CN101697030A - 定日镜 - Google Patents

Abstract

一种由大轮传动及聚光连续可调所构成的定日镜，属于太阳能利用跟踪技术领域。其基本结构为：在立柱支架上，设置T型轴为水平转轴，T型轴的水平轴两端，与采光器竖梁支架构成垂直转动联接，在T型轴的水平轴上安装超大直径水平传动半轮，在采光器支架上安装超大直径垂直传动半轮，在水平驱动装置和垂直驱动装置的控制下，采光器可作水平方位角转动和垂直高度角转动。采光器纵向分布九个横幅采光单元，每个采光单元都有独立的横向聚光曲率调整机构和纵向光斑会聚调整机构，双重聚光调节，构成采光器聚光倍数可调范围为1至69倍。

Description

定日镜

一.技术领域

本发明涉及太阳能利用跟踪聚光技术，是太阳能利用关键技术之一。

二.背景技术

目前定日镜，普遍采用在水平转轴之上叠加垂直转轴，双转轴驱动构成T型定日镜传动系统。如美国加州、西班牙PSA实验基地等，该结构外观如图24所示。这种定日镜结构看似简单，但其传动系统存在问题。众所周知，定日镜为远距离转动式跟踪，由于受到以投射距离为半径的巨大扇形放大作用。导致传动系统角位移跟踪控制尺度，被压缩到很微小的工作区间；而系统传动误差，却被放大到数千倍之大。由于太阳运行速度十分缓慢，为了达到超低速精确跟踪，定日镜需要一套高倍数齿轮减速传动系统。由于齿轮传动，存在着耦合间隙，而耦合间隙会产生传动误差。当传动误差被放大到几百或数千倍之后，就会引起定日镜跟踪效果严重失常。结果造成定日镜整体聚光效率下降。若要消除传动误差对跟踪效果的严重影响，就必须做到齿轮无间隙耦合，这就等于要做到齿轮加工绝对精密。然而，要想做到齿轮无间隙耦合，其精密加工难度之大，是可想而知的。欲求得加工精度的甚微进展，都得要付出艰难的努力和巨大的代价。目前，定日镜传动系统制作，正面临跟踪精度上不去，制作成本下不来的两难处境。几十年来，受齿轮配合精度限制，定日镜始终处于跟踪精度不足，传动效率低，抗风能力差。在风荷载下运行，光斑晃动较为严重。因此，这种定日镜只能在无风或弱风的环境下才能运行。就目前加工能力而言，采用齿轮传动方式，并不适合于T型双转轴驱动定日镜传动系统。可是离开了齿轮传动，又别无他法可求。为了摆脱齿轮传动的尴尬局面，近年来，已经有一些定日镜改用液压传动方式。但液压传动也同样存在着其自身弱点，这里就不再详述。此外，目前所研制出来的定日镜，都不具备聚光调节能力，面对太阳每日运动，所引起定日镜反射光斑大小的波动变化，却无能为力，从而导致聚光效果不理想，造成太阳能流失较为严重，设备利用率下降，发电成本上升。在定日镜场中，分布着数百甚至上千台定日镜，每台定日镜的位置参数各不相同。在定日镜没有聚光控制的情况下，塔式太阳能发电的总体设计，将会受到聚光条件的捆绑约束。为了获取高密度太阳能，定日镜场需要有很高的聚光倍数。如果每台定日镜，都采用平面镜聚光，则需要大量增加定日镜台数，才能达到聚光倍数要求。但是，随着定日镜数量增多，就会引起定日镜相互遮挡光线，为避免这种情况发生，就必须要加高加大中心塔的建筑规模。其结果又加重了中心塔的投资比例。反之，如果每台定日镜都采用曲面镜作固定式聚光，虽然可以减少定日镜数量。但如此一来，整个定日镜机群，就需要配置数量众多焦距多样的曲面反射镜。由于大面积曲面反射镜，其模具制作极其困难，所需造价十分昂贵。因此，多开模具，就意味着制镜成本大幅攀升，造成制作费用难以承受。在定日镜的安装调试过程中，如果没有聚光控制，将会使安装调试工作，变得异常繁琐复杂。每一台定日镜都由二、三十面反射分镜组成，面对上千台定日镜，若要进行逐台安装调试，就等于要面对数万个反射分镜，在人工高空作业的情况下，进行安装与调试。可想而知，如此之大的定日镜的安装工程，需要耗费不少的人力、物力、财力，以及许久的工期。总之，目前定日镜在制作方面，由于各项耗费开支太大，造成单机造价居高不下，导致塔式太阳能发电成本过高，迟迟未能与商业化市场运作接轨。国情需要和市场期待的是：低造价、抗风能力强、跟踪精度高、自动聚光调节、安装维护便捷等等。显然，现有设计与国情需要，还存在着一定的差距。

