專利名稱：一種可拆卸式碟式太陽(yáng)能聚能器網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于太陽(yáng)能電站聚能器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種可拆卸式碟式太陽(yáng)能聚能器網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
能源已成為現(xiàn)在經(jīng)濟(jì)發(fā)展社會(huì)進(jìn)步的關(guān)鍵，現(xiàn)代社會(huì)國(guó)力、經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)在很大程度上就是一場(chǎng)能源大戰(zhàn)，既是能源儲(chǔ)存量的較量，更是能源技術(shù)的較量。太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)是現(xiàn)代能源技術(shù)研究方向的重要內(nèi)容，相應(yīng)裝置結(jié)構(gòu)科學(xué)、合理設(shè)計(jì)至關(guān)重要。太陽(yáng)能熱發(fā)電即太陽(yáng)能聚光發(fā)電裝置是一種將太陽(yáng)輻射從面積上濃縮產(chǎn)生高溫發(fā)電的裝置，太陽(yáng)能聚光技術(shù)最早可以追溯到130年前的Mouchot和Pifre于1882年在法國(guó)所做的研究工作。其后，在1888年Ericsson、1901年Eneas、1913年Shuman和1968年 Francia也進(jìn)行了大量的研究工作并取得重要成就。特別是在上世紀(jì)80年代前后，由于70年代的石油危機(jī)，太陽(yáng)能熱發(fā)電得到了重視和大力發(fā)展，大規(guī)模的太陽(yáng)聚光器在世界各國(guó)安裝并投入運(yùn)行。太陽(yáng)能熱發(fā)電按照太陽(yáng)能采集方式可劃分為(1)塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)；(2)槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)；(3)盤式(又稱碟式/斯特林系統(tǒng))太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)；由于碟式/斯特林系統(tǒng)光熱效率高(效率高達(dá)29. 4%，)、啟動(dòng)損失小，已經(jīng)成為世界各國(guó)太陽(yáng)能發(fā)電裝置中研發(fā)和推廣的重點(diǎn)對(duì)象。碟式太陽(yáng)能系統(tǒng)也稱之為盤式系統(tǒng)，由旋轉(zhuǎn)拋物面反射鏡、集熱器、跟蹤機(jī)構(gòu)以及熱能轉(zhuǎn)換裝置等組成。借助雙軸跟蹤，利用旋轉(zhuǎn)拋物面反射鏡，將入射的太陽(yáng)光進(jìn)行聚集，聚光點(diǎn)的溫度一般可達(dá)500°C 1000°C，吸熱器吸收太陽(yáng)輻射能并將其轉(zhuǎn)換成熱能，加熱工質(zhì)并驅(qū)動(dòng)熱機(jī)，從而將熱能轉(zhuǎn)換成電能。目前這類碟式太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)單元容量最多為30 50kW，相對(duì)較小，但最高效率可達(dá)29. 4%，在同類發(fā)電方式中最高。碟式太陽(yáng)能系統(tǒng)主要用于組成分散的能源動(dòng)力系統(tǒng)，當(dāng)然也可以將多個(gè)系統(tǒng)組合，向電網(wǎng)供電。碟式太陽(yáng)能系統(tǒng)技術(shù)上有如下優(yōu)勢(shì)一是能量轉(zhuǎn)換效率高(凈效率可達(dá)到29. 4%) ;二是機(jī)器非?！鞍察o”、噪聲小；三是壽命相對(duì)較長(zhǎng)；四是非常環(huán)保，完全燃燒后只產(chǎn)生很少氧氮化物和一氧化碳，內(nèi)燃機(jī)在這方面遠(yuǎn)不能與它相比。國(guó)外已有多座碟式太陽(yáng)能熱發(fā)電站或示范系統(tǒng)建成并成功運(yùn)行。