CN101986057A - 反射式线性菲涅尔太阳聚光集热器跟踪传动控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种反射式线性菲涅尔太阳聚光集热器跟踪传动控制装置，包括一组驱动装置，一组初级减速装置，多组次级减速装置，多组角度调整装置；驱动装置包括驱动电机及其控制系统，控制系统预设太阳跟踪程序，驱动电机工作，自动跟踪太阳；初级减速装置包括初级减速机、法兰、联轴器、轴承支座；次级减速装置包括次级减速机、联轴器、传动轴、固定座，每个次级减速机的输出端与反射镜轴连接；角度调整装置包括电磁离合器，通过预设程序驱动电磁离合器工作，来确定每组反射镜的初始角度，和联动同步跟踪太阳，以及在大风或冰雹气候情况下保证每个反射镜回到水平和竖直的位置。本发明具有跟踪精度准、控制方便、成本低廉、镜面清理方便的优点。

Description

反射式线性菲涅尔太阳聚光集热器跟踪传动控制装置

技术领域

本发明属于太阳能利用技术领域，公开了一种反射式线性菲涅尔太阳聚光集热器跟踪传动控制装置。

背景技术

反射式线性菲涅尔太阳聚光集热发电是近年来新研究的一种中高温太阳能热发电的方式，反射式线性菲涅尔太阳聚光集热器是该发电方式的核心。如图1所示，每个反射镜100下面对应安装传动控制装置101，传动控制装置101安装在支架102上，多个反射反射镜100成反射镜场103，反射镜场103上面安装有聚光器104，聚光器104平行于反射镜场103设置，反射式线性菲涅尔聚光集热器的工作原理是，众多单轴转动的反射镜100组成的矩形反射镜场103自动跟踪太阳105，将太阳光反射聚集到平行于反射镜场103的线性聚光器104内，聚光器104内的镀膜钢管吸收太阳光将光能转化为热能，从而加热钢管内流动的工质，产生高温达400℃以上。

菲涅尔太阳聚光集热系统聚光器内的镀膜钢管采集光线的多少是影响聚光集热效率的重要原因之一，为此，必须引导反射反射镜精确跟踪太阳，将光线反射到聚光器内，只有这样才能实现提高集热系统的热转换效率；因此，菲涅尔太阳聚光集热器的传动控制装置就至关重要了，它也决定了反射镜场跟踪太阳的精度。

目前国外的研发机构或公司有采用单轴连杆机构(电机驱动移动杆)或单轴电机减速驱动，这些反射镜场跟踪太阳的方法存在跟踪精度不高、成本高的问题，同时，由于反射镜面不能同时翻转过来，不便于镜面的清理，这样不仅大大降低了聚光集热效率，也不利于商业化推广。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的缺陷，提供了一种跟踪精度准、控制方便、成本低廉、镜面清理方便的反射式线性菲涅尔太阳聚光集热器跟踪传动控制装置。

为了实现上述目的本发明采取的技术方案是：一种反射式线性菲涅尔太阳聚光集热器跟踪传动控制装置，包括一组驱动装置，一组初级减速装置，多组次级减速装置，多组角度调整装置；所述的驱动装置，包括驱动电机及其控制系统，所述的控制系统预设太阳跟踪程序，用来驱动电机工作，自动跟踪太阳；所述的初级减速装置，包括初级减速机，所述初级减速机的输入端与驱动电机相连；所述的次级减速装置，包括次级减速机，所述次级减速机的输出轴与反射镜支撑轴相连，每个次级减速机之间通过传动轴相连接，所述初级减速机的输出端通过联轴器I与次级减速机的传动轴连接，所述角度调整装置包括电磁离合器，所述电磁离合器的从动端固定在次级减速机的输入端，所述电磁离合器的主动端连接传动轴。

所述初级减速机的输出轴通过法兰连接联轴器I一端，所述联轴器另一端设置在轴承支座上，所述轴承支座固定在固定座上，所述固定座固定在支架上；所述次级减速机的输出轴通过联轴器II连接支撑轴，所述支承轴上固定反射镜，所述支承轴通过轴承及轴承座固定在支架上，与所述初级减速机相邻的次级减速机输入轴一端与联轴器I相连，另一端通过传动轴与下一台次级减速机轴连接，所述的传动轴是一根通轴，所述传动轴之间通过联轴器III连接，所述的次级减速机均设置在固定座上；

