太陽能拋物面聚光集熱器的剛性與柔性混合支撐裝置的製作方法
2023-05-19 07:05:46
專利名稱：太陽能拋物面聚光集熱器的剛性與柔性混合支撐裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及ー種用於拋物柱面鏡聚光集熱器的剛性與柔性混合支撐結構，其本質是利用剛性與柔性混合、帶有預應カ的鋼索結構作為拋物面鏡的支撐件，以最少材料和成本實現支撐這種聚光集熱器的功能。
背景技術：
拋物柱面鏡聚光集熱器主要由聚光器、吸收器和跟蹤系統三大部分組成。其工作原理是通過聚光器將平行入射的太陽光匯聚於管狀吸收器的管壁上形成焦線，獲得高強度太陽能。跟蹤系統則是實時跟蹤太陽的方位，使拋物面的開ロ方向正對太陽光的入射方向。拋物柱面鏡聚光器単元通常由拋物面鏡、支撐鋼架、整體迴轉機構組成。數塊拋物面鏡安裝於滿足特定形狀要求的支撐鋼架上，用以模擬完整的拋物柱面的聚光功能。 其中用幹支撐的鋼架結構常會有不同的設計方案，目前常用剛性結構支撐，如桁架結構和剛架結構。對於桁架結構聚光集熱器，在聚光器単元的長度方向上，有一貫通的主梁，作為聚光器的基體。在主梁上布置了若干桁架截面，用以安裝拋物面鏡。聚光器単元的長度方向的兩端固定於地面的支架，由軸承支撐，並且可以繞軸承軸線旋轉。現有的剛性支撐結構有ー個普通的不足由於鏡片大小的限制，為了提供足夠的鏡片安裝位置，支撐結構通常材料用量大，且比較笨重。這樣造成了材料的性能未能得以充分利用，存在材料的浪費。並且由於剛架結構的材料及加工成本較高，限制了這種聚光集熱器的實際應用。此外，聚光器需要實時跟蹤太陽的方位，需要通過電機帶動聚光器的整體剛架旋轉，若聚光器的質量過大，則跟蹤太陽方位的過程勢必要消耗過多的能源，這樣總的產能就會下降，影響聚光集熱器的使用效果。
實用新型內容本實用新型提供了一種太陽能拋物面聚光集熱器的剛性與柔性混合支撐裝置，解決了傳統聚光集熱器支撐裝置材料用量大，成本高，安裝不方便的問題。本實用新型採用的技術方案是—種太陽能拋物面聚光集熱器的剛性與柔性混合支撐裝置，包括剛性支撐結構、柔性支撐結構和結構附件三部分。剛性支撐結構包括主梁和端面鋼架，主梁貫穿於整個混合支撐裝置，主梁的兩端是端面鋼架；端面鋼架是ー個平面的金屬桁架結構，與主梁垂直。柔性支撐結構包括主索、斜拉鋼索、副索和定位索，它們均為鋼絲繩，共同構成網狀結構；主索和斜拉鋼索所用的鋼絲繩比副索和定位索所用的鋼絲繩粗；主索和斜拉鋼索為粗鋼絲繩，副索和定位索為細鋼絲繩。主索共兩條，懸於兩個端面鋼架之間；斜拉鋼索共四條，每條斜拉鋼索的一端與主索的其中一個端點共同固定於端面鋼架上，斜拉鋼索的另一端固定於主梁上。副索與定位索位於兩個端面鋼架之間的橫截面內。其中，橫截面與端面鋼架平行，且每個橫截面內分別包含兩條副索和兩條定位索。副索的一端固定於主梁橫截面的頂端，另一端繞過與橫截面垂直的主索，固定於主梁橫截面的底端。定位索的一端固定在主梁截面底端，另一端懸住與主梁截面頂端相連的一段副索的中點，使副索在橫截面內形成拋物線型結構。結構附件包括主索張緊與補償裝置、副索張緊與補償裝置、定位索張緊與補償裝置、拋物面鏡剛性支架。主索張緊與補償裝置及副索張緊與補償裝置均由等剛度彈簧構成，其中主索張緊與補償裝置安裝於主索與端面鋼架相連的地方，副索張緊與補償裝置安裝於副索與主梁截面底端相連的地方，定位索張緊與補償裝置安裝於定位索與主梁截面底端相連的地方。拋物面鏡剛性支架橫跨於兩個相鄰的橫截面之間，安裝於副索上，其與兩根副索分別有兩個接觸支點。對於剛性支架與其中一根副索接觸的兩個支點，一個與副索固結，另一個通過滑道的形式與副索相連。 上述的每個聚光集熱器支撐裝置為ー個聚光集熱單元，多個聚光集熱單元可進行串接使用。此時，兩個単元之間共用一個端面鋼架，該端面鋼架的兩側分別布置兩條連接端面鋼架與主梁的斜拉鋼索。·[0012]本實用新型的有益效果是該剛性與柔性混合支撐裝置是ー種剛性、柔性結構混合使用的支撐裝置，其採用重量輕、力學性能好的鋼絲繩代替一般的桁架結構，減輕了支撐裝置的重量，節約了材料，降低了成本。鋼索的安裝過程相對於桁架便捷，多個聚光集熱單元串接使用時共用相鄰的端面鋼架，減少了桁架的使用量。共用的端面鋼架受到的側拉カ可以相互平衡，使得它的受力情況較好。拋物面鏡剛性支架的使用，有利於減小拋物面鏡的內部應カ，保護拋物面鏡不被破壞。
圖I是本實用新型剛柔混合支撐裝置結構示意圖。圖2是本實用新型主索布局結構示意圖。圖3是本實用新型副索布局結構示意圖。圖4是本實用新型拋物面鏡剛性支架結構示意圖。圖中1剛性支撐結構；2柔性支撐結構；3結構附件；4主梁；5端面鋼架；6主索；7斜拉鋼索；8副索；9定位索；10主索張緊與補償裝置；11副索張緊與補償裝置；12定位索張緊與補償裝置；13拋物面鏡剛性支架；14拋物面鏡片；15吸收器；16鋼索固定點。