三.发明内容

为克服上述定日镜传动系统的技术缺陷，本发明提供一种设计思路，具体办法是：采用超大直径传动轮，通过放大齿轮单位角度所对应的弧长之办法，从而突破齿轮传动的空间限制，达到提高跟踪精度和缩小系统误差目的。其基本结构如下：在定日镜立柱支架顶端，设置可水平转动的T型轴。T型轴的垂直轴，与立柱支架构成水平转动联接。T型轴的水平轴，与采光器的主梁构成垂直转动联接。采光器由反射镜及反射镜支撑系统组成。为了获得水平转动控制，在T型轴的水平轴后侧，安装超大直径水平传动半轮，水平传动半轮受水平驱动装置控制，可使采光器作水平≤180°范围内转动。为了获得垂直转动控制，在采光器上，安装超大直径垂直传动半轮，垂直传动半轮受垂直驱动装置控制，可使采光器进行15°至90°范围内垂直转动。由此，采光器在水平驱动和垂直驱动的双重控制下，可以同时进行水平方位角和垂直高度角的二维球面跟踪运动。

采用超大直径双传动轮驱动的定日镜传动系统，以下简称大轮传动系统，与原有T型转轴驱动定日镜传动系统相对比，在驱动方面，前者是通过大轮驱动采光器，传动效率高，扭力杠杆作用合理，负载能力强；而后者是通过转轴驱动面积庞大的采光器，传动效率低，扭力杠杆作用倒挂，负载能力差。在动态与静态支撑方面，前者为周边驱动、周边支撑，所构成的是面驱动、面支撑；而后者为双转轴驱动、双转轴支撑，所构成的是中心驱动、中心支撑。这样，在驱动性能及抗风性能方面，两者优劣截然分明。采用大轮传动系统，具有如下优势：1.大轮传动，单级变速比高，所需变速比低。因此，可以提高传动效率，节省驱动能耗。2.采用大轮传动，所构成的是周边驱动和平面支撑。这种传动结构，驱动扭力杠杆作用大，抗风能力强。3.由于大轮传动，从圆周到圆心，受伞形收缩作用，可使系统固有的传动误差，比原有的传动系统，要缩小十数倍；反之，从圆心到圆周，受伞形扩大作用，可使大轮角位移调节度，比原有的要放大十数倍。因此，风载荷光斑晃动影响减小，而跟踪精度却得到提高。4.大轮传动系统，结构简单，制作容易，常规制作，即可满足使用要求。从而降低传动系统制作成本，提高产能产量。总之，采用大轮驱动定日镜传动系统，克服了原有定日镜传动系统，受齿轮加工精度限制，导致跟踪精度难以提高，以及制作费用高和制作难度大的根本问题。

为了克服目前定日镜没有聚光调节系统的缺陷，本发明提供一种定日镜反射聚光调节系统设计思路，具体办法是：采用多单元横向聚光幅度调节加纵向光斑会聚调节的办法，来实现采光器可变聚光的目的。其基本结构如下：根据聚光倍数需要，将整个矩形采光镜面，横向分隔成若干横幅矩形采光单元镜面。把横幅矩形反射镜，固定安装在同等宽幅的矩形弹性框架上。而后，通过三种衔接组件，将弹性框架，动态悬挂安装在反射镜转动支架上。反射镜转动支架转轴，与竖梁支架构成垂直转动联接。在弹性框架的中点，与反射镜转动支架转轴中点，通过曲率调整伸缩组件相互衔接。曲率调整伸缩组件，由丝杆伸缩机组成。在丝杆伸缩运动牵引下，弹性框架被迫发生弧形弯曲，同时，也迫使固定在弹性框架上的反射镜发生弧形弯曲。通过对曲率调整伸缩组件的驱动控制，可以实现采光单元反射聚光幅度连续可调。为了获得采光单元反射光斑纵向会聚的调节控制，在反射镜转动支架转轴与竖梁支架之间，设置纵向转动微调机构，纵向转动微调机构，由丝杆伸缩机组成。将丝杆伸缩机固定安装在竖梁支架上，再将微调传动臂的一端，固定安装在反射镜转动支架转轴上，另一端与丝杆构成转动联接。在丝杆伸缩运动牵引下，微调传动臂带动反射镜转动支架及反射镜作来回转动。在对丝杆伸缩机的驱动控制下，实现单元反射光斑纵向会聚调节控制。在对所有采光单元曲率调节和光斑会聚调节的统一控制下，采光器获得多单元整体聚光效果，实现整体聚光光斑大小连续可调。

