碟式太陽能光熱斯特林發(fā)電機的聚光系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】碟式太陽能光熱斯特林發(fā)電機的聚光系統(tǒng)，本發(fā)明涉及光熱斯特林發(fā)電機的碟式聚光系統(tǒng)。它解決了現(xiàn)有技術的聚光系統(tǒng)因桁架的桿件是圓管致使其抵抗彎曲變形和減輕重量的能力有待提高的問題。所述聚光系統(tǒng)由背板和背部支架兩部分組成，背部支架設置在背板的背面上以連接并支撐背板；背部支架包括輪轂、多組桁架、多根橫梁和多根拉筋；每組桁架都由上下平行的兩根縱梁及連接在兩根縱梁之間的拉筋組成；每組桁架的一端可拆卸地固定連接在輪轂的外緣表面上，多組桁架均勻地呈輻射狀以輪轂為中心向外延伸，縱梁的橫截面為“U”形且“U”形的兩個底角為直角，每根縱梁的橫截面面積從輪轂的近端到另一端逐漸減小。
【專利說明】碟式太陽能光熱斯特林發(fā)電機的聚光系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光熱發(fā)電機的聚光系統(tǒng)，具體涉及光熱斯特林發(fā)電機的碟式聚光系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]據(jù)歐洲太陽能光熱協(xié)會發(fā)布的一份報告預計，未來20年，全球光熱發(fā)電每年將會有164億歐元的巨大市場。到2025年，全球光熱發(fā)電的裝機總容量將達到36000兆瓦；到2040年，光熱發(fā)電將滿足世界上5%的電力需求。相對于全球市場，國內光熱發(fā)電市場潛力也是非常巨大。據(jù)測算，到2015年，中國光熱發(fā)電的規(guī)模將達到400到500兆瓦。2015年以后，光熱發(fā)電每年的裝機規(guī)模都將達到300到500兆瓦。
[0003]太陽能光熱發(fā)電有三種形式:槽式、塔式和碟式，碟式斯特林太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)因可以采取分布、并網等方式，且轉換效率高，成本下降空間大，而成為最具商業(yè)前途的技術路線。
[0004]聚光系統(tǒng)是碟式太陽能光熱斯特林發(fā)電機的主要部分，整個系統(tǒng)主要由背板和背部支架兩大部分組成，背板部分由大約40塊左右的內外鏡面組組成，每塊鏡面組是由兩個尺寸在2平方米左右的沖壓件焊接而成。鏡面組在背部支架的支撐下按照一定的規(guī)律排列組成了一個巨大的蝶形，每塊鏡面組上通過抽真空的方式粘貼反光玻璃，所有的反光玻璃都按照鏡面組的弧度構成自己的方程，陽光照射到反光玻璃上，通過反光玻璃的反射最終聚集在接收器上，斯特林發(fā)電機通過能量轉換，將接收器接收的太陽能轉換成電能。
[0005]碟式太陽能光熱斯特林發(fā)電機一般設置在空曠的場地上，聚光系統(tǒng)的直徑約10米左右。聚光系統(tǒng)需要跟蹤太陽的運動，需要能夠轉動，因此聚光系統(tǒng)重量越輕越好。但是由于聚光系統(tǒng)的面積較大，因此還要求具有很好的防風和抗變形的強度。目前的聚光系統(tǒng)背部支架往往采用雙層桁架的結構，這種結構在一定程度上實現(xiàn)了防風強度與減輕重量兼?zhèn)涞男Ч?，但是構成桁架的桿件是圓管，其抵抗彎曲變形和減輕重量的能力有待提高。
【發(fā)明內容】
