CN108726406B - 一种重力张紧装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高空风能发电领域，具体公开了一种重力张紧装置，还包括若干固定于机架上部、平行设置的定滑轮组，所述定滑轮组包括安装于所述机架上的第一固定轴，所述第一固定轴上安装有若干定滑轮；还包括设于机架下部的若干动滑轮，所述动滑轮与所述定滑轮一一对应；所述动滑轮还连接有配重，所述配重整体呈前轻后重的趋势。与现有技术比较，本发明提供了一种重力张紧装置，是一种具有缆绳缓冲功能的容绳装置，缓冲容量大，同时对缆绳的摩擦损耗小，有利于延长缆绳寿命。

Description

一种重力张紧装置

技术领域

本发明涉及高空风能发电领域，具体涉及一种重力张紧装置。

背景技术

风能是一种清洁的可再生能源，而高空中蕴藏的风能超过人类社会总需能源的100多倍。高空风能具有风速大、平均能量密度高、地域分布广、稳定性高、常年不断等特点。如何将高空风能充分能利用起来为人类所用是科学研究工作者一直关注的热点话题，高空风能的诸多优势也使其越来越受到世界各国的重视。

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的控制和实现大的发电量；而将发电机设置于地面则能地解决上述问题。

地面发电系统通常包括由用于绕卷伞型风力装置缆绳的动力卷扬机(动力卷扬机由伞型风力装置直接带动)，缆绳在通过动力卷扬机之后在卷绕收纳于容绳卷扬机上。在实际使用的过程中，缆绳周期性的收放，使得动力卷扬机和容绳卷扬机之间容易出现卷绕不同步的现象，这样会造成缆绳在两个卷扬机之间处于松垮或紧绷的状态，而这两种状态对于缆绳的损伤很大，在实际使用中是不允许出现的。为解决这一问题，申请号为201610800547.9的发明专利通过在动力卷扬机和容绳卷扬机之间加设一个缆绳缓冲机构，该缆绳缓冲机构包括多组相间分布的定滑轮和动滑轮，缆绳逐一绕制在其上，同时在动滑轮上安装有给缆绳提供张紧力的弹性装置。然而，该方案通过增加一个缆绳缓冲装置来解决问题增大了地面发电系统的复杂程度，使得整个地面发电系统的结构繁冗，且增加了地面发电系统的占地面积，为合理布置地面发电系统的各个部分增加了很大的难度。同时且该缆绳缓冲装置的滑轮组为并排设置，缓冲容量相对性较小，若要增大其缓冲容量，则需要对该装置进行横向扩展，这样又进一步增大了其占地面积，也进一步增大了分布难度。另外，该缆绳缓冲机构的主要是通过动滑轮以及动滑轮上安装的弹性装置来实现其功能，弹性装置在长期使用中很容易失效，功能稳定性差。

发明内容

为克服现有的技术缺陷，本发明提供了一种缓冲容量更大且能有效降低地面发电系统的繁杂程度的重力张紧装置。

为实现本发明的目的，采用以下技术方案予以实现：

一种重力张紧装置，包括机架，还包括若干固定于机架上部、平行设置的定滑轮组，所述定滑轮组包括安装于所述机架上的第一固定轴，所述第一固定轴上安装有若干定滑轮；还包括设于机架下部的若干动滑轮，所述动滑轮与所述定滑轮一一对应；所述动滑轮还连接有配重，所述配重整体呈前轻后重的趋势。

在实际应用中，缆绳从入绳口依次一个定滑轮一个动滑轮地逐一绕制，最后固定于最后一个动滑轮/定滑轮上。其中，在本发明中，靠近缆绳的入绳口为前，靠近缆绳固定处为后。也就是说，最先绕制的定滑轮/动滑轮为前，最后绕制的定滑轮/动滑轮为后。