采用上述聚光系统双重调节，它的优势在于：1.平面镜取材容易，价格便宜；双重调整机，构造简单，造价低廉。用于取代价格昂贵的曲面镜，可以降低反射镜制作费用，节省采光系统开支。2.使定日镜安装调试趋于简化，只需在地面上进行键盘操作，即可完成单机定位和聚光调节。从而减轻人员高空作业负担，也免去搭建无数野外作业平台之烦恼。提高工作效率，缩短工程周期。3.实现聚光系统计算机智能化控制管理，只需输入相应的控制程序，就可以进行光斑大小的操作与控制。通过聚光倍数自动补偿控制，可以消除由于每日太阳运动，所造成光斑大小的波动影响，有效地提高太阳能利用，增加产出电量，降低发电成本。4.由于定日镜，每台、每个单元的制作参数完全一致，容易实现标准化批量生产。只有投入大规模批量生产，才能最大限度地降低单机造价。5.掌握了聚光倍数调节，就等于抓住了能量密度控制权；抓住了能量密度控制权，就等于抓住了塔式发电系统设计主动权。使塔式发电的总体设计，变得更加灵活自如。如：聚光倍数与定日镜数量，接收器与塔高设计，装机容量与储热方式等等综合设计，都可以重新找到更多更好的资源配置方案。从而，在宏观整体布局上，优化系统组合，提高整体效率，降低运行成本。总之，聚光系统的双重调节，是通过对聚光光斑合理的分解组合，从而得到有利的制作途径和应用开发。

四.附图说明

图1为大轮驱动定日镜侧视图。

图2为图1A局部放大的水平驱动和垂直驱动示意图。

图3为图1B局部放大的采光单元侧视图。

图4为定日镜框架结构主视图。

图5为定日镜主梁结构主视图。

图6为定日镜传动系统侧视图。

图7为图6C局部放大的水平驱动装置结构剖视图。

图8为图6D局部放大的垂直驱动装置结构剖视图。

图9为图6E局部放大的T型轴与立柱转动联接剖视图。

图10为传动系统俯视图。

图11为图10F局部放大的水平驱动和垂直驱动示意图。

图12为图10G局部放大的垂直转轴安装剖视图。

图13(a)、(b)、(c)、(d)为采光单元曲率调整示意图。

图14为图13H局部放大的伸缩组件侧视图。

图15为图13H局部放大的伸缩组件主视图。

图16为图13I局部放大的可控活动关节示意图。

图17为图13J局部放大的旋转滑动支撑组件主视图。

图18为图13J局部放大的旋转滑动支撑组件侧视图。

图19为采光单元纵向会聚调节机构示意图。

图20为图19K局部放大的纵向会聚调节机构传动联接示意图。

图21(a)、(b)为可控活动关节结构示意图。

图22为传动半轮齿轮耦合示意图。

图23(a)、(b)为传动半轮两侧传动轴密封系统示意图。

图24为双轴驱动T型结构定日镜后视图。

上述图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图11、图12、图13、图14、图15、图16、图17、图18、图19、图20、图21、图22中：1.立柱支架，2.T型轴，3.水平传动半轮，4.垂直传动半轮，5.水平轮托，6.垂直轮托，7.水平传动半轮防尘罩，8.垂直传动半轮防尘罩，9.水平驱动装置，10.垂直驱动装置，11.垂直驱动装置支架，12.水平驱动装置支架，13.三角支架，14.竖梁支架，15.横梁支架，16.垂直转动轴承，17.T型轴推力轴承，18.T型轴轴承，19.垂直传动半轮支架，20.垂直转轴，21.法兰盘，22.弹性框架，23.反射镜镜框，24.反射镜，25.反射镜支架转轴，26.支架转轴轴承，27.上牵引支架，28.回形支架，29.旋转滑动支撑组件，30.反射镜支架，31.下牵引支架，32.制动器支架，33.可控活动关节，34.电磁失电制动器，35.可控活动关节支架，36.双联丝杆伸缩机，37.丝杆，38.丝杆防尘波纹管，39.丝杆伸缩机支架，40.丝杆伸缩机输入转轴，41.旋转滑动支撑组件下支座，42.滑动轴支座，43.直线轴防尘波纹管，44.直线轴，45.滑动轴，46.直线轴承，47.滑动轴轴承，48.直线轴承套，49.丝杆，50.丝杆伸缩机，51.传动臂，52.轴销，53.滑块，54.滑槽，55.靠轮，56.传动轴，57.传动半轮齿轮，58.蜗轮，59.蜗杆，60.蜗杆联动齿轮，61.变速箱输出齿轮，62.变速箱，63.机壳，64.缓冲轴，65.缓冲轴轴承，66.传动轴轴承，67.机座，68.海棉密封条，69.密封滑片，70.传动轴密封滑块，71.缓冲间隙控制组件。

