CN101982655B - 槽式太阳能热发电聚光器比例液压跟踪系统 - Google Patents

槽式太阳能热发电聚光器比例液压跟踪系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种槽式太阳能热发电聚光器比例液压跟踪系统，包括聚光器板、支撑板、集热管、油缸及其液压系统，所述液压系统包括油箱、电动机、齿轮泵、比例伺服换向阀、蓄能器、电磁换向阀，油箱内的压力油经过单向阀及压油过滤器后通过三路工作循环油路连通油缸，其中1路为经压力补偿器进入比例伺服换向阀，2路为经蓄能器安全阀组后进入蓄能器，3路为进入电磁换向阀后经过双向液控单向阀进入油缸。本发明采用伺服油缸，内置光栅式位移传感器，其传感器的显示精度为1μm，系统承受极限交变推力15000-20000N(8级风)，油缸的往复运动距离840mm，速度为0.03mm/s-0.7mm/s，电机功率为0.5kW，可以进行对太阳的连续跟踪及自动调整，具有自带风冷式油冷却器及加热器。

Description

槽式太阳能热发电聚光器比例液压跟踪系统
技术领域
本发明属于太阳能热发电技术领域，涉及一种槽式太阳能热发电聚光器比例液压跟踪系统。
背景技术
太阳能发电事业早在国家“十五”规划中就已列为重点能源项目，2006年1月已实施的《中华人民共和国可再生能源法》规定，太阳能发电将先并入电网，电网企业将全额收购太阳能发电量，高出常规电力上网费用部分将网内分摊。我国近年来在太阳能热发电关键技术上取得突破性进展，塔式、槽式和蝶式系统均有示范项目建设中，同时太阳能热发电与化石能源互补也有发展。同属太阳能家族的光付和光热各有长短，光热更适宜西部广阔地区的大规模发电，而光付在城市屋顶上有优势。
光热发电的电价与投资成本密切相关，光热发电成本下降空间巨大。目前光热发电产业属于启动期，国内厂商前期生产装备投资较大，随着项目的逐步增加，设备价格有较大下降空间，未来有望将成本控制在10000元/KW以内，能够接近目前的风电水平电价。韩国太阳能学会主席Y.H.Kang博士提到，预计到2050年，光热发电的成本将会降至目前水平的20-25％，成本下降潜力巨大。
从发展可再生能源发展战略角度，按照国家发改委2007年的“可再生能源中长期发展规划”，我国风电和水电的等效装机容量为3.4亿和3.7亿千瓦，生物质能量具有2.8亿千瓦能量。但作为生物质能全部用于发电是不明智。按照国家发改委能源发电研究课题组以节能模式、低碳模型，强化低碳模型三种方式预测，2020年我国发电装机容量分别为14亿、13.3亿、13.1亿千瓦。可见，即使风电和水电全部转化为电能，我国的低碳和无碳发电装机容量为9.3亿千瓦，占2020年全部电力要求的59％。因此，其余部分由哪一种可再生能源提供，最有基础并且已经规模发展的太阳能应用无疑是最诱人的形式。而且，太阳能热发电技术在我国已经具备了市场化的土壤，只要国家在政策上打开瓶颈，太阳能热发电的大小发电站在我国就会像雨后春笋般的迅猛发展。
目前，每套槽式太阳能热发电装置都需要配备一套太阳光线跟踪系统，如中科院电工所在通州研发了第一套机械电控跟踪系统，但由于聚光器的转动及直线位移都是通过齿轮及丝杠导轨连接来实现，故在风力较大的情况下，齿轮由于固有的齿隙致使整体装置在运动中产生振动及误差，并且经多次试验及修正齿隙都不能完全消除这种振动及误差，精度较差。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种槽式太阳能热发电聚光器比例液压跟踪系统，该系统误差小，精度较高。
本发明的目的是这样实现的：
一种槽式太阳能热发电聚光器比例液压跟踪系统，包括聚光器板、支撑板、集热管、油缸及其液压系统，其特征在于：所述液压系统包括油箱、电动机、齿轮泵、比例伺服换向阀、蓄能器、电磁换向阀，油箱内的压力油经过单向阀及压油过滤器后通过三路工作循环油路连通油缸，其中1路为经压力补偿器进入比例伺服换向阀，2路为经蓄能器安全阀组后进入蓄能器，3路为进入电磁换向阀后经过双向液控单向阀进入油缸。
而且，所述油箱所安装的各个功能部件分别为：电动机通过联轴器连接齿轮泵，齿轮泵通过吸油滤油器将油箱内的油泵入出油油路，油箱上安装有液位液温计、空气过滤器、温度继电器、液位控制继电器及电加热器、温度热电偶。