所述的支架、支撑轴、传动轴、固定座、法兰由具有膨胀系数一致的材料制成。

所述的材料为45号钢。

所述的次级减速机通过固定座与支架连接，所述固定座与支架上设有沿竖向的长椭圆孔，次级减速机底座上设有沿横向长椭圆孔。

所述次级减速机上安装自锁装置或采用蜗轮蜗杆减速机。

所述电磁离合器采用失电离合器，所述电磁离合器在断电的情况下，主动端和从动端结合，反射镜运转；在通电的情况下，主动端和从动端分开，反射镜停止转动。

所述控制系统分别连接时间测量器、限位开关和电磁离合器，所述限位开关用来控制其中某一个电磁离合器断开，所述控制系统根据预设的时间差依次断开相邻的电磁离合器，使反射镜转动到跟踪角度。

本发明实施例的有益效果是：本发明可实现反射式线性菲涅尔聚光集热器反射镜场反射镜的任意角度的摆放、转动和自动跟踪太阳将光反射到聚光器内，能有效的提高聚光的效率，而且提高了反射镜抗风能力，降低冰雹、坠物等对镜场破坏的风险，同时反射镜反射面朝下后也便于镜面清理，具有跟踪精度准、控制方便、成本低廉的优点。

附图说明

图1是本发明实施例反射式线性菲涅尔聚光集热器原理图；

图2是本发明实施例跟踪传动控制装置总体简图；

图3是本发明实施例次级减速机可调结构简图；

图4是本发明实施例次级减速机电磁离合器联动控制示意图；

图5为本发明控制系统原理图。

图中：1-支架    2-电机    3-连接法兰    4-联轴器I   5-轴承支座    6-次级减速机7-传动轴    8-联轴器III    9-反射镜    10-电磁离合器    11-固定座    12-联轴器II13-轴承    14-支撑轴    15-初级减速机。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。

参见图2，一种反射式线性菲涅尔太阳聚光集热器跟踪传动控制装置，包括一组驱动装置，一组初级减速装置，多组次级减速装置，多组角度调整装置；所述的驱动装置，包括驱动电机2及其控制系统，所述的控制系统预设太阳跟踪程序，用来驱动电机2工作，自动跟踪太阳；所述的初级减速装置，包括初级减速机15，初级减速机15的输入端与驱动电机2相连，初级减速机15的输出轴通过法兰3连接联轴器I 4一端，联轴器I 4另一端设置在轴承支座5上，轴承支座5固定在固定座11上，固定座11固定在支架1上；所述的次级减速装置，包括次级减速机6，次级减速机6的输出轴通过联轴器II12连接支撑轴14，支承轴14上固定反射镜9，支承轴14通过轴承13及轴承座固定在支架1上，反射反射镜按一定的间隔距离通过轴承座固定在支架的上方，每个轴承座在支架上方的同一平面上，而每个反射镜9的支撑轴与与其相对应的次级减速机6的输出端连接，从而带动反射镜的转动，实现按预设程序的跟踪太阳；与初级减速机15相邻的次级减速机6输入轴一端与联轴器I4相连，次级减速机6输入轴另一端通过传动轴7与下一台次级减速机6连接，次级减速机6均设置在固定座11上；多组次级减速机6按照一定的间隔距离沿着传动轴7的方向通过固定座11固定在支架1上，每个次级减速机6的传动轴7通过联轴器III 8依次连接，传动轴7是一根通轴，所旋转的速度是一致的，同理，在同样工作状态下，对应的每个次级减速机6的输入速度是一致的。将传动轴7分段连接，这样提高轴的加工精度，并保证同轴度一致性；所述角度调整装置包括电磁离合器10，电磁离合器10的从动端固定在次级减速机6的输入端，电磁离合器10的主动端连接传动轴7。通过预设程序驱动电磁离合器工作，来确定每组反射镜的初始角度，和联动同步跟踪太阳，以及在大风或冰雹气候情况下保证每个反射镜回到水平和竖直的位置。