如美國(guó)、西班牙、德國(guó)等國(guó)家分別建立了從9 一 25 kW的發(fā)電系統(tǒng)并且成功運(yùn)行，2003年，澳大利亞國(guó)立大學(xué)K. Lovegrove等采用氨合成/分解反應(yīng)的儲(chǔ)能方式已試制出一套熱化學(xué)儲(chǔ)能功率達(dá)15kff的碟式太陽(yáng)能熱化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)，所用碟式集熱器的面積為20 m2。目前，碟式太陽(yáng)能電站由于開(kāi)發(fā)時(shí)間短、技術(shù)尚不完全成熟，從而造成單元容量較小(通常為3 - 25kW，更適用于分布式能源系統(tǒng))，規(guī)模也相對(duì)較小，同時(shí)存在開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)大、投資成本聞等缺點(diǎn)。我國(guó)太陽(yáng)能技術(shù)的研究開(kāi)始于20世紀(jì)70年代末，一些科研院所和高等院校對(duì)太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)開(kāi)展了基礎(chǔ)和應(yīng)用基礎(chǔ)研究工作，并建立了模擬試驗(yàn)裝置。80年代初，湖南湘潭電機(jī)廠與美國(guó)公司合作，設(shè)計(jì)并研制成功率5kW的盤式太陽(yáng)能熱發(fā)電裝置樣機(jī)。近年，中國(guó)科學(xué)院電工研究所建立了碟式太陽(yáng)能熱發(fā)電試驗(yàn)系統(tǒng)，中國(guó)科學(xué)院工程熱物理所對(duì)用于碟式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)的直接照射式接收器進(jìn)行了一些模擬試驗(yàn)研究，分析了其熱性能的影響因素。另外，南京工業(yè)大學(xué)與美國(guó)合作設(shè)計(jì)并試制成功功率為5千瓦的碟式太陽(yáng)能熱發(fā)電裝置樣機(jī)。但是由于工藝、材料及相關(guān)技術(shù)、經(jīng)費(fèi)等方面的限制，加劇了與國(guó)外的差距?？傮w上來(lái)說(shuō)，截至目前，我國(guó)太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用尚未真正起步，尚無(wú)工業(yè)化的裝置，也無(wú)成功應(yīng)用實(shí)例。根據(jù)碟式太陽(yáng)能的功能要求，其聚能器網(wǎng)架結(jié)構(gòu)必須滿足以下要求(I)網(wǎng)架的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)必須滿足聚能器對(duì)網(wǎng)架聚熱功率所要求的面積，網(wǎng)架所形成的拋物碟面必需滿足太陽(yáng)光聚焦要求，并使聚焦光斑滿足斯特林熱機(jī)要求。(2)網(wǎng)架要能滿足太陽(yáng)能電站的高度角一方位角全跟蹤的控制精度，不發(fā)生干涉現(xiàn)象。 (3)網(wǎng)架和桁架構(gòu)成機(jī)架后整體結(jié)構(gòu)必需滿足網(wǎng)架重心與機(jī)械結(jié)構(gòu)的軸心重合，保持正反力距平衡，減少運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)功耗，延長(zhǎng)機(jī)械裝置和運(yùn)動(dòng)執(zhí)行電機(jī)使用壽命。(4)網(wǎng)架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需具有透風(fēng)通道，減少運(yùn)行狀態(tài)下網(wǎng)架的顫動(dòng)，提高抗風(fēng)性能，運(yùn)行風(fēng)載抵抗能力為8級(jí)風(fēng)，整個(gè)風(fēng)架最大風(fēng)載抵抗能力為12級(jí)風(fēng)。(4)網(wǎng)架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中選用的材料及表面處理工藝須考慮風(fēng)沙、鹽霧等惡劣環(huán)境，滿足太陽(yáng)能電站使用壽命要求。