[0006]本發(fā)明的目的是提供一種碟式太陽能光熱斯特林發(fā)電機的聚光系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術的聚光系統(tǒng)因桁架的桿件是圓管致使其抵抗彎曲變形和減輕重量的能力有待提高的問題。所述聚光系統(tǒng)由背板I和背部支架2兩部分組成，背板I是由多個扇形聚光反射鏡片組拼接而成的一個旋轉拋物面體，背部支架2設置在背板I的背面上以連接并支撐背板I ;
[0007]背部支架2包括輪轂2-1、多組桁架2-2、多根橫梁2_3和多根拉筋2_4 ;每組桁架2-2都由上下平行的兩根縱梁2-2-1及連接在兩根縱梁之間的拉筋2-4組成；每組桁架2-2的一端可拆卸地固定連接在輪轂2-1的外緣表面上，多組桁架2-2均勻地呈輻射狀以輪轂2-1為中心向外延伸，相鄰的兩組桁架2-2之間連接多根橫梁2-3 ；
[0008]所述縱梁2-2-1的橫截面為“U”形且“U”形的兩個底角為直角，每根縱梁2-2-1的橫截面面積從輪轂2-1的近端到另一端逐漸減小。
[0009]由于本發(fā)明把縱梁2-2-1由圓管的型材替換成橫截面為“U”形的型材，利用“U”形的兩個立面，改變了圓管在長度方向上容易彎曲變形的缺陷。從圖3可以看出，“U”形的型材的兩個立面類似于兩根平行設置的工字鋼，按照材料力學的理論，工字鋼的抵抗彎矩的能力最強，因此其在長度方向上抵抗彎曲的能力要遠遠強于圓管，而圓管的圓環(huán)形如圖5所示，容易在受外力的情況下癟進去，從而導致管材在長度方向的彎曲。如果采用圓管型材的縱梁發(fā)生彎曲，會導致多組反射鏡片組反射的太陽光匯聚不到同一個焦點上，降低發(fā)電機的工作效能。如圖6所示的橫截面為矩形的方管，雖然從材料力學的角度其抵抗彎矩、抵抗剪切力和抗失穩(wěn)的能力都優(yōu)于“U”形的型材，但是一方面其截面積要大于“U”形的型材，自身重量較重；另一方面很難制造長度上橫截面積逐漸變化的矩形管材。
[0010]本發(fā)明既利用了截面形狀的力學優(yōu)點，另外縱梁2-2-1的橫截面面積從輪轂2-1的近端到另一端逐漸減小，利用縱梁在遠端所受的彎矩小的特點，在保證強度的前提下進一步減小了自身的重量；最后一個優(yōu)點是“U”形的橫截面形狀不封閉，因此方便了滾壓成形加工。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明聚光系統(tǒng)的整體結構示意圖，圖2是本發(fā)明背部支架2的結構示意圖，圖3是本發(fā)明縱梁的橫截面為“U”形的示意圖，圖4是本發(fā)明實施方式三的結構示意圖，圖5是縱梁的橫截面為圓環(huán)形的示意圖，圖6是縱梁的橫截面為方管的示意圖，圖7是本發(fā)明實施方式四和五的結構示意圖，圖8是本發(fā)明實施方式四桁架2-2與輪轂2-1的連接結構的俯視示意圖，圖9是本發(fā)明實施方式六的結構示意圖，圖10是實施方式六中扣蓋的側視圖，圖11是圖10的仰視圖，圖12是本發(fā)明對比實驗中縱梁的橫截面尺寸的示意圖。
【具體實施方式】
[0012]【具體實施方式】一:下面結合圖1、2和3具體說明本實施方式。本實施方式聚光系統(tǒng)由背板I和背部支架2兩部分組成，背板I是由多個扇形聚光反射鏡片組拼接而成的一個旋轉拋物面體，背部支架2設置在背板I的背面上以連接并支撐背板I ;
