一种悬浮设备及检修方法与流程

1.本发明涉及新能源发电技术领域，特别涉及，一种悬浮设备及检修方法。


背景技术：

2.目前，世界各大主要经济体都已经宣布要在本世纪中叶实现碳中和，为此，新能源市场发展前景极为广阔，以新能源取代旧能源产生的成本增加被称为“绿色溢价”，作为绿色溢价最低的风能前景无限，然而目前技术对风能的利用存在若干问题。
3.现有的风力发电机，工作时间短，对场地要求过高，大面积占据土地；出现故障时需要整体维护更换，维护困难，运营成本高；获取风能的能量密度过低，提供电力较弱；施工建设难度较高，运输成本高；投资回收周期过长，民营资本不愿介入，不利于推广；现有悬浮式发电机飞升高度极限为300m，位于对流层工作，极易受到天气影响，且风力不稳定，对将通过其转化的电能并入电网不利；现有悬浮式发电机升降困难，悬浮用气球体积有限导致升降高度有限。


技术实现要素：

4.针对上述缺陷，本发明解决的技术问题在于，提供一种悬浮设备及检修方法，以解决现在技术所存在的飞升高度有限导致处于对流层受天气影响较大，获取的电力不稳定；设备占地面积大，维护困难，运营成本高不易于推广的问题。
5.本发明提供了一种悬浮设备，包括：
6.支撑组件，用于固定待悬浮的设备；
7.气囊组件，包括沿所述支撑组件周向设置的若干气囊单体，相邻所述气囊单体之间通过电磁体连接，任一所述气囊单体与所述支撑组件之间电连接，若干所述气囊单体之间形成函道；
8.输送组件，与所述支撑组件连接、且与所述气囊组件可拆卸连接，用于将任一所述气囊单体输送至地面进行检修；
9.机控站，同时与所述支撑组件、所述气囊组件和所述输送组件电连接。
10.优选地，所述支撑组件包括：
11.固定环，设置于所述函道内、且同时与所述气囊组件和所述机控站电连接，所述固定环上设有第一滑道和输送孔，所述气囊组件通过所述第一滑道与所述固定环滑动连接；
12.安装架，与所述固定环连接、且贯穿所述输送孔与所述气囊组件连接，所述安装架用于对所述气囊组件进行限位；
13.定向组件，与所述固定环连接、且与所述机控站电连接，用于控制所述气囊组件的航向。
14.优选地，所述输送组件包括：
15.定位滑轮，与所述固定环转动连接；
16.悬挂件，一端连接有升降驱动器，所述悬挂件的另一端绕过所述定位滑轮与所述
升降驱动器连接，所述升降驱动器设置于地面上，用于分别对所述悬挂件的两端进行牵拉；
17.升降机，与所述悬挂件连接、且与任一所述气囊单体电连接，用于改变任一所述气囊单体的位置。
18.优选地，所述定向组件包括：
19.舵机，与所述固定环连接、且与所述机控站无线连接；
20.定风件，与所述固定环滑动连接、且与所述舵机连接，所述定风件包括沿所述固定环周向设置的若干定风翼。
21.优选地，所述升降机包括：
22.内核，包括与所述悬挂件滑动连接的抱死部、与所述悬挂件固定连接的非抱死部；
23.外柱，与所述内核转动连接、且与任一所述气囊单体可拆卸连接。
24.优选地，所述悬挂件上设有若干用于防止所述悬挂件打结的整索盘。
25.优选地，所述内核还包括与所述外柱转动连接的收放支撑件，所述抱死部和所述非抱死部均设置于所述收放支撑件内，所述收放支撑件上设有第一回收腔和第二回收腔，所述第一回收腔和所述第二回收腔用于对所述整索盘的回收及释放，所述悬挂件依次贯穿所述第一回收腔、所述非抱死部、所述第二回收腔和所述抱死部设置。
26.优选地，还包括：
27.动力飞艇，与所述支撑组件可拆卸连接；
28.转化组件，设置于所述支撑组件上，用于转化自然能或获取自然信息；
29.主变压站，同时与所述转化组件和所述机控站电连接。