目前，盡管碟式太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)已經(jīng)在一定程度上有所發(fā)展，但是由于各國(guó)將這種技術(shù)視為一種核心技術(shù)機(jī)密，并沒(méi)有將其技術(shù)共享給其他國(guó)家。國(guó)內(nèi)關(guān)于碟式太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)的研究也較少，所以碟式太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)是一塊全新的研究領(lǐng)域。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于針對(duì)碟式太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)的的特點(diǎn)，提供一種可拆卸式碟式太陽(yáng)能聚能器網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。
本實(shí)用新型的目的是通過(guò)如下的技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的該可拆卸式碟式太陽(yáng)能聚能器網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，它包括一個(gè)開(kāi)口俯視投影呈U形的固定座，在U形固定座上通過(guò)螺栓呈輻射狀周向均勻固連有若干個(gè)豎向放置的Z型骨架梁，各Z型骨架梁的下側(cè)邊梁之間通過(guò)螺栓固連有一圈內(nèi)連接桿和一圈外連接桿，各Z型骨架梁上側(cè)邊梁之間通過(guò)螺栓固連有徑向均勻分布的若干圈周向連接桿；各圈連接桿在U形固定座的U形開(kāi)口處不連續(xù)，從而形成一個(gè)完全的缺口，以便聚能器整體進(jìn)行高度調(diào)節(jié)時(shí)圍繞主柱旋轉(zhuǎn)；Z型骨架梁上側(cè)邊梁和周向連接桿上設(shè)置有若干個(gè)固鏡座，反射鏡盒用球頭螺栓安裝于固鏡座上，每塊集熱鏡可通過(guò)調(diào)節(jié)球頭栓準(zhǔn)確的形成拋物曲面。為進(jìn)一步加強(qiáng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的堅(jiān)固性，在Z型骨架梁上側(cè)的周向連接桿之間通過(guò)螺栓固連有徑向連接桿。所述Z型骨架梁的上側(cè)邊梁為曲線，滿足聚能器鏡面構(gòu)成拋物曲面并聚焦于接受器入口的聚光要求；Z型骨架梁的下側(cè)邊梁為折線而非連續(xù)曲線，從而減少了型鋼彎曲工作量。所述U形固定座是由U形開(kāi)口兩側(cè)邊的側(cè)立板、連接兩邊側(cè)立板的兩塊同圓心的弧開(kāi)曲面立板、以及置于弧開(kāi)曲面立板上、下兩面的面板焊接而成，上、下面板上設(shè)有成組螺孔用于安裝Z型骨架梁及桁架。具體地說(shuō)，在U形固定座上通過(guò)螺栓呈輻射狀周向均勻固連有12個(gè)豎向放置的Z型骨架梁。所述Z型骨架梁組件材料為任一型鋼即槽鋼、圓鋼和角鋼中的任一種采用焊接或螺栓固連而成。本實(shí)用新型的可拆卸式碟式太陽(yáng)能聚能器網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)合理，加工、安裝方便。其網(wǎng)架和桁架構(gòu)成機(jī)架整體后滿足網(wǎng)架重心與機(jī)械結(jié)構(gòu)的軸心重合的要求，保持正反力距平衡，減少運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)功耗，延長(zhǎng)機(jī)械裝置和運(yùn)動(dòng)執(zhí)行電機(jī)使用壽命。