[0013]背部支架2包括輪轂2-1、多組桁架2-2、多根橫梁2_3和多根拉筋2_4 ;每組桁架2-2都由上下平行的兩根縱梁2-2-1及連接在兩根縱梁之間的拉筋2-4組成；每組桁架2-2的一端可拆卸地固定連接在輪轂2-1的外緣表面上，多組桁架2-2均勻地呈輻射狀以輪轂2-1為中心向外延伸，相鄰的兩組桁架2-2之間連接多根橫梁2-3 ；
[0014]所述縱梁2-2-1的橫截面為“U”形且“U”形的兩個底角為直角，每根縱梁2-2-1的橫截面面積從輪轂2-1的近端到另一端逐漸減小，面積變小的原因是“U”形的高度的變化，即“U”形的高度逐漸減小。因為聚光系統(tǒng)主要承受的是風的作用力和自重，縱梁2-2-1從力學角度看相當于一個懸臂梁，懸臂的遠端受力會逐漸減小，懸臂梁所承受的彎矩也逐漸變小，所以在能夠承受負載的前提下，適當減少遠端橫截面面積，可以降低自身重量。
[0015]每個縱梁2-2-1沿其長度方向為拋物線形狀。
[0016]每組桁架2-2中，上下平行的兩根縱梁2-2-1間的拉筋2_4為斜拉筋。拉筋2_4與縱梁2-2-1間是螺栓連接，從而方便拆卸和安裝。
[0017]兩組相鄰的桁架2-2中，同是位于上排或下排的縱梁2-2-1之間連接有多根橫梁2-3，橫梁2-3之間互相平行，均勻地從縱梁2-2-1的一端排列到縱梁2-2-1的另一端。橫梁2-3與縱梁2-2-1之間是螺栓連接，從而方便拆卸和安裝。
[0018]【具體實施方式】二:下面結合圖3具體說明本實施方式。本實施方式與實施方式一的不同之處是:縱梁2-2-1的“U”形的橫截面的立面頂端設置有向外的翻邊2-2-3。如此設置，增加了縱梁2-2-1抵抗彎矩和剪切破壞的能力，增加了縱梁2-2-1抵抗變形的剛度。另外，翻邊的結構可以在滾壓成形縱梁2-2-1的過程中，在滾壓成形工序的后段，直接添加用于翻邊的滾壓輪，一道工序即完成了縱梁2-2-1的整體成形。從工藝的角度看，翻邊結構的加工比較方便。
[0019]【具體實施方式】三:下面結合圖4具體說明本實施方式。本實施方式與實施方式一的不同之處是:縱梁2-2-1的“U”形的橫截面的立面頂端設置有窄條2-2-4，所述窄條2-2-4沿縱梁2-2-1的長度方向設置，窄條2-2-4的橫截面中心線與縱梁2_2_1的“U”形的橫截面的立面中心線重合。本實施方式比實施方式二抵抗側向失穩(wěn)的能力強，但是制造工藝比其復雜。
[0020]【具體實施方式】四:下面結合圖7具體說明本實施方式。本實施方式關于桁架2-2與輪轂2-1的連接方式進行詳細描述，其它與實施方式一相同。每組桁架2-2的縱梁2-2-1都通過座架2-5連接在輪轂2-1的外緣表面上；所述座架2-5為“U”形，座架2-5的底部固定在輪轂2-1上；座架2-5側立板的內表面與底面所成的夾角X為80°至84°之間，最佳為82° ;本實施方式還包括楔塊2-6，楔塊2-6的兩個側面分別與下表面的銳角Y與夾角X相等，縱梁2-2-1的端部鑲嵌在座架2-5的“U”形凹槽內，楔塊2-6卡在縱梁2_2_1的端部的“U”形凹槽內。
[0021]桁架的縱梁2-2-1與輪轂2-1之間，傳統(tǒng)連接方式為螺栓固定方式，即縱梁2-2-1的側立面上開孔，通過螺栓穿入開孔固定到輪轂2-1上。聚光系統(tǒng)所受的風力作用相當于時刻變化的變載荷，桁架2-2與輪轂2-1的連接處受力最大，是最關鍵的部位。傳統(tǒng)的螺栓固定方式長期使用后螺栓會松動，進而出現(xiàn)桁架與輪轂2-1之間的活動。另外，側立面開孔后的縱梁2-2-1在該位置抵抗剪切力的強度受到了減弱，會降低使用壽命。而本發(fā)明采用了楔塊2-6，把縱梁2-2-1的端部微變形后楔緊在座架2-5的凹槽內，形成剛性一體的結構，縱梁2-2-1端部的“U”形的凹槽被楔塊2-6所填平，縱梁2-2-1端部的“U”形的外表面被座架2-5所包容，其抵抗彎矩和剪切力的強度和抵抗失穩(wěn)的能力都有極大的提高。當風力作用形成的對縱梁2-2-1端部的挑撅力試圖把縱梁挑出座架的凹槽時，由于連接面是斜面，只會使連接越來越緊。另外，由于不會在側立面上開孔，縱梁2-2-1端部的強度不會受到減弱。