而且，所述1路工作循环油路上安装有压力补偿器及平衡阀，该压力补偿器由定差减压阀及梭阀组成。
而且，所述油缸在其顶出进油缸上安装有一平衡阀。
而且，所述3路工作循环油路为手动控制油路，由电磁换向阀及双向液控单向阀构成。
而且，所述2路工作循环油路由蓄能器安全阀组、蓄能器构成。
而且，所述液压系统还设计有空循环油路，包括先导式溢流阀及回油油路上的风冷式油冷却器、回油过滤器，在该油路上安装有压力表组件。
本发明的优点和积极效果是：
本发明所设计的比例伺服液压跟踪系统，采用伺服油缸，内置光栅式位移传感器，其传感器的显示精度为1μm。该系统承受极限交变推力15000-20000N(8级风)，油缸的往复运动距离840mm。速度为0.03mm/s-0.7mm/s，电机功率为0.5KW，可以进行对太阳的连续跟踪(其反馈电信号来自于中科院提供的太阳跟踪传感器)及自动调整。该系统具有自带风冷式油冷却器及加热器，并附有外防护罩在野外具有可以防风沙雨雪及冰冻、高热的作用。
附图说明
图1为本发明液压工作原理图；
图2为本发明+10伏电压信号输入状态下的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明进一步说明；下述实施例是说明性的，不是限定性的，不能以下述实施例来限定本发明的保护范围。
一种槽式太阳能热发电聚光器比例液压跟踪系统，该聚光器油缸的液压系统包括油箱9、电动机1、齿轮泵3、数字式压力传感器17、比例伺服换向阀20、蓄能器26、电磁换向阀18。油箱内的压力油经过单向阀14及压油过滤器16后通过三路工作循环油路连通油缸27，本液压系统还设计有空循环油路。
各功能部件及油路的连接关系为：
1、油箱及其所安装的各个功能部件分别为：
电动机通过联轴器2连接齿轮泵，齿轮泵通过吸油滤油器4将油箱内的油泵入出油油路。油箱上安装有液位液温计8、空气过滤器7、温度继电器6、液位控制继电器5及电加热器10、温度热电偶28。
2、空循环油路：包括先导式溢流阀13及回油油路上的风冷式油冷却器12、回油过滤器11，在该油路上安装有压力表组件15。
本油路的工作原理是：首先通过动作信号DX1启动电机，齿轮泵通过吸油过滤器由油箱中吸油，将油泵出后先经先导式溢流阀及风冷式油冷却器、回油过滤器回到油箱。此时液压系统的工作状态为空载循环。当DX2带电溢流阀建压，此时观察压力表组件，当系统压力达到额定工作压力21MPa时，液压系统开始进入正常的工作循环，其开始工作的压力点由数字式压力传感器发出电信号通知上位机或PLC控制系统(控制系统该项目忽略)再发出指令信号。
3、工作循环油路：压力油的出油管路通过单向阀及压油过滤器后分三路进入油缸，其中1路为经压力补偿器19进入比例伺服换向阀，2路为经蓄能器安全阀组25后进入蓄能器(高压)，3路为进入电磁换向阀后经过双向液控单向阀24进入油缸。
下面分别予以描述：
(1)1路工作循环油路，为自动控制油路，在该油路上安装有压力补偿器及平衡阀21。
本油路的工作原理为：
由于本油路的比例伺服换向阀以及3路工作循环油路的电磁换向阀中位皆为四口全封机能(O形机能)，故在没有DX3、DX4、DX5动作电信号时，此时油缸处于静止状态；当DX3带电即比例伺服换向阀有电压信号(+10V)输入时，该阀右位带电，即压力油经平衡阀进入油缸A腔，油缸伸出，其B腔回油经风冷及回油滤油器回到油箱，这时太阳聚光器即沿顺时针方向转动，其运动位置及速度分别由KX1光栅式位移传感器22、接近开关23及23.1及太阳能跟踪控制器(中科院研制)来给比例伺服换向阀发信号，连续调节该比例阀阀芯的开口量，形成一个闭环控制环节。即把比例伺服的输入信号与被控制量(油缸及负载)的反馈信号进行比较，将其差值(即控制偏差)传送给控制装置，以改变油缸(执行元件)的输入压力及流量，使负载(聚光器板)向着减小信号偏差的方向动作。
在本油路中，由于采用的是数字比例伺服阀，采用D/A及A/D转换的脉冲信号，分辨率高，抗干扰能力强，控制精度相当高，其响应频率达到50Hz，响应时间达到5-10ms，滞环只有0.1％，故该系统达到控制精度为0.002mm。当比例伺服阀的输入信号为-10V时，该阀左位换向压力油直接进入油缸B腔，此时油缸回缩，其控制过程与伸出时相同(不再赘述)。