30.优选地，所述整索盘上设有第一连接孔和第二连接孔，所述第一连接孔内设有固定件，所述整索盘的所述第一连接孔所在端通过所述固定件与所述悬挂件可拆卸连接，所述整索盘通过所述第二连接孔与所述悬挂件滑动连接。
31.优选地，所述抱死部内设有空腔，所述空腔内设有若干抱死滑轮，所述悬挂件从所述抱死部的一端伸入所述空腔内与若干所述抱死滑轮连接并从所述抱死部的另一端伸出，若干所述抱死滑轮与所述悬挂件卡合固定。
32.优选地，所述固定环为ω形结构，所述固定环内设有若干固定牵拉件；或/和所述固定环为碳纤维材质。
33.优选地，所述气囊单体为梭形结构、且为半硬质材料。
34.优选地，所述悬挂件为超高分子量聚乙烯-铝复合材质；或/和所述整索盘上设有用于放大雷达信号的透镜。
35.优选地，还包括用于将新的所述悬挂件替换旧的所述悬挂件的替换组件，所述替换组件包括接环、贯穿所述接环设置的围缆。
36.本发明还提供一种检修方法，用于上述的悬浮设备，包括：
37.步骤1、所述固定环实时监测所述气囊组件的工作状态，当监测到任一所述气囊单体处于故障或者待检状态时，发送故障信号至所述机控站；
38.步骤2、所述机控站接受并处理所述故障信号，并控制所述升降机上升至靠近所述输送孔的位置；
39.步骤3、所述机控站远程控制所述气囊单体分别与所述固定环和所述升降机之间的连接关系，将需要传送的所述气囊单体与所述升降机连接；
40.步骤4、所述升降机携带待传送的所述气囊单体返回地面，工作人员对所述气囊单体进行检修；
41.步骤5、将检修完毕的所述气囊单体或全新的所述气囊单体通过所述升降机运输回所述固定环上。
42.优选地，所述步骤3具体步骤包括：
43.步骤3.1、所述升降机与所述气囊组件上靠近待传送的所述气囊单体的一端的所述气囊单体连接，所述气囊单体同时与相邻的所述气囊单体和所述固定环之间的连接断开，若与所述升降机连接的所述气囊单体为待传送的所述气囊单体，则所述升降机携带所述气囊单体至地面，并执行所述步骤4，否则执行步骤3.2；
44.步骤3.2、所述升降机携带正常工作的所述气囊单体运动一段距离后，将所述气囊单体旋转至靠近所述气囊组件另一端的位置，同时控制所述气囊组件中剩余的全部所述气囊单体沿所述第一滑道周向滑动，将所述气囊单体运输并连接至所述气囊组件远离待传送的所述气囊单体的一端，执行步骤3.1。
45.由上述方案可知，本发明提供的一种悬浮设备应用于新能源发电、新能源输电技术领域，运行时上升至平流层，受力相对稳定，通过气囊组件和输送组件使得该设备维修方便，运营成本低。该装置是一种中低平流层系留飞艇半永久发电系统，大幅度提高发电效率；减少场地要求，不占据大量土地，绝大部分人类活动区域均可使用；通过悬浮装置获取平流层的风能，不受环境变化的影响，提升发电稳定性，昼夜不间断，全年长时期发电；施工成本降低，运输成本降低。本发明还提供了一种检修方法有效控制总体造价，缩短投资回报周期，企业接受度更高，适于广泛推广。本发明解决现在技术所存在的飞升高度有限导致处于对流层受天气影响较大，获取的电力不稳定；设备占地面积大，维护困难，运营成本高不易于推广的问题，作用效果显著。
附图说明
46.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。
47.图1为本发明提供的一种悬浮设备的结构示意图；
48.图2为本发明提供的一种悬浮设备的运行示意框图；
49.图3为本发明提供的一种悬浮设备的升降机的结构示意图；
50.图4为沿图3中b-b线的剖视结构图；
51.图5为本发明提供的一种悬浮设备的固定环的结构示意图；
52.图6为图3中c处的放大结构示意图；
53.图7为本发明提供的一种悬浮设备的替换组件的结构示意图；
54.图8为本发明提供的一种悬浮设备的替换组件截面的结构示意图；