五.具体实施方式

大轮驱动T型结构定日镜如图1、图4、图5、图6所示，在立柱支架(1)顶端，设置可水平转动的T型轴(2)，T型轴(2)由水平轴和垂直轴固定联接组成。如图5、图6所示，T型轴(2)的垂直轴，通过水平转动轴承(12)与立柱(1)构成水平转动联接。在实际应用中，由于采光器的面积有大有小。因此，T型轴(2)的水平轴，与采光器的两根竖梁支架(14)之间，存在着两种不同的联接方式。当采光器面积较小的时候，如图5所示，T型轴(2)的水平轴是穿过竖梁支架(14)，通过安装在竖梁支架(14)上的垂直转动轴承(16)，与竖梁支架(14)构成垂直转动联接。当采光器面积较大的时候，如图4、图10所示，T型轴(2)的水平轴两端，通过垂直转动轴承(16)、垂直转轴(20)、法兰盘(21)，与竖梁支架(14)构成垂直转动联接。T型轴(2)的水平轴，与竖梁支架(14)所构成的两种垂直转动联接方式。主要是为了满足水平传动半轮(3)，在T型轴(2)上的安装条件，就是T型轴(2)的水平轴长度，必须大过水平传动半轮(3)直径。为方便叙述，以下规定日镜的前后方向为：定日镜在工作状态下，向阳面为前，背阳面为后。为了获得水平转动控制，如图10所示，在T型轴(2)的水平轴后侧水平中线上，安装超大直径水平传动半轮(3)及水平轮托(5)。水平传动半轮(3)的轴心线，与T型轴(2)的垂直轴轴心线完全重合。如图6所示，水平传动半轮(3)，受水平驱动装置(9)控制，可使采光器作水平≤180°范围内转动。如图1、图6所示，水平驱动装置(9)，固定安装在水平驱动装置支架(12)上，水平驱动装置支架(12)，固定安装在立柱支架(1)上。为了加强水平传动半轮(3)的水平支撑，如图6所示，在T型轴(2)的垂直轴后侧中线位置上，固定联接三角支架(13)，三角支架(13)的水平挑出端，联接于水平轮托(5)的内圆弧中点上。如图5、图6所示，为了获得垂直转动控制，在横梁支架(15)上，固定安装垂直传动半轮支架(19)，在垂直传动半轮支架(19)上，固定安装超大直径垂直传动半轮(4)及垂直轮托(6)，垂直传动半轮(4)的轴心线，与T型轴(2)的水平轴轴心线完全重合。垂直传动半轮(4)及垂直轮托(6)，可以安装在立柱(1)的两旁任选一的垂直半圆盘空间，并且该空间位置，垂直穿过水平传动半轮(3)的圆内预留空间位置。本例选择安装在后视立柱(1)的右侧位置上。受垂直驱动装置(10)的控制，可使采光器进行垂直15°至90°范围内转动。如图6、图10所示，垂直驱动装置(10)，固定安装在垂直驱动装置支架(11)上，垂直驱动装置支架(11)，固定安装在T型轴(2)的水平轴后侧。由此，采光器在水平驱动和垂直驱动的双重控制下，可以同时进行水平方位角和垂直高度角的二维球面跟踪。

图7、图8分别为定日镜水平驱动装置(9)和垂直驱动装置(10)的内部结构剖视图。水平驱动装置(9)与垂直驱动装置(10)内部结构相似，两者工作原理完全相同。由变速箱(62)，将电机转速降低，通过变速箱输出齿轮(61)与蜗杆联动齿轮(60)耦合，驱动蜗杆(59)转动，进而带动两侧蜗轮(58)同步异向转动，两侧蜗轮(58)通过两侧传动轴(56)，使两侧伞形齿靠轮(55)联动，由两侧伞形齿靠轮(55)同步异向转动，带动传动半轮齿轮(57)转动。传动半轮齿轮(57)，名义上包括水平传动半轮(3)和垂直传动半轮(4)。如图22所示，采用双侧靠轮传动，可以使传动半轮齿轮(57)，在与双侧靠轮(55)耦合传动过程中，所产生出来的双侧轴向推力，相互抵消，以避免增加轴向摆动。由于传动半轮(57)，在加工制作或安装过程中，都有可能会产生出齿轮径向误差和轴向误差。如果误差值波动太大，就会妨碍到齿轮耦合传动。本例针对齿轮径向误差，所采取的兼容办法是，把超大直径的传动半轮齿轮(57)和双侧靠轮(55)，都加工制作成伞形齿轮。利用传动半轮齿轮(57)伞形齿的径向深度长，以及齿与齿之间平行度高的特点，可以允许齿轮耦合双边，在很小的范围内出现径向相对移动，以此兼容径向误差。针对轴向误差的解决办法是，将驱动装置的壳体支撑部位，设置在背离靠轮(55)的另外一端。在驱动装置机壳(63)与机座(67)之间，通过缓冲轴(64)，构成转动联接。缓冲轴(64)的轴向，与传动半轮齿轮(57)的轴向相互垂直。当靠轮(55)在传动过程中，出现微弱的轴向位移波动时，则可通过缓冲轴(64)的微小摆动加以吸收。为了限制缓冲幅度，如图2所示，分别在水平驱动装置支架(12)和垂直驱动装置支架(11)上，安装缓冲间隙控制组件(71)。