压力油进入1路系统有几个特点。第一个特点：本系统在该路中增加一套压力补偿器，该补偿器由定差减压阀及梭阀19.1组成，其作用为让通过比例伺服阀的流量基本不受负载压力变化的影响。
第二个特点：在油缸A腔(顶出进油缸)增加一个平衡阀，其作用为当比例伺服换向阀及电磁换向阀都处于中位封闭状态时，虽然油缸可以在任意位置停止，但由于以上两个阀都是滑阀结构，它们是通过间隙配合组成滑阀及滑套副，因此其结构必然存在理论上的泄漏线及点，故不能保证油缸长时间不动，只要滑阀中位有泄漏，油缸的位置及聚光器板的位置就会发生变化，这时聚光器板的控制要求是绝对不能允许的。但当增加平衡阀后，整个系统可以做到无泄漏状态，因为平衡阀的锥形阀座结构保证了无泄漏状态，从而保证油缸及聚光器板在阀芯中位时保持静止状态。
(2)3路工作循环油路：即手动控制油路，设置该油路是为了增加一路控制状态，由电磁换向阀及双向液控单向阀构成。
其工作原理是：当比例伺服阀失控或出现故障维修时，该油路还可以通过这一路来控制油缸及聚光器板的伸出及收回，当DX4及DX5带电时，压力油先后进入油缸的A腔及B腔，从而使油缸往复动作，当需要油缸中间停止，DX4及DX5断电后，油缸停止，由于回路安装了液压锁使油缸保持在静止位不动，处于锁紧状态。
(3)2路工作循环油路：为蓄能器高压状态，由蓄能器安全阀组、蓄能器构成。
其工作原理是：设置蓄能器的作用为脉动分流及液体减震(减小压力脉动)，当液体急速流动时，阀口的突然开闭都会在管路中产生一个压缩波引发管路压力增加，其作用为破坏阀口外的压力平衡、破坏管路、外泄，以致阀的损坏，此时蓄能器的作用就是有效的将冲击波吸收抑制。该回路还设置了蓄能器安全阀组，当系统压力超过蓄能器的设置压力时，蓄能器安全溢流阀此时可以打开，将多余的的流量卸荷，从而保证蓄能器的安全性。(压力容器保护)
此外，本系统还具有其他功能，包括：
(1)过滤功能：由于该系统采用了比例伺服换向阀，故按国家及欧美油液清洁度标准应达到13/10级，即ISO4406国标中每毫升油液中的颗粒数为75-80粒，相当于国际标准的NAS7级。由于油液清洁度要求高，故该系统选用德国HYDAC过滤器产品，吸油过滤器精度为100μm，回油滤油器精度为5μm，压油过滤器精度为10μm，用三级过滤，从而保证了比例伺服阀对油液的使用要求。其中压油过滤器及回油过滤器都具有堵塞报警功能，当滤芯堵塞时发出信号，此时可以更换滤芯。
(2)加热器及冷却器控制功能：①由于该液压系统要长年置于野外恶劣环境，故该系统设置了加热器及冷却器的控制功能。由数字式温度继电器及风冷式油冷却器及电加热器组成。当油液温度升高至60℃时，温度继电发信，控制系统指令风冷式油冷却器电机启动，此时系统处于冷却循环状态，DX2断电，当油液温度降至50℃时，DX2带电，此时液压系统正常工作。当油液温度降至45℃时，此时指令风冷式油冷却器电机断电。②在冬季时，当油液温度降至15℃以下时，数字式温度继电器发信，控制系统指令电加热器带电，DX1断电联锁(即泵此时不能启动)，此时油液处于加热状态。当油液温度超过35℃时，方可DX1带电启动电机，此时DX2断电循环，当温度超过40℃时，DX2带电，液压系统处于正常工作状态。
(3)油箱液位低位报警功能：当油箱液位低于液位控制继电器所设置的最低液位后，BX3发出报警信号，此时可向油箱加注液压油到最高设置位。
(4)油缸即太阳能聚光板上下极限位置保持功能：即在油缸外设置两个接近开关KX2、KX3，当油缸伸出及缩回到极限位置时该接近开关KX2、KX3发信，使控制系统发出指令，让其立刻停止，即使DX3断电可使DX4及DX5断电即可。
本发明经过一年多的实际运行及跑合，所有功能均达到了中科院电工所及皇明太阳能集团的对该装置的所有技术要求。如：
(1)8级风速下的交变推力15000～20000N运行平稳相当平稳；
(2)单缸往复的运动速度可以达到0.01mm/s～0.5mm/s，超过了原技术指标；
(3)该系统可根据太阳跟踪器的反馈信号，自动连续的调整速度及方向；
(4)无泄漏，极低的噪音；
(5)由于具有冷却及加热功能，极适于野外恶劣环境。

