀態和提供的浮力大小受風速和風向影響較大，存在安全隱患。氣囊式風力發電機多采用氦氣囊作為浮力體，如申請號為“201410704573.2”的《一種高空風力發電設備》，其主體由多個橢球形氣囊橫向連接組成，沒有對姿態調整方式進行結構設計，安裝控制困難，風阻較大。又如申請號為“200810028155.0”的《高空球形空腔渦輪式風力發電機》，采用球形氦氣囊懸掛發電機組的方式。該型設計較難調節和控制滯空設備姿態。其固定發電機的具體結構并未公開，且一旦發生氦氣泄露的事故易發生急速墜落，發電效率和安全性大大降低。

為了克服現有技術缺陷，本發明公開一種行之有效的環狀分離式氦氣浮空氣囊，安裝控制簡單，方便對滯空設備進行姿態調整，風能利用率高。

發明內容

本發明解決的技術問題是：為了避免現有技術的不足之處，本發明提出了一種新型高空風力發電機的浮空氣囊。

本發明的技術方案是：一種高空風力發電機的浮空氣囊，包括氣囊1、液壓伸縮桿5、十字尾舵板4、尾翼2和骨架；所述氣囊1內的骨架與液壓伸縮桿5連接，液壓伸縮桿5與十字尾舵板4連接，液壓伸縮桿5軸線與氣囊軸線重合；若干所述尾翼2固定在氣囊(1)側壁上，且沿氣囊1軸線周向均布；尾翼2上安裝方向舵3。

本發明的進一步技術方案是：所述氣囊1由若干環狀體組成，且環狀體與環狀體之間設有隔膜，環狀體與環狀體連接處設有骨架。

本發明的進一步技術方案是：所述骨架包括環形碳纖維骨架6和臺狀碳纖維骨架7。

本發明的進一步技術方案是：所述環形碳纖維骨架6采用以玻璃纖維、碳纖維和芳綸纖維為增強體的輕質碳纖維材料制成。

本發明的進一步技術方案是：所述臺狀碳纖維骨架7采用以玻璃纖維、碳纖維和芳綸纖維為增強體的輕質碳纖維材料制成。

本發明的進一步技術方案是：所述臺狀碳纖維骨架7為沿氣囊軸線具有兩層環形結構，通過與氣囊曲率相同的六個均布的碳纖維管相連接。

本發明的進一步技術方案是：所述環形碳纖維骨架6位于氣囊前部，與液壓伸縮桿5相連接處的氣囊骨架為臺狀碳纖維骨架7。

本發明的進一步技術方案是：每個尾翼2上裝有兩個方向舵3，由步進電機控制運轉，借助風力和方向舵3使得氣囊始終正對迎風方向。

本發明的進一步技術方案是：所述十字尾舵板4為兩個垂直交叉的PVC板，氣流在表面分離，使氣囊1保持迎風方向。

發明效果

本發明的技術效果在于：本發明提出的一種新型高空風力發電機的浮空氣囊，其采用6個大小不等的相互獨立環狀氦氣氣囊拼接而成，提供全部升力，氣囊相互獨立可有效的避免因氣囊破損而造成發電機急速墜落，既可以保護發電設備，也可以避免損壞地面設施及保障下方人員安全。尾翼與十字尾舵板為機械控制調節方向，方向舵與液壓伸縮桿為電子控制調節姿態平衡，這種雙控制模式同時考慮了機械調節的可靠性和電子調節的精確性。尾翼與十字尾舵板起到對正方向的作用，方向舵使其避免發生滾轉運動，液壓伸縮桿避免前傾后傾。先收斂后擴張形的氣囊結構使得氣流進入氣囊空腔擴張段時減速增壓，得以有足夠的推力推動發電機運轉，之后由收斂段加速排出。氣囊提供的浮力穩定，受風速風向變化影響小，空間位置容易操控，且放氣回收后體積小，可根據需求簡單收放和進行運輸。

附圖說明

圖1為整體示意圖

圖2為氣囊整體結構圖

圖3為氣囊整體結構剖視圖