圖I為本實(shí)用新型實(shí)施例的側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2為圖I的俯視圖。圖3為Z型骨架梁的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為Z型骨架梁與U形固定座的連接方式及連接板示意圖。圖5為U形固定座的俯視圖。圖6為圖5的側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。參見(jiàn)圖I和圖2，本實(shí)施例包括U形固定座2，從圖2中可見(jiàn)，在U形固定座2上通過(guò)高強(qiáng)度螺栓呈輻射狀周向均勻固連有12個(gè)豎向放置的Z型骨架梁I。參見(jiàn)圖3，是Z型骨架梁I的結(jié)構(gòu)示意圖，Z型骨架梁I的組件材料是由任一型鋼(槽鋼、圓鋼或角鋼)采用焊接或螺栓固連3型骨架梁I的上側(cè)邊梁17采用連續(xù)曲線以滿足太陽(yáng)能集器鏡面構(gòu)成拋物曲面并聚焦于接受器入口，滿足聚光要求，下側(cè)邊梁24是采用折彎工藝進(jìn)行有限次折彎后整體上接近于上側(cè)邊梁17的折線，減少了型鋼彎曲工作量。圖3中，18、19、20、21是Z型骨架梁I的一組平行的中間梁，25、26、27、28、29是另一組平行的中間梁。參見(jiàn)圖5、圖6，U形固定座2由側(cè)立板33、34及弧開(kāi)曲面立板35、36和上、下面板37、38焊接面成，上、下面板37、38上設(shè)計(jì)有成組螺孔用于安裝Z型骨架梁I及桁架等，桁架上固定有斯特林熱機(jī)。參見(jiàn)圖3、圖4，在Z型骨架梁I的上側(cè)邊梁17和下側(cè)邊梁24的前端設(shè)有與U形固定座2上、下面板連接的連接板23、22，30、31為Z型骨架梁I與U形固定座2連接螺栓組件，32為定位銷。參見(jiàn)圖I和圖2，各Z型骨架梁I的下側(cè)邊梁24之間通過(guò)螺栓固連有一圈內(nèi)連接桿3和一圈外連接桿4，各Z型骨架梁I的上側(cè)邊梁17之間通過(guò)螺栓固連有徑向均勻分布的長(zhǎng)度不同的周向連接桿5、6、7、8、9、10、11 ;各圈連接桿在U形固定座2的U形開(kāi)口處不連續(xù)，從而形成一個(gè)完全的缺口，用于滿足高度角和方位角調(diào)節(jié)時(shí)運(yùn)動(dòng)要求，以防止網(wǎng)架與立柱發(fā)生干涉。從圖2可見(jiàn)，在Z型骨架梁I上側(cè)的周向連接桿之間通過(guò)螺栓固連有徑向連接桿12。整個(gè)網(wǎng)架的Z型骨架梁之間通過(guò)周向連接桿和徑向連接桿連接和強(qiáng)化，支撐起整個(gè)網(wǎng)架，具有方便安裝、拆卸和維修方便的優(yōu)點(diǎn)。Z型骨架梁I的上側(cè)邊梁和周向連接桿上設(shè)置有若干個(gè)固鏡座，圖2中的13、14、15、16為形狀各異的聚能器固鏡座，固鏡座可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)成多種形狀，有蝴碟外形、方形及其它形狀。反射鏡盒用3至5個(gè)球頭螺栓安裝于固鏡座上，每塊集熱鏡安裝位置大小不一，滿足特定的計(jì)算要求，每塊集熱鏡通過(guò)球頭螺栓安裝于特制的鏡盒，這樣既降低了鏡片的制造難度，也方便了鏡片的安裝和維修。每塊集熱鏡可通過(guò)調(diào)節(jié)球頭栓準(zhǔn)確的形成拋物曲面。12個(gè)Z型骨架梁之間呈30度夾角，12個(gè)Z型骨架梁將一個(gè)拋物面分成了 12大塊，其中11塊用于安裝聚能器集熱鏡，網(wǎng)架中的完全缺口也是30度夾角的扇形缺口。本實(shí)用新型的網(wǎng)架整體必須隨雙軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)方位角和高度角的調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)并滿足精度控制的要求。網(wǎng)架選用的材料及表面處理工藝須考慮風(fēng)沙、鹽霧等惡劣環(huán)境，滿足太陽(yáng)能電站使用壽命的要求。網(wǎng)架和桁架構(gòu)成機(jī)架整體后必需滿足網(wǎng)架重心與機(jī)械結(jié)構(gòu)的軸心重合的要求，保持正反力距平衡，減少運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)功耗，以延長(zhǎng)機(jī)械裝置和運(yùn)動(dòng)執(zhí)行電機(jī)的使用壽命?！?br> 權(quán)利要求1.