现有技术中目前是通过采用设置一个缆绳缓冲机构加上一个容绳卷扬机的方式来实现缆绳的收卷以及保持缆绳受力恒定，而本发明通过设置多排动滑轮组以及多排定滑轮组，在实际应用中，缆绳在通过在定滑轮和动滑轮之间逐个绕制其上，也就是说缆绳绕制于多个滑轮组上。一方面，由于动滑轮组和定滑轮组之间有一定距离，而缆绳是一个定滑轮一个动滑轮这样逐个绕制其上的，这样对于一个滑轮组(一个定滑轮和一个与之相对应的动滑轮则组成一个滑轮组)来说，缆绳则约需要绕两下，而本发明中采用了多排定滑轮组和多排对应的动滑轮组，且每个定滑轮组/动滑轮组还包括多个定滑轮/动滑轮，也就是说，本装置具有很好的容绳能力，能够直接替代现有技术中的容绳卷扬机。另一方面由于动滑轮连接有配重，通过动滑轮的自重及配重来张紧缆绳，且配重整体呈前轻后重的趋势，因此，本装置还具备分级缆绳缓冲的功能，同时能实现重力张紧装置对缆绳的收放。另外，还可通过控制动滑轮的配重来控制装置的容绳能力。由于对于某一确定的重力张紧装置，其动滑轮组的自重及配重是一定的，因此能控制缆绳受到的张力基本恒定。

另外，对于现有技术的容绳卷扬机，其仅仅是采用一个卷筒将缆绳一圈一圈地绕于其上，也就是说，该容绳卷扬机中缆绳是一圈一圈层叠在一起的，但在实际应用中缆绳不可能是非常规律地按照先后顺序一圈一圈地缠绕，而是由于缆绳在收卷过程中仍然是受力的，因此，容绳卷扬机上的缆绳很可能是缆绳头嵌入到已经收卷的缆绳之间的，也就是容绳卷扬机对缆绳的收卷是杂乱无章，而当缆绳需要放出时，由于缆绳之间相互嵌入，缆绳放出时缆绳之间的相互摩擦是非常大的，这对于缆绳耗损是很大的，很容易造成缆绳寿命缩短。而采用本发明的重力张紧装置来进行缆绳收卷，由于缆绳是很规律地绕于定滑轮和动滑轮之间，各段缆绳之间互不干扰，且由于缆绳与定滑轮/动滑轮之间属于静摩擦，摩擦耗损小，有利于延长缆绳的寿命。

对于本发明的技术方案，若只通过动滑轮的自重来实现上述功能也是可以的，但由于本装置是用于高空风能发电，在实际应用中，缆绳收到的拉力往往能达到吨级，这样的情况下，若仅仅只通过动滑轮的自重来控制，那么很可能会导致动滑轮的设计重量很大，这样就必然导致装置生产成本过高，对于装置的批量生产以及装置的生产、安装以及运输都造成很大的麻烦，因此，在本发明中，重力张紧装置可以通过采用标准的动滑轮，然后将各个动滑轮配合有一配重，而配重的具体需要重量可根据缆绳实际受到的拉力进行设计。

作为其中一种优选地实施方案，所述动滑轮的配重的重量由前至后均匀增加。在实际应用中，由于动滑轮的配重由前至后均匀增加，当需要缆绳放出时，由于缆绳受到较大的拉力，由于重力张紧装置中最先绕制缆绳的动滑轮的配重最小，因此是配重最小的动滑轮最先上升放出缆绳，之后按照缆绳绕制顺序，动滑轮依次上升，将缆绳放出；当缆绳需要收回时，缆绳上的拉力会减小，由于最后绕制缆绳的动滑轮的配重最大，该动滑轮会先下降，之后动滑轮按照缆绳绕制的相反顺序依次下降，将缆绳收回。如此，实现对缆绳的收放。

进一步优选地，所述动滑轮的配重依循以下规则：根据缆绳的绕制顺序对动滑轮进行排序，最先绕制的动滑轮序号为1，依次排序，第n个绕制动滑轮的序号为n，则第n个动滑轮的配重其中，k₁、c₁为系数，F为缆绳的设计拉力。

作为另外一种优选地实施方案，将动滑轮组成若干排平行设置的动滑轮组；所述动滑轮组包括第二固定轴，所述第二固定轴上安装有若干动滑轮；一排所述定滑轮组与一排所述动滑轮组对应，且每排所述动滑轮组分别连接有配重架，所述配重架整体呈前轻后重的趋势。