参见图3，每个次级减速机6的安装底座有四个朝一个方向的长椭圆孔，减速机6固定座11有朝另两个方向的长椭圆孔，次级减速机6的安装底座上的长椭圆孔沿横向设置，固定座11上的长椭圆孔沿竖向设置，次级减速机6与固定座11的装配可以实现沿传动轴方向先后和左右的安装调整；而固定座11与支架1连接的另一个方向的长圆孔，可以实现上下方向的安装调整。通过这三个方向的长圆孔，可以实现次级减速机6六个方向的调整，从而可以实现传动轴在较长距离的连接后的同轴度，保证传递的准确性和一致性，从而也可以保证每个次级减速机6的联动传动。

支架、支撑轴、传动轴、固定座、法兰等由至少基本上材料膨胀系数一致的材料制成，在出现受热或变冷造成材料膨胀或收缩的情况下，可以至少接近于确保，所述的跟踪传动控制装置的所有结构部分相互的膨胀以相同的程度进行。可以确保，减速机内部结构以及转动过程中的角度关系不会变化或者只发生很小的变化，从而保证每组镜面的传动的一致性。在设计过程中不必对材料的膨胀或收缩进行复杂的补充调节或进行试验。

本发明中的驱动电机是通过其控制系统内预设程序来控制其工作的，预设程序就是按照太阳运行规律计算反射镜的位置和角度，来确定驱动电机的正常跟踪太阳的转动速度和方向，以及在出现非常情况下，比如在刮大风、下冰雹或有其他坠物的情况下，来确定驱动电机非正常跟踪太阳的转动速度和方向。驱动电机工作从而带动第一台次级减速机的传动轴的转动。

本发明中的每个次级减速机都带有自锁功能，比如在次级减速机上安装自锁装置或次级减速机采用蜗轮蜗杆减速机，这样既可以保证每组镜面任意位置的放置，也可以防止因为风力或外力造成反射镜的自由转动，从而保证反射镜及时跟踪太阳。

参见图4，本发明中的每个次级减速机6的输入端都安装有一个电磁离合器10，其能实现所有反射镜的自动跟踪太阳并反射太阳光于聚光器内。电磁离合器10的从动端与次级减速机10的输入端固定连接，而其主动端与传动轴连接，电磁离合器10设置在离合器固定座内，电磁离合器10与离合器驱动电控部件相连，电磁离合器10的电压为24V，当电磁离合器10断电时，主动端就滑向从动端，与从动端结合，传动轴的转动就能带动次级减速机工作，从而反射镜就能转动；当电磁离合器通电时，主动端就离开从动端，与从动端分开，主动端空转，次级减速机停止工作，镜面也就停止转动了。

由于反射式线性菲涅尔聚光集热器的每组反射镜的位置不一样，但所有反射光都聚集在同一聚光器内，所以每个反射镜跟踪太阳的角度是不一样的。这样可以通过程序来控制每个电磁离合器的通电和断电时间，进而调整每组反射镜的角度，当每组反射镜调到合适的位置，驱动电机可以持续的工作，从而实现所有反射镜的联动控制。

本发明所采用的电磁离合器为失电离合器，即电磁离合器在断电的情况下，主动端和从动端结合，反射镜运转；在通电的情况下，主动端和从动端分开，反射镜停止转动。因为大部分时间或正常工作的情况下，反射镜是运转的，也就是电磁离合是断电不工作的，这样可以延长电磁离合器的使用寿命，也可以降低用电的消耗功率。

本发明的装置对菲涅尔聚光集热器的反射反射镜进行联动精准控制，能够自动跟踪太阳将光反射到聚光器内。

参见图5，本发明的工作原理：

1、控制系统预设太阳跟踪程序，根据太阳运行的周期和规律，从而设计相应的程序控制电机和电磁离合器的工作，来保证每组反射镜即时跟踪将光反射到聚光器内。

2、启动系统，从所有反射镜平放状态到自动跟踪太阳：时间测量器给控制系统信号，系统启动，驱动电机快速转动，此时所有电磁离合器全为闭合状态，所有反射镜按同一速度快速转动，当第一面反射镜碰触到限位开关，即第一面反射镜转到初始跟踪角度，电磁离合器1断开，第一面反射镜停止工作，其余电磁离合器仍为闭合状态，即其余反射镜继续快速转动；根据预设时间差，电磁离合器2断开，第二面反射镜停止工作，即第二面反射镜转到初始跟踪角度；依次类推，根据预设时间差，后续的电磁离合器依次断开，所有反射镜都转到初始跟踪角度；然后，驱动电机按跟踪速度转动，所有电磁离合器闭合，所有反射镜按跟踪速度跟踪太阳将太阳光反射到聚光器内。