下面以水平方位角跟踪为例，对大轮传动系统的跟踪运行状况，作如下叙述：如图4所示，假设定日镜采光器高12m，宽10m，面积120m²。如果两个竖梁支架(14)之间最佳距离为4m，那么，水平超大直径传动半轮(3)的直径，最多可以取到4m，本例暂取3m，换算成毫米单位为3000mm，假设靠轮(55)的直径为40mm。那么，两种齿轮直径比为：3000∶40＝75倍。以下为了便于叙述，将水平传动半轮(3)简称为大齿轮，靠轮(55)简称为小齿轮。根据光学原理得知，定日镜反射角度每调整1°，太阳光入射光线与反射光线之间夹角就会发生2°变化。因此，定日镜总是以二分之一太阳运行角速度进行跟踪。以下简称这一原理，为半角跟踪原理。若定日镜采用连续跟踪方式，则大齿轮和小齿轮平均线速度计算为：3000mm×π÷(24小时×2)÷60分钟≈3.2725mm/min，式中(24小时×2)项，是根据半角跟踪原理而来，大齿轮转过一圈需要48小时；小齿轮每分钟转速计算为：3.2725mm/min÷(40mm×π)≈0.026r/min；假设水平驱动装置末级变速比为120，那么，变速箱输出齿轮(59)的转速计算为：0.026r/min×120＝3.12r/min。如果定日镜采用间歇式跟踪，每10秒钟跟踪调整一次。那么10秒钟光斑移动夹角计算为：360度÷24小时÷3600秒×10秒＝0.041667度；在每10秒内，大齿轮和小齿轮共同转过弧长计算为：3.2725mm/min÷60秒×10秒≈0.5454mm；大齿轮每度弧长计算为：3000mm×π÷360度≈26.1799mm/度。那么，大齿轮转过弧长0.5454mm时，所对应的角位移为：0.5454mm÷26.1799mm/度≈0.0208°。若齿轮耦合间隙总和为0.5mm，则大齿轮角位移误差值计算为：0.5mm÷26.1799mm/度≈0.019°。通过以上计算如结果表明，采用连续跟踪方式，则定口镜跟踪精度，若以系统误差大小而定。那么，水平角位移跟踪精度为0.019°；若定日镜投射距离为300m，则光斑水平移动误差计算为tan0.019°×300000mm≈100mm；若考虑二分之一提前量，那么，在风载荷下运行，光斑水平波动值约为：±50mm。如果采用间歇式跟踪，则定日镜跟踪精度估算，应加上10秒钟太阳光斑移动夹角，那么，此时水平角位移跟踪精度为：0.041667°+0.019°≈0.0607°；若定日镜投射距离为300m，则光斑水平移动误差计算为：tan0.0607°×300000mm≈318mm，若考虑二分之一提前量，那么，在风载荷下运行，光斑水平波动值约为：±159mm。对于大轮传动系统而言，传动半轮直径越大，则跟踪精度越高，系统误差越小。由于直径增大，制作费用也会有所增加。因此，对于传动半轮的直径取值，应根据实际控制需要而定，以适用为度。根据定日镜半角跟踪原理得知，水平传动半轮(3)最大跟踪范围小于90°，而垂直传动半轮(4)，考虑前后排定日镜俯仰角跟踪范围大致为60°。因此，为了减轻传动半轮的齿轮加工负担。仅对水平传动半轮(3)中间90°，所对应的弧长部分作有齿加工；对垂直传动半轮(4)其中60°角，所对应的弧长部分作有齿加工。若水平传动半轮(3)直径为3000mm，则有齿部分弧长约为2356mm；若垂直传动半轮(4)直径为2400mm；则有齿部分弧长约为1256mm。