具體實施方式
以下結合技術方案和附圖詳細敘述本實用新型的具體實施例。實施例如圖I所示為本實用新型剛柔混合支撐裝置結構示意圖本實用新型的剛柔混合支撐裝置結構由剛性支撐結構I、柔性支撐結構2和結構附件3三部分組成。剛性支撐結構I包括主梁4和端面鋼架5，主梁4貫穿於整個混合支撐裝置，主梁4的兩端是端面鋼架5 ；端面鋼架5是ー個平面的金屬桁架結構，與主梁4垂直。柔性支撐結構2包括主索6、斜拉鋼索7、副索8和定位索9。如圖2所示為本實用新型的主索布局結構示意圖主索6平行於主梁4的長度方向，位於混合支撐裝置兩端的端面鋼架5之間，斜拉鋼索7共四條，每條斜拉鋼索7的一端固定於主梁4上，另一端與主索6的其中一個端點共同固定於端面鋼架5上，以保持網狀結構的穩定性。在主索6與主梁4相連的地方，布置有主索張緊與補償裝置10，用於提供初始的張緊力，並對於鋼索的受カ變形及受熱變形進行自動補償。如圖3所示為本實用新型的副索布局結構示意圖副索8與定位索9位於兩個端面鋼架5之間與端面鋼架5平行的橫截面內。每個橫截面內分別包含兩條副索8和兩條定位索9。副索8的一端固定於主梁4橫截面的頂端，另一端繞過與橫截面垂直的主索6，固定於主梁4橫截面的底端。定位索9的一端固定在主梁4截面底端，另一端懸住與主梁4截面頂端相連的一段副索8的中點，使副索8在橫截面內形成槽型結構。副索張緊與補償裝置11安裝於副索8與主梁4截面底端相連的地方，定位索張緊與補償裝置12安裝於定位索9與主梁4截面底端相連的地方。在副索8所在的橫截面內，主梁4左右兩側的副索8、定位索9、副索張緊裝置11·與主梁4左側對稱。如圖所示為本實用新型的拋物面鏡剛性支架結構示意圖拋物面鏡剛性支架13橫跨於兩個相鄰的橫截面之間，安裝於副索8上，其與兩根副索8分別有兩個接觸支點。對於剛性支架13與其中一根副索8接觸的兩個支點，一個與副索8固結，另ー個通過滑道的形式與副索8相連。使拋物面鏡剛性支架13相對於副索8可以有微量的相對滑動，以補償副索8的伸長變形。
權利要求1.一種太陽能拋物面聚光集熱器的剛性與柔性混合支撐裝置，其特徵在於，包括剛性支撐結構、柔性支撐結構和結構附件三部分；剛性支撐結構包括主梁和端面鋼架，主梁貫穿於整個混合支撐裝置，主梁的兩端是端面鋼架；端面鋼架是一個平面的金屬桁架結構，與主梁垂直；柔性支撐結構包括主索、斜拉鋼索、副索和定位索，它們均為鋼絲繩，共同構成網狀結構；主索和斜拉鋼索所用的鋼絲繩比副索和定位索所用的鋼絲繩粗；主索懸於兩個端面鋼架之間；斜拉鋼索的一端與主索的其中一個端點共同固定於端面鋼架上，另一端固定於主梁上；副索與定位索位於兩個端面鋼架之間與端面鋼架平行的橫截面內；副索的一端固定於主梁橫截面的頂端，另一端繞過主索，固定於主梁橫截面的底端；定位索的一端固定在主梁截面底端，另一端懸住與主梁截面頂端相連的一段副索的中點，使副索在橫截面內形成拋物線型結構；結構附件包括主索張緊與補償裝置、副索張緊與補償裝置、定位索張緊與補償裝置、拋物面鏡剛性支架；主索張緊與補償裝置、副索張緊與補償裝置由等剛度彈簧構成；拋物面鏡剛性支架橫跨於兩個相鄰的橫截面之間，安裝於副索上，其與兩根副索分別有兩個接觸支點；對於剛性支架與其中一根副索接觸的兩個支點，一個與副索固結，另一個通過滑道的形式與副索相連。
2.根據權利要求I所述的剛性與柔性混合支撐裝置，其特徵在於，上述的每個聚光集熱器支撐裝置為一個聚光集熱單元，多個聚光集熱單元串接使用，兩個單元之間共用一個端面鋼架，該端面鋼架的兩側分別布置兩條連接端面鋼架與主梁的斜拉鋼索。
專利摘要本實用新型屬於太陽能採集技術領域，涉及到一種太陽能拋物面聚光集熱器的剛性與柔性混合支撐裝置。該整體框架由主梁、主截面及主截面之間的主索構成，拋物鏡的安裝基體由副索與定位索結合的預緊鋼索結構提供；鋼索內部設計有自動張緊補償裝置，以補償支撐機械結構因環境變化而引起的變形；多個聚光單元串聯使用時通過共用主截面。本實用新型利用結構拓撲優化得到剛性與柔性混合支撐結構參數，充分發揮材料性能，使得太陽能聚光集熱器的支撐機械結構使用很少的材料，重量輕，成本低，強度、剛度滿足使用要求。
文檔編號F24J2/52GK202581911SQ20122022404
公開日2012年12月5日 申請日期2012年5月17日 優先權日2012年5月17日
發明者王德倫, 董惠敏, 馬雅麗, 葉志明, 方浩, 杜廣宇 申請人:大連理工大學