55.图9为本发明提供的一种悬浮设备的固定环的结构示意图；
56.图10为本发明提供的一种悬浮设备的固定环的立体结构示意图；
57.图11为本发明提供的一种悬浮设备的固定环的侧视结构示意图；
58.图12为本发明提供的另一种悬浮设备的立体结构示意图；
59.图13为本发明提供的另一种悬浮设备的主视结构示意图；
60.图14为本发明提供的另一种悬浮设备的侧视结构示意图；
61.图15为本发明提供的一种检修方法的步骤2中悬浮设备的状态结构示意图；
62.图16为本发明提供的一种检修方法的步骤3.1中悬浮设备的状态结构示意图；
63.图17为本发明提供的一种检修方法的步骤3.2中悬浮设备的状态结构示意图；
64.图18为本发明提供的一种检修方法的步骤4中悬浮设备的状态结构示意图。
65.图1-18中：
66.1、支撑组件；2、气囊组件；3、输送组件；4、转化组件；5、风动件；6、动力飞艇；7、替换组件；11、固定环；12、安装架；13、定向组件；21、气囊单体；22、函道；31、定位滑轮；32、悬挂件；33、升降机；34、整索盘；71、接环；72、围缆；111、第一滑道；112、输送孔；113、第二滑道；114、辅弦；115、主弦；116、电机槽；131、定风件；331、抱死部；332、非抱死部；333、外柱；334、收放支撑件；341、第一连接孔；342、第二连接孔；343、固定件；1311、定风翼；3311、空腔；3312、抱死滑轮；3341、第一回收腔；3342、第二回收腔。
具体实施方式
67.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
68.实施例1
69.请一并参阅图1至图18，现对本发明提供的一种悬浮设备的一种具体实施方式进行说明。该种悬浮设备包括支撑组件1、气囊组件2、输送组件3和机控站，其中支撑组件1用于固定待悬浮的设备，待悬浮的设备包括风力发电设备、气象监测设备、通讯设备等，该装置可广泛应用于发电、气象观察、国防、通信、无限能源传输等领域；气囊组件2包括沿支撑组件1周向设置的若干气囊单体21，相邻气囊单体21之间通过电磁体连接，任一气囊单体21与支撑组件1之间电连接，若干气囊单体21之间形成函道22，示例性的，气囊组件2固定于支撑组件1的固定环11上后形成一个内径30米以上的巨型函道22，所有气囊单体21均沿固定环11的周向移动；输送组件3与支撑组件1连接、且与气囊组件2可拆卸连接，用于将任一气囊单体21输送至地面进行检修；机控站同时与支撑组件1、气囊组件2和输送组件3电连接，操作人员通过机控站对支撑组件1、气囊组件2和输送组件3进行总体控制，机控站可以与支撑组件1、气囊组件2和输送组件3无线或有线连接。
70.为方便说明，请参阅图12，以空间任一点为原点，以升降机33运动方向为z轴，以气囊单体21的长度方向为y轴，以与y轴、z轴同时垂直的直线方向为x轴，建立直角坐标系，其中，xy平面为水平面，z轴指示方向为竖直方向，z轴正方向指示方向为上，固定环11相对于气囊组件2的位置为内。
71.在本实施例中，支撑组件1包括固定环11、安装架12和定向组件13，其中固定环11设置于函道22内、且同时与气囊组件2和机控站电连接，固定环11为ω形的环状结构，固定环11内周向设有若干固定牵拉件，固定牵拉件可以为钢丝，用于在固定环11内部形成牵拉