采光器实施例一

定日镜聚光系统如图4所示。将整个矩形采光镜面，横向分隔成九等分。如前所述的采光器面积为120m²，则生成九个横向长度为10m，纵向高度约为1.3m的宽幅矩形采光单元。本例采光器的聚光倍数调节范围为1至69倍。此处聚光倍数最大值的规定算法是，当采光单元聚光光斑达到正方形时，独立采光单元聚光倍数约为7.7；当九个采光单元光斑同时重叠会聚在一起时，则采光器聚光倍数最大值为：7.7×9≈69倍。如图13(a)、(b)、(c)、(d)、图14、图17所示，采光单元构成：由宽幅矩形平面反射镜(24)，镶嵌在反射镜镜框(23)内，反射镜镜框(23)固定安装在同样大小的矩形弹性框架(22)上。如图14、图15、图16、图17所示，弹性框架(22)，通过双联丝杆伸缩机(36)、可控活动关节(33)、旋转滑动支撑组件(29)，这三种衔接构件，悬挂安装在反射镜转动支架上。如图13(a)、(b)、(c)、(d)所示，反射镜转动支架，由回形支架(28)、活动关节固定支架(35)、丝杆伸缩机支架(39)、反射镜支架转轴(25)组成。反射镜支架转轴(25)为横向水平放置，其长度与弹性框架(22)相同。在反射镜支架转轴(25)水平两端，纵向固定设置回形支架(28)；在反射镜支架转轴(25)水平两端各约四分之一处，纵向固定设置活动关节固定支架(35)；在反射镜支架转轴(25)垂直中线上，纵向固定设置丝杆伸缩机支架(39)。反射镜支架转轴(25)，固定联接在回形支架(28)的后侧水平中线上。同时，反射镜支架转轴(25)，固定联接在活动关节固定支架(35)和丝杆伸缩机支架(39)的前侧水平中线上。反射镜支架转轴(25)，横向穿过左右竖梁支架(14)，并通过固定安装在竖梁支架(14)上的支架转轴轴承(26)，与竖梁支架(14)构成垂直转动联接。回形支架(28)和活动关节固定支架(35)，与弹性框架(22)的纵向长度一致。回形支架(28)的四个边角，分别与弹性框架(22)的四个边角，通过旋转滑动支撑组件(29)，构成两边支架相互衔接；活动关节固定支架(35)的四个支点，分别与弹性框架(22)的四个对应支点，通过可控活动关节(33)相互衔接；丝杆伸缩机支架(39)，通过双联丝杆伸缩机(36)，与安装在弹性框架(22)垂直中线上的上牵引支架(27)的中点，构成相互衔接。本例中间采光单元，不设反射镜转动支架。它是通过横向固定安装在竖梁支架(14)上的两条反射镜支架(30)，为弹性支架(22)提供悬挂支撑。反射镜支架(30)与弹性框架(22)等长。各种衔接构件安装，与其他采光单元一致。有所区别的是，在两条反射镜支架(30)的中点连线位置上，固定安装下牵引支架(31)，在下牵引支架(31)的中点位置上，安装双联丝杆伸缩机(36)。在双联丝杆伸缩机(36)的牵引下，弹性框架(22)被迫发生弧形弯曲，使固定安装在弹性框架(22)上的反射镜(24)，也随之发生弧形弯曲。由反射镜(24)的曲率变化，导致采光单元横向聚光幅度发生变化。通过对双联丝杆伸缩机(36)的驱动控制，可实现采光单元反射镜的曲率变化连续可调。在反射镜(24)聚光调节过程中，由于弹性框架(22)四个边角支点的运动轨迹，可以分解为直线运动加平面转动。所以，在弹性框架(22)的四个边角上，设置旋转滑动支撑组件(29)。如图17、图18所示，旋转滑动支撑组件(29)构成如下：在直线轴固定支座(41)上，固定安装直线轴(44)，在直线轴(44)上，安装直线轴承(46)，在直线轴承(46)上，安装直线轴承套(48)，如图18所示，在直线轴承套(48)两侧垂直中线上，固定联接滑动轴(45)，滑动轴(45)的另一端，固定安装在滑动轴轴承(47)内，滑动轴轴承(47)安装在滑动轴支座(42)上，使滑动轴支座(42)，可在直线轴(44)上，作旋转滑动运动。滑动轴(45)与直线轴(44)相互垂直，滑动轴(45)与反射镜(24)相互平行。直线轴固定支座(41)，与回形支架(28)紧固联接；滑动轴支座(42)，与弹性框架(22)边角紧固联接。当弹性支架(22)发生形变时，其四个边角，通过旋转滑动支撑组件(29)，可在横向平面运动中，获得纵向固定支撑。除此之外，在弹性框架(22)两端各约四分之一处，安装可控活动关节(33)，也起到的动态悬挂支撑作用。如图19所示，为了取得采光单元反射光斑纵向会聚增量调节，在竖梁支架(14)上，固定安装丝杆伸缩机(50)；在靠近竖梁支架(14)的反射镜支架转轴(25)上，固定安装传动臂(51)。丝杆(49)的前端，通过轴销(52)，与传动滑块(53)构成转动联接。传动滑块(53)，放置于传动臂(51)末端的滑槽(54)内，滑槽(54)的走向与传动臂(51)径向一致。如图20所示，当丝杆(49)伸缩运动时，传动滑块(53)在滑槽(54)内，略微作径向移动，使传动臂(51)的推动支点，锁定在丝杆伸缩机(50)的直线运行轨迹上。采用长臂传动，是为了增大转动扭矩和角位移控制细分。由丝杆(49)的伸缩运动，带动传动臂(51)作来回摆动，进而带动反射镜转动支架及反射镜(24)作来回转动。由反射镜(24)的来回转动，实现单元反射镜(24)聚光光斑纵向会聚可控调节。在对所有采光单元曲率调节和光斑会聚调节的统一控制下，采光器获得多单元整体聚光效果，实现整体聚光光斑大小连续可调。