一種可拆卸式碟式太陽(yáng)能聚能器網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，其特征在于它包括一個(gè)開(kāi)口俯視投影呈U形的固定座，在U形固定座上通過(guò)螺栓呈輻射狀周向均勻固連有若干個(gè)豎向放置的Z型骨架梁，各Z型骨架梁的下側(cè)邊梁之間通過(guò)螺栓固連有一圈內(nèi)連接桿和一圈外連接桿，各Z型骨架梁上側(cè)邊梁之間通過(guò)螺栓固連有徑向均勻分布的若干圈周向連接桿；各圈連接桿在U形固定座的U形開(kāi)口處不連續(xù)，從而形成一個(gè)完全的缺口，以便聚能器整體進(jìn)行高度調(diào)節(jié)時(shí)圍繞主柱旋轉(zhuǎn)；Z型骨架梁上側(cè)邊梁和周向連接桿上設(shè)置有若干個(gè)固鏡座，反射鏡盒用球頭螺栓安裝于固鏡座上，每塊集熱鏡可通過(guò)調(diào)節(jié)球頭栓準(zhǔn)確的形成拋物曲面。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的可拆卸式碟式太陽(yáng)能聚能器網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，其特征在于在Z型骨架梁上側(cè)的周向連接桿之間通過(guò)螺栓固連有徑向連接桿。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的可拆卸式碟式太陽(yáng)能聚能器網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，其特征在于所述Z型骨架梁的上側(cè)邊梁為曲線，Z型骨架梁的下側(cè)邊梁為折線而非連續(xù)曲線。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的可拆卸式碟式太陽(yáng)能聚能器網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，其特征在于所述U形固定座是由U形開(kāi)口兩側(cè)邊的側(cè)立板、連接兩邊側(cè)立板的兩塊同圓心的弧開(kāi)曲面立板、以及置于弧開(kāi)曲面立板上、下兩面的面板焊接而成，上、下面板上設(shè)有成組螺孔用于安裝Z型骨架梁及桁架。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的可拆卸式碟式太陽(yáng)能聚能器網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，其特征在于在U形固定座上通過(guò)螺栓呈輻射狀周向均勻固連有12個(gè)豎向放置的Z型骨架梁。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的可拆卸式碟式太陽(yáng)能聚能器網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，其特征在于所述Z型骨架梁組件材料為任一型鋼即槽鋼、圓鋼和角鋼中的任一種采用焊接或螺栓固連而成。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種可拆卸式碟式太陽(yáng)能聚能器網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型包括一個(gè)U形固定座，在U形固定座上通過(guò)螺栓呈輻射狀固連有若干個(gè)Z型骨架梁，各Z型骨架梁的下側(cè)邊梁之間通過(guò)螺栓固連有一圈內(nèi)連接桿和一圈外連接桿，各Z型骨架梁上側(cè)邊梁之間通過(guò)螺栓固連有徑向均勻分布的若干圈周向連接桿；各圈連接桿在U形固定座的U形開(kāi)口處不連續(xù)，從而形成一個(gè)完全的缺口，以便聚能器整體進(jìn)行高度調(diào)節(jié)時(shí)圍繞主柱旋轉(zhuǎn)；Z型骨架梁上側(cè)邊梁和周向連接桿上設(shè)置有若干個(gè)固鏡座，反射鏡盒用球頭螺栓安裝于固鏡座上，每塊集熱鏡可通過(guò)調(diào)節(jié)球頭栓準(zhǔn)確的形成拋物曲面。本實(shí)用新型的可拆卸式碟式太陽(yáng)能聚能器網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)合理，加工、安裝方便。
文檔編號(hào)F24J2/52GK202581909SQ20122021437
公開(kāi)日2012年12月5日 申請(qǐng)日期2012年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月14日
發(fā)明者彭佑多, 胡燕平, 劉平, 尹喜 申請(qǐng)人:湖南科技大學(xué)