张力，固定固定环11的形状，固定环11结构更稳定；固定环11为碳纤维材质，实现轻量化的目的；固定环11与气囊单体21之间通过滑动轨道连接，滑动轨道的结构与悬挂式过山车结构相似，滑动轨道为现有技术，在此不做过多说明；安装架12与固定环11连接、且贯穿输送孔112与气囊组件2连接，安装架12延伸至固定环11外的一端用于对气囊组件2进行限位，安装架12可以为平行设置的两块矩形板，气囊组件2在两块矩形板之间运动；定向组件13与固定环11连接、且与机控站电连接，用于控制气囊组件2的航向。气囊组件2可以包括12到24个以电磁铁互相连接的气囊单体21，气囊单体21为梭形结构的巨型气囊、且为半硬质材料。在此，只要能够实现上述气囊组件2、固定环11相关性能作用的均在本技术文件保护的范围之内。
72.在本实施例中，输送组件3包括定位滑轮31、悬挂件32和升降机33，其中定位滑轮31与固定环11转动连接、且设置于固定环11内侧壁的顶部；悬挂件32一端连接有升降驱动器，悬挂件32的另一端绕过定位滑轮31与升降驱动器连接，升降驱动器设置于地面上，用于分别对悬挂件32的两端进行牵拉；升降机33与悬挂件32连接、且与任一气囊单体21电连接，用于改变任一气囊单体21的位置，悬挂件32贯穿升降机33设置。悬挂件32为超高分子量聚乙烯-铝复合材质的索道，该材质更符合轻量化的理念，整体结构更轻。升降驱动器可以为可收卷和释放悬挂件32的电机。通过升降驱动器对悬挂件32的一端收卷另一端释放，实现升降机33的升降移动。升降机33集成了升降结构，同时集成了与气囊单体21或安装架12上的安装槽内置结构即待悬浮的设备相连接的结构。
73.在本实施例中，升降机33包括内核和外柱333，其中内核包括与悬挂件32滑动连接的抱死部331、与悬挂件32固定连接的非抱死部332；外柱333与内核转动连接、且与任一气囊单体21可拆卸连接。内核还包括与外柱333转动连接的收放支撑件334，抱死部331和非抱死部332均设置于收放支撑件334内，收放支撑件334上设有第一回收腔3341和第二回收腔3342，第一回收腔3341和第二回收腔3342用于对整索盘34的回收及释放，悬挂件32依次贯穿第一回收腔3341、非抱死部332、第二回收腔3342、定位滑轮31、第二回收腔3342、抱死部331和第一回收腔3341设置。抱死部331内设有空腔3311，空腔3311内设有若干抱死滑轮3312，悬挂件32从抱死部331的一端伸入空腔3311内与若干抱死滑轮3312连接并从抱死部331的另一端伸出，若干抱死滑轮3312与悬挂件32卡合固定。
74.在本实施例中，悬挂件32上设有若干用于防止悬挂件32打结的整索盘34，整索盘34上设有用于放大雷达信号的透镜。整索盘34上设有第一连接孔341和第二连接孔342，第一连接孔341内设有固定件343，整索盘34的第一连接孔341所在端通过固定件343与悬挂件32可拆卸连接，整索盘34通过第二连接孔342与悬挂件32滑动连接。示例性的，整索盘34可以为椭圆形盘状结构，相邻整索盘34之间间距可以为500m，透镜为龙伯透镜，透镜可以有效放大雷达信号避免事故。整索盘34上设有触发器，当收放支撑件334升降至与整索盘34上的触发器接触时，固定件343收入整索盘34内，整索盘34与悬挂件32分离；当收放支撑件334与整索盘34分离时，固定件343弹出与悬挂件32抵接，将整索盘34与悬挂件32固定连接。
75.在本实施例中，定向组件13包括舵机和定风件131，其中舵机与固定环11连接、且与机控站无线连接；定风件131与固定环11滑动连接、且与舵机连接，定风件131包括沿固定环11周向设置的若干定风翼1311，示例性的，定风件131包括14个定风翼1311。机控站获取该装置所在位置的风向及气囊组件2的位姿，根据获取的数据控制舵机运行，舵机控制定风
件131沿固定环11的周向旋转，实现任一定风翼1311与水平面之间角度的变化，进而控制该装置的航向。在此，只要能够实现上述定风件131相关性能作用的均在本技术文件保护的范围之内。