Claims (7)

1.一种槽式太阳能热发电聚光器比例液压跟踪系统，包括聚光器板、支撑板、集热管、油缸及其液压系统，其特征在于：所述液压系统包括油箱、电动机、齿轮泵、比例伺服换向阀、蓄能器、电磁换向阀，油箱内的压力油经过单向阀及压油过滤器后通过三路工作循环油路连通油缸，其中1路为经压力补偿器进入比例伺服换向阀，2路为经蓄能器安全阀组后进入蓄能器，3路为进入电磁换向阀后经过双向液控单向阀进入油缸。
2.根据权利要求1所述的槽式太阳能热发电聚光器比例液压跟踪系统，其特征在于：所述油箱所安装的各个功能部件分别为：电动机通过联轴器连接齿轮泵，齿轮泵通过吸油滤油器将油箱内的油泵入出油油路，油箱上安装有液位液温计、空气过滤器、温度继电器、液位控制继电器及电加热器、温度热电偶。
3.根据权利要求1所述的槽式太阳能热发电聚光器比例液压跟踪系统，其特征在于：所述1路工作循环油路上安装有压力补偿器及平衡阀，该压力补偿器由定差减压阀及梭阀组成。
4.根据权利要求1所述的槽式太阳能热发电聚光器比例液压跟踪系统，其特征在于：所述油缸在其顶出进油缸上安装有一平衡阀。
5.根据权利要求1所述的槽式太阳能热发电聚光器比例液压跟踪系统，其特征在于：所述3路工作循环油路为手动控制油路，由电磁换向阀及双向液控单向阀构成。
6.根据权利要求1所述的槽式太阳能热发电聚光器比例液压跟踪系统，其特征在于：所述2路工作循环油路由蓄能器安全阀组、蓄能器构成。
7.根据权利要求1所述的槽式太阳能热发电聚光器比例液压跟踪系统，其特征在于：所述液压系统还设计有空循环油路，包括先导式溢流阀及回油油路上的风冷式油冷却器、回油过滤器，在该油路上安装有压力表组件。
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Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract

Assignee: Tianjin Oulu Heavy Machinery Manufacturing Co., Ltd.

Assignor: Tianjin City Oman Hydraulic Circuit Engineering Co., Ltd.

Contract record no.: 2011120000294

Denomination of invention: Proportional and hydraulic tracking system for trough solar thermal power generating condenser

Granted publication date: 20111214

License type: Exclusive License

Open date: 20110302

Record date: 20111228

C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20111214

Termination date: 20131103