本例采光单元取奇数个的益处，是为了节省中间采光单元的转动设施。由于中间采光单元不需要纵向会聚调节装置，因此，只设置曲率调整机构。如图4所示，本例各采光单元的分布结构为，在两根竖梁支架(14)上，纵向排列，左右对称，各采光单元相互之间留有转动间隙。除中间单元外，其余八个单元，都可以作垂直方向小角度转动。为了使反射镜(24)弯曲弧度，接近于聚光曲线，如：抛物曲线或双曲线等。在弹性框架(22)的制作选材上，采用弹性塑钢或其他弹性轻质材料加以制作。而且，将弹性框架(22)的两条长边，制作成中间厚两边逐渐变薄的分布形状。采用塑钢制作弹性框架的好处是，质地轻、弹性好、价格低，耐用。

考虑定日镜将处于风沙较大的环境中运行，就必须具备应有的防尘措施，和抵御强风的能力。本例采光器，采用多单元设计，可以使风力作用得到有效地分解。如图13(a)所示，风力作用面积，经过中间伸缩组件的固定支撑，分解为二分之一单元面积。二分之一风力作用面积，再经过可控活动关节(33)的固定支撑，再行分解到四分之一单元面积。这样使弹性支架(22)，整体抗风变形能力得到增强。如图21所示，在可控活动关节(33)的中间轴销与曲臂之间，安装微型电磁失电制动器(34)。在失电状态下，可控活动关节(33)被限制伸缩运动，成为一种固定支撑。只有在曲率调整期间，在制动器通电的情况下，可控活动关节(33)才能展开自由伸缩运动。在防风沙保护方面，如图14、图17所示，在双联丝杆伸缩机(36)和旋转滑动支撑组件(29)上，设置丝杆防尘波纹管(38)和直线轴防尘波纹管(43)，特别加以密封保护。如图2、图6、图7所示，在传动半轮齿轮(57)的两侧伞形齿面上，加设水平传动半轮防尘罩(7)和垂直传动半轮防尘罩(8)。如图2、图7、图23(a)、(b)所示，在防尘罩与传动轴(56)相对运动的轨道上，设置橡胶海绵密封条(68)。在海绵密封条(68)与传动轴(56)的移动交接处，设置传动轴密封滑块(70)，其正面形似橄榄状，两头尖，中间宽，有利于在上下海绵密封条(68)交接缝中的滑动和密封。为了加强该处密封，在传动轴密封滑块(70)里外两面，安装密封滑片(69)。

采光器实施例二

上述定日镜聚光系统设计，属于太阳跟踪聚光技术，具有太阳跟踪聚光通用性。因此，可将其用途上作进一步的开发。对于上述定日镜，在主体框架格局不作任何改变的情况下，只需将原来可调节的部分，都改成固定式结构。并且，将传动半轮上的有齿部分加长。如果需要提高聚光倍数，可以将采光单元反射镜，再横向分隔出更多反射分镜，而后将采光单元内所有反射分镜，按横向固定聚光安装，使得分镜光斑聚成正方形；纵向以会聚排列，使得各分镜光斑重叠。组成固定式多分镜聚光会聚采光单元。如此一来，就可以把原来的定日镜，改装成高倍聚光太阳跟踪装置。这样的改装，简单易行，造价更低。改装后的整个镜面依然是矩形反射镜，其聚光倍数可以任意设定。如：高度12m，宽度10m，面积为120m²平方米的矩形采光器镜面。若将其横向分隔为九等分，则可生成九个采光单元。若每个采光单元，再横向分隔为六等分，则得到每个反射分镜尺寸约为：10m×0.2m。由六个反射分镜，分别固定在六个弹性支架上，每个弹性支架都以一定的会聚角度和相同的曲率，固定安装在原来的反射镜转动支架上，构成采光单元固定式聚光。若单元聚光会聚光斑形成面积为：0.2m×0.2m，则此时采光器整体聚光倍数可以达到：50×54＝2700倍。高倍数聚光，主要应用于：聚光光伏发电、碟式太阳能发电、冶炼金属、单晶生长、制取氢气、海水淡化等等各种高温清洁能源应用场合。