76.在本实施例中，该种悬浮设备还包括动力飞艇6、转化组件4和主变压站，其中动力飞艇6与支撑组件1可拆卸连接；转化组件4设置于支撑组件1上、且与安装架12连接，用于转化自然能或获取自然信息；主变压站同时与转化组件和机控站电连接。机控站和主变压站设置于地面上，方便操作人员的控制与观察。气囊组件2从组装场安装完成后由动力飞艇6提供动力升入平流层，动力飞艇6在平流层牵动气囊组件2运动至目的地上方，气囊组件2上连接的升降机33将悬挂件32及电缆放下至地面与主变压站和机控站连接，同时动力飞艇6返回组装场继续转运其他气囊组件2或完成其他工作。该结构在此，只要能够实现上述动力飞艇6相关性能作用的均在本技术文件保护的范围之内。
77.实施例2
78.作为本发明实施例的一种具体实施方式，请一并参阅图1至图18，本实施例提供的一种悬浮设备的结构与实施例1基本相同，其不同之处在于固定环11上设有辅弦114和主弦115，主弦115与升降机33的运动方向平行设置；固定环11底部设有开口，主弦115设有两组、且分别设置于开口的两侧，两个主弦115之间设有电机槽116，电机槽116用于固定安装发电机；固定环11可以为并排设置的两个圆环，两个圆环之间通过连杆连接，形成架体结构；辅弦114的两端均与固定环11连接、且穿过固定环11的圆心设置，辅弦114设有若干个，辅弦114和主弦115像是绷起来的弓或者自行车辐条的结构。固定环11包括一柔性的轨道圈和复合层，复合层为碳纤、合金编织的复合环圈。该结构更好的实现轻量化的理念，减少能量损耗，可以达到更高效的工作效率。
79.在本实施例中，该种悬浮设备还包括用于将新的悬挂件32替换旧的悬挂件32的替换组件7，替换组件7包括接环71、贯穿接环71设置的围缆72。替换组件7的一端与新的悬挂件32连接，另一端与旧的悬挂件32连接，替换组件7的两端为向远离悬挂件32的方向直径逐渐增大的锥面结构，该结构便于在新旧悬挂件32的连接处直径增加，即替换组件7的直径相较悬挂件32直径增加的情况下依然顺利导入顶部滑轮组，即在经过定位滑轮31时更流畅不会出现卡顿的情况。接环71设有若干个，围缆72将两个悬挂件32包裹于内，接环71分成两组，分别设置于围缆72的两侧将围缆72与两个悬挂件32压紧，实现两个悬挂件32的固定连接，围缆72的中部保留一定空间，使得围缆72的变形空间更大，便于弯曲，不易损坏。替换完成后，移开接环71，即可将围缆72拆下，该结构拆装方便、且不会损坏悬挂件32的结构，使用更便利。
80.实施例3
81.作为本发明实施例的一种具体实施方式，请一并参阅图1至图18，本实施例提供的一种悬浮设备的结构与实施例1基本相同，其不同之处在于转化组件4上设有风动件5，风动件5用于将风能转化为机械能。安装架12上设有用于固定转化组件4的安装槽；风动件5可以为风轮，风轮设有两个、且分别设置于转化组件4的两侧，该结构可以转化更多的风能，并为转化组件4提供更多的机械能；转化组件4包括变速器、发电机和变压器，其中变速器与风动件5连接，用于提高风动件5获取的机械能，提高机械能的转化效率；发电机与变速器连接，用于将风动件5获取的机械能转化为电能；变压器同时与发电机和主变压站电连接，变压器
为次级变压器。需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