进一步地，所述配重架的重量由前至后均匀增加。具体地，所述动滑轮组的配重架的重量依循以下规则：根据缆绳的绕制顺序对动滑轮组进行排序，最先绕制的动滑轮组序号为1，依次排序，第N组进行绕制动滑轮组的序号为N，各所述配重架的重量F为缆绳的设计拉力，k₂、c₂为系数。

作为一种优选的实施方案，所述配重架包括配重底板，所述配重底板上设置有滑轮安装部，所述第二固定轴安装于所述滑轮安装部，其中，配重底板是主要控制配重重量的部分。作为一种替换方案，作为配重底板还可设置用来连接配重件的连接部，而配重底板可以仅仅作为连接配重件和动滑轮组的一个构件。在应用到具体的地面发电机组时，可直接根据实际情况确定配重件的重量，这样大大增加了装置的灵活程度，提高了重力张紧装置的可应用性。

由于地面发电机组在发电过程中，缆绳是不断地收回、放出的，因此，在发电过程中，配重架也是在不断地上下运动的，若不对配重架进行限制的话，很可能在其上下运动的过程中，会产生较大的晃动，容易出现缆绳子滑轮上脱出的现象，而这对于装置是个非常不利的。那么，作为一种更为优选的方案，为了避免缆绳在收放过程中缆绳脱出，所述配重架两端分别通过直线滑轨与所述机架连接。如此随着缆绳的收放，配重架沿着直线滑轨进行上下运动，让配重架具有固定的行动轨迹能很好地避免上述情况的出现。

进一步地，所述直线滑轨包括移动元件和固定元件，所述移动元件套于所述固定元件上；固定元件垂直安装在机架上，所述移动元件与所述配重架连接。具体的，固定元件为固定在机架上两侧的圆柱轴，移动元件为安装于配重架两侧的直线运动轴承。优选地，所述直线滑轨至少为2组，大致分布在所述配重架的两端。

由于缆绳是在定滑轮和动滑轮之间依次绕制，同时对于平行设置的定滑轮组和动滑轮组，缆绳是呈现S型进行绕制的，因此，为避免定滑轮组/动滑轮组之间的相互影响，定滑轮组/动滑轮组之间的距离不能太近，太近会导致缆绳收放时可能会发生相互摩擦，而若距离太远的话，会导致空间利用率太低，结构设置不够紧凑，造成装置体积过大，因此，为避免相邻的定滑轮/动滑轮之间的相互影响，进一步地，相邻的所述定滑轮之间的间距为缆绳直径的20～100倍；相应地，相邻的所述动滑轮之间的间距是缆绳直径的20～100倍。

定滑轮组和动滑轮组之间的距离是决定装置的最大容绳量的一个重要因素，进一步地，所述定滑轮组与所述动滑轮组之间的最小距离＝(0.6～0.8)缆绳总长/动滑轮数。

本发明所提供的重力张紧装置，包括多排平行设置的定滑轮组，而定滑轮组的数量具体根据缆绳的长度来决定，也就是说，缆绳的长度越长，则重力张紧装置的设计体积越大，也就是说，对于不同的场景，重力张紧装置很可能是需要重新设计的，这样很容易造成巨大的浪费。为避免这种情况，作为一种优选的实施方案，所述定滑轮组为20～50组。本方案选用适宜多数的缆绳收卷的定滑轮组的数量，同时在配合配重架的重量调节装置的容绳能力，使得在实际应用时，可根据实际情况设置使用一台或多台重力张紧装置进行组合使用。

与现有技术比较，本发明提供了一种重力张紧装置，是一种具有缆绳缓冲功能的容绳装置，包括多排动滑轮组以及多排定滑轮组，可直接替代现有技术中的缆绳缓冲机构和容绳卷扬机，能有效降低地面发电系统的结构复杂程度，大大降低了地面发电系统的布置难度。对于同时本装置结构简单，占地面积相对较小，同时作为缆绳缓冲装置，容身能力以及缓冲容量都非常大，稳定性高，且对缆绳的摩擦损耗小，有助于缆绳寿命的延长。