Claims (5)

1.一种由超大直径传动轮驱动的水平方位角转动叠加垂直高度角转动，所构成的定日镜跟踪传动系统装置，其特征结构为：在立柱支架(1)上，安装可水平转动的T型轴(2)，T型轴(2)的垂直轴，与立柱支架(1)构成水平转动联接，T型轴(2)的水平轴，通过垂直转动轴承(16)，与竖梁支架(14)构成转动联接，在T型轴(2)的水平轴后侧中线上，水平安装水平传动半轮(3)，在立柱支架(1)上，固定安装水平驱动装置支架(12)，在水平驱动装置支架(12)上，固定安装水平驱动装置(9)，在水平驱动装置(9)的驱动控制下，采光器可作水平方位角转动，在横梁支架(15)上，固定安装垂直传动半轮支架(19)，在垂直传动半轮支架(19)上，垂直安装垂直传动半轮(4)，在T型轴(2)的水平轴后侧，固定安装垂直驱动装置支架(11)，在垂直驱动装置支架(11)上，固定安装垂直驱动装置(10)，在垂直驱动装置(10)控制下，采光器可作垂直高度角转动。

2.按照权利要求1.所述的定日镜跟踪系统传动装置，其特征在于：垂直传动半轮(4)与水平传动半轮(3)，空间位置的相对关系，垂直传动半轮(4)，设置在采光器后侧，靠近立柱(1)两旁任选一的垂直半圆盘空间，并且该垂直半圆盘空间，是从水平传动半轮(3)半圆平面内预留空档处垂直穿过。

3.按照权利要求1.所述的定日镜跟踪系统传动装置，其特征在于：对传动半轮齿轮(57)的耦合及驱动方式，为双侧伞形齿轮(55)耦合，单蜗杆(59)与双蜗轮(58)，同步异向双侧驱动。

4.一种反射聚光光斑大小连续可调的定日镜采光装置，其特征在于：将整个矩形采光面，横向分隔为若干个宽幅矩形采光单元，采光单元构成如下：宽幅矩形反射镜(24)，固定安装在反射镜镜框(23)内，反射镜镜框(23)固定安装在弹性框架(22)上，弹性框架(22)悬挂安装在反射镜转动支架上，反射镜转动支架，由反射镜支架转轴(25)、回形支架(28)、活动关节固定支架(35)、丝杆伸缩机支架(39)组成，反射镜支架转轴(25)与弹性框架(22)长度相等，反射镜支架转轴(25)，通过固定安装在两根竖梁支架(14)上的支架转轴轴承(26)，横向穿过两根竖梁支架(14)，并与两根竖梁支架(14)构成转动联接，在反射镜支架转轴(25)水平两端，各固定联接着一个纵向放置的回形支架(28)，在反射镜支架转轴(25)水平两端各四分之一处，各固定联接着一个纵向放置的活动关节固定支架(35)，在反射镜支架转轴(25)垂直中线上，固定联接着纵向放置的丝杆伸缩机支架(39)，在回形支架(28)的四个边角支点上，通过旋转滑动支撑组件(29)，对弹性框架(22)的四个边角，构成悬挂安装，在活动关节固定支架(35)的四个支点上，通过可控活动关节(33)，对弹性框架(22)的相应支点，构成悬挂安装，为了实现横向反射聚光调节，在弹性框架(22)的垂直中线位置上，固定安装上牵引支架(27)，并在丝杆伸缩机支架(39)上，安装双联丝杆伸缩机(36)，双联丝杆伸缩机(36)的两根丝杆顶端，固定联接在上牵引支架(27)的中点位置，为了实现纵向光斑会聚调节，在反射镜支架转轴(25)上，安装传动臂(51)，在竖梁支架(14)上，安装丝杆伸缩机(50)，在对所有采光单元双联丝杆伸缩机(36)和丝杆伸缩机(50)的统一驱动控制下，实现采光器横向聚光调整和纵向光斑会聚调整，从而实现定日镜整体光斑大小连续可调。

5.按照权利要求4.所述的定日镜装置，其特征在于：反射镜转动支架通过衔接组件双联丝杆伸缩机(36)、可控活动关节(33)、旋转滑动支撑组件(29)，对弹性支架(22)构成动态悬挂支撑，使弹性支架(22)在纵向上，获得固定支撑，在横向平面方向上，获得弧形弯曲的变形控制。

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