[0022]【具體實施方式】五:下面結合圖7具體說明本實施方式。本實施方式與實施方式四的不同點是:它還包括墊片2-7，墊片2-7設置在縱梁2-2-1底部的下表面與座架2-5底部的上表面之間。如此設置，通過墊片2-7施加的向上的預緊力，使楔塊2-6、縱梁2-2-1與座架2-5之間的剛性連接更緊密，三者之間的剛度更好，縱梁2-2-1在風力作用下更容易保持穩(wěn)定不動的狀態(tài)。
[0023]【具體實施方式】六:下面結合圖8、9和10具體說明本實施方式。本實施方式與實施方式五的不同點是:它還包括扣蓋2-8、防松墊圈2-9、平墊圈2-10和螺桿2-11，所述扣蓋2_8由上蓋板2_8_1、左下沿板2_8_2、右下沿板2_8_5、左內延伸板2_8_3和右內延伸板2-8-4組成，左下沿板2-8-2的上端與上蓋板2-8-1的左端邊緣相固定，左下沿板2_8_2的下端與左內延伸板2-8-3的左端相固定，右下沿板2-8-5的上端與上蓋板2-8-1的右端邊緣相固定，右下沿板2-8-5的下端與右內延伸板2-8-4的右端相固定，左內延伸板2-8-3的右端和右內延伸板2-8-4的左端之間所形成的夾口與座架2-5的兩個側立板外壁之間形成小于0.15毫米的間隙配合，楔塊2-6的上表面上開有螺孔2-12，座架2-5的兩個側立板外壁上各設置有定位凸塊2-13，兩個定位凸塊2-13分別位于左內延伸板2-8-3和右內延伸板2-8-4的上表面的上方，螺桿2-11的下端穿過上蓋板2-8-1旋合在螺孔2_12中，螺桿2_11的桿體上螺桿2-11的螺帽與上蓋板2-8-1之間從上到下依次穿有平墊圈2-10和防松墊圈
2-9。如此設置，縱梁2-2-1、楔塊2-6與座架2-5裝配完成后，在座架2_5的兩個側立板的外壁之間扣上扣蓋2-8，螺桿2-11旋入螺孔2-12，在旋緊的過程中，楔塊2-6被向上提拉，由于斜度的原因，使縱梁2-2-1的端部與楔塊2-6和座架2-5緊密貼合，與此同時座架2-5在力的作用下有向外變形的趨勢，扣蓋2-8限制了座架2-5的側立板向外的變形，使向外的膨脹力和向內的夾緊力相互平衡，在完成座架、楔塊和縱梁之間剛性預緊的同時又實現(xiàn)了可靠的自鎖。
[0024]上述設置，既保證了縱梁2-2-1與座架2-5之間的剛性連接，使聚光系統(tǒng)在風力的變載荷作用下，能夠抵抗挑撅作用力，同時還保證了縱梁2-2-1與座架2-5之間是一種聯(lián)接穩(wěn)固、拆卸方便的連接結構，避免了焊接結構不可拆卸和不能更換的缺陷。同時，縱梁2-2-1的型材上不需要開任何孔，不在型材上造成強度薄弱區(qū)域，因此型材的重量可以進行最優(yōu)化的設計。
[0025]對比實驗:
[0026]本發(fā)明選擇三個實驗對照組來進行實驗。三個對照組分別為三個碟式太陽能光熱斯特林發(fā)電機組，都選用直徑為10米的聚光系統(tǒng)，斯特林發(fā)電機額定輸出功率都為10千瓦，分別選擇風力小于二級、風力二級、風力三級和風力四級的風力條件和晴朗的天氣條件下檢測這三組發(fā)電機組各自的輸出功率，從而確定三組聚光系統(tǒng)抵抗風力的抗變形能力。