82.在本实施例中，固定环11上设有第一滑道111和输送孔112，气囊组件2通过第一滑道111与固定环11滑动连接，第一滑道111沿固定环11的周向设置于固定环11的外侧面上。第一滑道111可以为凹槽，全部气囊单体21上均设有与凹槽配合的滑块；或第一滑道111为凸轨，全部气囊单体21上均设有与凸轨匹配的卡槽。全部气囊单体21均可围绕固定环11周向滑动。固定环11的内壁上设有第二滑道113，定风件131通过第二滑道113与固定环11滑动连接。在此，只要能够实现上述第一滑道111、第二滑道113和输送孔112相关性能作用的均在本技术文件保护的范围之内。
83.该种悬浮设备可用于平流层发电，将已经成熟应用在地表的风电站升入高空12km处，在我国绝大部分领空中，这一空间区域的气象数据已经非常成熟。长时间存在日夜稳定，全年无休的风速50m/s左右的急风带。该区域发电产生的风能可满足目前人类用电需求的15倍。该种悬浮设备实现了一个较为复杂的中低平流层系留飞艇发电系统的可长期更替化，该装置的支撑组件1、电能转化组件4、风动件5等核心部件的结构寿命长可以达到为50年，从而将高空发电的时序寿命从目前的12-18个月提升至半永久，大大提升了风力发电的经济性与实用性。
84.实施例4
85.请一并参阅图1至图18，现对本发明提供的一种检修方法的一种具体实施方式进行说明。该种检修方法，用于上述悬浮设备，包括：
86.s1、固定环11实时监测气囊组件2的工作状态，当监测到任一气囊单体21处于故障或者待检状态时，发送故障信号至机控站；
87.s2、机控站接受并处理故障信号，并控制升降机33上升至靠近输送孔112的位置；
88.s3、机控站远程控制气囊单体21分别与固定环11和升降机33之间的连接关系，将需要传送的气囊单体21与升降机33连接；
89.s3具体步骤包括：
90.s3.1、升降机33与气囊组件2上靠近待传送的气囊单体21的一端的气囊单体21连接，气囊单体21同时与相邻的气囊单体21和固定环11之间的连接断开，若与升降机33连接的气囊单体21为待传送的气囊单体21，则升降机33携带该气囊单体21至地面，并执行s4，否则执行s3.2；
91.s3.2、升降机33携带正常工作的气囊单体21运动一段距离后，将气囊单体21旋转至靠近气囊组件2另一端的位置，同时控制气囊组件2中剩余的全部气囊单体21沿第一滑道111周向滑动，将气囊单体21运输并连接至气囊组件2远离待传送的气囊单体21的一端，执行s3.1。
92.s4、升降机33携带待传送的气囊单体21返回地面，工作人员对气囊单体21进行检修；
93.s5、将检修完毕的气囊单体21或全新的气囊单体21通过升降机33运输回固定环11上。
94.与现有技术相比，该种悬浮设备大幅度提高发电效率，示例性的，以北京上空大气数据为例，其发电效率为中国年平均风力发电效率的75倍，将发电效率从目前的每平方米2单位提升至150单位；保证足够发电量及运行稳定的前提下，该装置的平均占地面积可以为100平方米，可以安放在城市楼顶，占用空间更小，设置局限性更小，有利于广泛推广；该装置上升至平流层运行发电，平流层的风速风向相对稳定，因此该装置发电也极为稳定，昼夜不间断，全年长时期发电，环境对其影响小；运输成本低，无视地形限制，可以达到目前风能运输成本的五十分之一，极大的减少运行成本；该装置应用过程中投资回报周期可以降低为20个月，极大减少投资回报周期，更易于被大众接受，易于广泛推广；蕴含能量巨大，且由于散光原理，不对地表造成影响；结构寿命时间长，维修难度低；该装置为模块化操作，除发电以外，还可广泛应用于气象观察/国防/通信/无限能源传输等功能。
95.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
96.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。