附图说明

图1为实施例的主视图；

图2为实施例的右视图；

图3为实施例的立体图。

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，下面结合附图对本发明实施方式作进一步详细地说明。

实施例1

如图1～3所示，本实施例提供一种重力张紧装置，主要应用于高空风能发电领域，具体包括机架1，还包括若干固定于机架1上部、平行设置的定滑轮组2，以及若干设于机架1下部、平行设置的动滑轮组3；所述定滑轮组2包括安装于所述机架上的第一固定轴201，所述第一固定轴201上安装有若干定滑轮202；所述动滑轮组包括第二固定轴301，所述第二固定轴301上安装有若干动滑轮302；一排所述定滑轮组202与一排所述动滑轮组302对应。

具体的，相对应的定滑轮组和动滑轮组中的各个定滑轮和各个动滑轮也是分别两两相对应的，作为一种优选的情况，相对应的定滑轮和动滑轮是处于同一竖直面上的。假定相对应的定滑轮和动滑轮为一个滑轮组，作为一种可供参考的缆绳绕制方法，对于一组相对应的定滑轮组和动滑轮组，缆绳是一个滑轮组、一个滑轮组这样依次绕制；而对于并排的定滑轮组和动滑轮组之间，缆绳则是呈S型进行绕制。

其中，各所述动滑轮组3分别连接有配重架4。如图3所示，配重架4包括配重底板401，在配重底板401的两侧还设有滑轮安装部402，第二固定轴301安装于滑轮安装部402上。其中，滑轮安装部402可以是如图3所示的板状，安装于配重底板401的两侧，且突出配重底板401，如此形成安装动滑轮组3的安装位，再通过将第二固定轴301安装于滑轮安装部402之间，这样就将动滑轮组3安装到了配重架4上。

配重架4的重量由前至后均匀增加。具体地，所述动滑轮组的配重架的重量依循以下规则：根据缆绳的绕制顺序对动滑轮组进行排序，最先绕制的动滑轮组序号为1，依次排序，第N组进行绕制动滑轮组的序号为N，各所述配重架的重量F为缆绳的设计拉力，k₂、c₂为系数。

在实际应用中，由于各动滑轮组所连接的配重架4由前至后均匀增加，当需要缆绳放出时，由于缆绳受到较大的拉力，由于重力张紧装置中最先绕制缆绳的动滑轮组的配重架重量最小，因此是配重重量最小的动滑轮组最先上升放出缆绳，之后按照缆绳绕制顺序，动滑轮组依次上升，将缆绳放出；当缆绳需要收回时，缆绳上的拉力会减小，由于最后绕制缆绳的动滑轮组的配重架重量最大，该动滑轮组会先下降，之后动滑轮组按照缆绳绕制的相反顺序依次下降，将缆绳收回。如此，实现对缆绳的收放。

配重架4两端分别通过直线滑轨5与机架1连接。直线滑轨5包括移动元件501和固定元件502，移动元件502套于固定元件501上；固定元件501垂直安装在机架1上，所述移动元件502与配重架4连接。其中，固定元件501为固定在机架1上两侧的圆柱轴，移动元件502为安装于配重架4两侧的直线运动轴承。

其中，作为一种更为优选的实施方案，滑轮安装部402位呈“L”型的板，L型板的一边与配重底板401的侧面相贴且安装于配重底板401的侧面，另一边用来安装直线运动轴承。具体的，L型板用来安装直线运动轴承的那边设有孔，也同样套于圆柱轴上，该孔直径至少略大于圆柱轴的直径，如此，在直线运动轴承沿圆柱轴上下运动时，L型板不会影响到直线运动轴承的运动。

作为一种优选的实施方案，在上述任一实施例的基础上，直线滑轨5至少设置2组，大致分布在配重架4的两端。

作为一种优选的实施方案，在上述任一实施例的基础上，定滑轮组2/动滑轮组3之间的距离为缆绳直径的20～100倍；相邻的所述定滑轮/动滑轮之间的间距为缆绳直径的20～100倍。