[0027]第一組，采用傳統(tǒng)技術的聚光系統(tǒng)，其縱梁的型材采用圓管，圓管的外徑33mm，壁厚2mm,橫截面積為401.92mm2 ；
[0028]第二組，采用本發(fā)明實施方式二的聚光系統(tǒng)，其縱梁的型材采用“U”形的橫截面，“U”形的橫截面的立面頂端設置有向外的翻邊，縱梁型材一端的橫截面積為372_2，尺寸如圖12所示，型材另一端的橫截面積為432mm2，“U”形的高度為75mm ；
[0029]第三組，采用本發(fā)明實施方式六的聚光系統(tǒng)，即在第二組的基礎上，采用座架、楔塊、墊片、扣蓋、防松墊圈、平墊圈和螺桿實現(xiàn)桁架與輪轂的連接。
[0030]三組聚光系統(tǒng)重量基本相同，通過表I的對比可以看出，本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術，在有風和大風的情況下，其保持工作能力的優(yōu)點非常明顯。
[0031]表I
[0032]
風力小于二級~風力二級風力三級~~風力四級第一組 9.80千瓦 8.016.61千瓦 5.99千瓦輸出功率第二組 9.80千瓦 8368 01千瓦 725
輸出功率第三組 9.80千瓦 SM8.25千瓦 TJ9
輸出功率第一組相 0% 4 37%21.18% 21.04%
對于第二組的功率下降率_____
第一組相 0% 4.99%24.81% 30.05%
對于第三組的功率下降率結論無風或微風的風力較小的大風的情況風力四級以情況下，三組發(fā)情況下，本發(fā)下，本發(fā)明后，第三組相電機輸出功率明的聚光系聚光系統(tǒng)的對于第二組基本相等統(tǒng)抗風能力優(yōu)勢顯現(xiàn)出和第一組的顯露一些來優(yōu)勢進一步____顯現(xiàn)_
【權利要求】
1.碟式太陽能光熱斯特林發(fā)電機的聚光系統(tǒng)，它由背板(I))和背部支架(2)兩部分組成，背板(I)是由多個扇形聚光反射鏡片組拼接而成的一個旋轉拋物面體，背部支架(2)設置在背板(I)的背面上以連接并支撐背板(I); 背部支架(2)包括輪轂(2-1)、多組桁架(2-2)、多根橫梁(2-3)和多根拉筋(2-4);每組桁架(2-2)都由上下平行的兩根縱梁(2-2-1)及連接在兩根縱梁之間的拉筋(2-4)組成；每組桁架(2-2)的一端可拆卸地固定連接在輪轂(2-1)的外緣表面上，多組桁架(2-2)均勻地呈輻射狀以輪轂(2-1)為中心向外延伸，相鄰的兩組桁架(2-2)之間連接多根橫梁(2-3)； 其特征在于所述縱梁(2-2-1)的橫截面為“U”形且“U”形的兩個底角為直角，每根縱梁(2-2-1)的橫截面面積從輪轂(2-1)的近端到另一端逐漸減小。
2.根據(jù)權利要求1所述的碟式太陽能光熱斯特林發(fā)電機的聚光系統(tǒng)，其特征在于每根縱梁(2-2-1)的“U”形的高度從輪轂(2-1)的近端到另一端逐漸減小。
3.根據(jù)權利要求1所述的碟式太陽能光熱斯特林發(fā)電機的聚光系統(tǒng)，其特征在于每組桁架(2-2)中，上下平行的兩根縱梁(2-2-1)間的拉筋(2-4)為斜拉筋，拉筋(2-4)與縱梁(2-2-1)間是螺栓連接。
4.根據(jù)權利要求1所述的碟式太陽能光熱斯特林發(fā)電機的聚光系統(tǒng)，其特征在于橫梁(2-3)與縱梁(2-2-1)之間是螺栓連接。
5.根據(jù)權利要求1至4中任意一項權利要求所述的碟式太陽能光熱斯特林發(fā)電機的聚光系統(tǒng)，其特征在于縱梁(2-2-1)的“U”形的橫截面的立面頂端設置有向外的翻邊(2_2_3)。
6.根據(jù)權利要求1至4中任意一項權利要求所述的碟式太陽能光熱斯特林發(fā)電機的聚光系統(tǒng)，其特征在于縱梁(2-2-1)的“U”形的橫截面的立面頂端設置有窄條(2-2-4)，所述窄條(2-2-4)沿縱梁(2-2-1)的長度方向設置，窄條(2-2-4)的橫截面中心線與縱梁(2-2-1)的“U”形的橫截面的立面中心線重合。
7.根據(jù)權利要求5所述的碟式太陽能光熱斯特林發(fā)電機的聚光系統(tǒng)，其特征在于每組桁架(2-2)的縱梁(2-2-1)都通過座架(2-5)連接在輪轂(2-1)的外緣表面上；所述座架(2-5)為“U”形，座架(2-5)的底部固定在輪轂(2-1)上；座架(2-5)側立板的內表面與底面所成的夾角(X)為80°至84°之間；它還包括楔塊(2-6)，楔塊(2-6)的兩個側面分別與下表面的銳角(Y)與夾角(X)相等，縱梁(2-2-1)的端部鑲嵌在座架(2-5)的“U”形凹槽內，楔塊(2-6)卡在縱梁(2-2-1)的端部的“U”形凹槽內。
8.根據(jù)權利要求7所述的碟式太陽能光熱斯特林發(fā)電機的聚光系統(tǒng)，其特征在于座架(2-5)側立板的內表面與底面所成的夾角(X)為82。。
9.根據(jù)權利要求8所述的碟式太陽能光熱斯特林發(fā)電機的聚光系統(tǒng)，其特征在于它還包括墊片(2-7)，墊片(2-7)設置在縱梁(2-2-1)底部的下表面與座架(2-5)底部的上表面之間。
10.根據(jù)權利要求9所述的碟式太陽能光熱斯特林發(fā)電機的聚光系統(tǒng)，其特征在于它還包括扣蓋(2-8)、防松墊圈(2-9)、平墊圈(2-10)和螺桿(2-11)，所述扣蓋(2_8)由上蓋板(2_8_1)、左下沿板(2_8_2)、右下沿板(2_8_5)、左內延伸板(2_8_3)和右內延伸板(2-8-4)組成，左下沿板(2-8-2)的上端與上蓋板(2-8-1)的左端邊緣相固定，左下沿板(2-8-2)的下端與左內延伸板(2-8-3)的左端相固定，右下沿板(2-8-5)的上端與上蓋板(2-8-1)的右端邊緣相固定，右下沿板(2-8-5)的下端與右內延伸板(2-8-4)的右端相固定，左內延伸板(2-8-3)的右端和右內延伸板(2-8-4)的左端之間所形成的夾口與座架(2-5)的兩個側立板外壁之間形成小于0.15毫米的間隙配合，楔塊(2-6)的上表面上開有螺孔(2-12)，座架(2-5)的兩個側立板外壁上各設置有定位凸塊(2-13)，兩個定位凸塊(2-13)分別位于左內延伸板(2-8-3)和右內延伸板(2-8-4)的上表面的上方，螺桿(2_11)的下端穿過上蓋板(2-8-1)旋合在螺孔(2-12)中，螺桿(2-11)的桿體上螺桿(2_11)的螺帽與上蓋板(2-8-1)之間從上到下依次穿有平墊圈(2-10)和防松墊圈(2-9)。
【文檔編號】F03G6/06GK104197539SQ201410475200
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月17日 優(yōu)先權日:2014年9月17日
【發(fā)明者】段曉剛, 虢利君, 史麗娟, 耿秋勇, 張黎黎, 朱會鋒, 劉宏生, 尹春明, 王善鵬, 左榮召, 唐奇金, 呂海 申請人:哈爾濱凌云汽車零部件有限公司