进一步地，所述定滑轮组与所述动滑轮组之间的最小距离＝(0.6～0.8)缆绳总长/动滑轮数。

实施例2

本实施例提供一种重力张紧装置，主要应用于高空风能发电领域，具体包括机架，还包括若干固定于机架上部、平行设置的定滑轮组，所述定滑轮组包括安装于所述机架上的第一固定轴，所述第一固定轴上安装有若干定滑轮；还包括设于机架下部的若干动滑轮，动滑轮与定滑轮一一对应；各动滑轮分别还连接有配重，配重整体呈前轻后重的趋势。

其中，对于该重力张紧装置，缆绳从入绳口依次一个定滑轮一个动滑轮地逐一绕制，最后固定于最后一个动滑轮/定滑轮上，因此，最先绕制的定滑轮/动滑轮为前，最后绕制的定滑轮/动滑轮为后。

动滑轮的配重的重量由前至后均匀增加。具体的，动滑轮的配重依循以下规则：根据缆绳的绕制顺序对动滑轮进行排序，最先绕制的动滑轮序号为1，依次排序，第n个绕制动滑轮的序号为n，则第n个动滑轮的配重其中，k₁、c₁为系数，F为缆绳的设计拉力。

在实际应用中，由于动滑轮的配重由前至后均匀增加，当需要缆绳放出时，由于缆绳受到较大的拉力，由于重力张紧装置中最先绕制缆绳的动滑轮的配重最小，因此是配重最小的动滑轮最先上升放出缆绳，之后按照缆绳绕制顺序，动滑轮依次上升，将缆绳放出；当缆绳需要收回时，缆绳上的拉力会减小，由于最后绕制缆绳的动滑轮的配重最大，该动滑轮会先下降，之后动滑轮按照缆绳绕制的相反顺序依次下降，将缆绳收回。如此，实现对缆绳的收放。

作为一种优选的实施方案，在上述任一实施例的基础上，定滑轮组2/动滑轮组3之间的距离为缆绳直径的20～100倍；相邻的所述定滑轮/动滑轮之间的间距为缆绳直径的20～100倍。

进一步地，所述定滑轮组与所述动滑轮组之间的最小距离＝(0.6～0.8)缆绳总长/动滑轮数。

上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种重力张紧装置，包括机架，其特征在于，还包括若干固定于机架上部、平行设置的定滑轮组，所述定滑轮组包括安装于所述机架上的第一固定轴，所述第一固定轴上安装有若干定滑轮；还包括设于机架下部的若干动滑轮，所述动滑轮与所述定滑轮一一对应；相对应的定滑轮和动滑轮是处于同一竖直面上的；

所述动滑轮组成若干排平行设置的动滑轮组；所述动滑轮组包括第二固定轴，所述第二固定轴上安装有若干动滑轮；一排所述定滑轮组与一排所述动滑轮组对应，且每排所述动滑轮组分别连接有配重架，所述配重架整体呈前轻后重的趋势；

所述动滑轮组的配重架的重量依循以下规则：根据缆绳的绕制顺序对动滑轮组进行排序，最先绕制的动滑轮组序号为1，依次排序，第N组进行绕制的动滑轮组序号为N，各所述配重架的重量T_N=(k₂·F·N)/c₂ ，F为缆绳的设计拉力，k₂、c₂为系数。

2.根据权利要求1所述的重力张紧装置，其特征在于，所述配重架包括配重底板，所述配重底板上设置有滑轮安装部，所述第二固定轴安装于所述滑轮安装部。

3.根据权利要求1所述的重力张紧装置，其特征在于，所述配重架两端分别通过直线滑轨与所述机架连接。

4.根据权利要求3所述的重力张紧装置，其特征在于，所述直线滑轨包括移动元件和固定元件，所述移动元件套于所述固定元件上；固定元件垂直安装在机架上，所述移动元件与所述配重架连接。

5.根据权利要求1所述的重力张紧装置，其特征在于，相邻的所述定滑轮之间的间距为缆绳直径的20～100倍；和/或相邻的所述动滑轮之间的间距是缆绳直径的20～100倍。

6.根据权利要求1所述的重力张紧装置，其特征在于，所述定滑轮组与所述动滑轮组之间的最小距离＝(0.6～0.8)缆绳总长/动滑轮数。