3、停止系统，结束跟踪太阳到所有反射镜平放状态：时间测量器给控制系统信号，驱动电机快速反转，此时所有电磁离合器全为闭合状态，所有反射镜将快速往回转动。当第一面反射镜碰触到限位开关后，此时第一面反射镜并未放平，根据预设时间差，电磁离合器1在运转预设时间后断开，此时第一面反射镜放平；依次类推，根据预设时间差，后续的电磁离合器依次断开，所有反射镜都转到水平状态。

4、自动控制其他状态，如竖放或其他任意角度，通过同样的原理即可实现。

5、当异常情况发生，如当大风出现时，有可能给系统带来安全隐患时，风速传感器给控制系统信号，所有反射镜快速回到水平状态，减小风阻，当预测有异常情况发生时，或有必要人为进行控制时，系统在手动控制输入下也可按预设的程序控制或手动控制每个电磁离合器达到任何反射镜任意角度。

以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式的一种，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种反射式线性菲涅尔太阳聚光集热器跟踪传动控制装置，其特征在于：包括一组驱动装置，一组初级减速装置，多组次级减速装置，多组角度调整装置；所述的驱动装置，包括驱动电机及其控制系统，所述的控制系统预设太阳跟踪程序，用来驱动电机工作，自动跟踪太阳；所述的初级减速装置，包括初级减速机，所述初级减速机的输入端与驱动电机相连；所述的次级减速装置，包括次级减速机，所述次级减速机的输出轴与反射镜支撑轴相连，每个次级减速机之间通过传动轴相连接，所述初级减速机的输出端通过联轴器I与次级减速机的传动轴连接，所述角度调整装置包括电磁离合器，所述电磁离合器的从动端固定在次级减速机的输入端，所述电磁离合器的主动端连接传动轴。

2.根据权利要求1所述的反射式线性菲涅尔太阳聚光集热器跟踪传动控制装置，其特征在于：所述初级减速机的输出轴通过法兰连接联轴器I一端，所述联轴器另一端设置在轴承支座上，所述轴承支座固定在固定座上，所述固定座固定在支架上；所述次级减速机的输出轴通过联轴器II连接支撑轴，所述支承轴上固定反射镜，所述支承轴通过轴承及轴承座固定在支架上，与所述初级减速机相邻的次级减速机输入轴一端与联轴器I相连，另一端通过传动轴与下一台次级减速机轴连接，所述的传动轴是一根通轴，所述传动轴之间通过联轴器III连接，所述的次级减速机均设置在固定座上；

3.根据权利要求2所述的反射式线性菲涅尔太阳聚光集热器跟踪传动控制装置，其特征在于：所述的支架、支撑轴、传动轴、固定座、法兰由具有膨胀系数一致的材料制成。

4.根据权利要求3所述的反射式线性菲涅尔太阳聚光集热器跟踪传动控制装置，其特征在于：所述的材料为45号钢。

5.根据权利要求2、3或4所述的反射式线性菲涅尔太阳聚光集热器跟踪传动控制装置，其特征在于：所述的次级减速机通过固定座与支架连接，所述固定座与支架上设有沿竖向的长椭圆孔，次级减速机底座上设有沿横向长椭圆孔。

6.根据权利要求5所述的反射式线性菲涅尔太阳聚光集热器跟踪传动控制装置，其特征在于：所述次级减速机上安装自锁装置或采用蜗轮蜗杆减速机。

7.根据权利要求6所述的反射式线性菲涅尔太阳聚光集热器跟踪传动控制装置，其特征在于：所述电磁离合器采用失电离合器，所述电磁离合器在断电的情况下，主动端和从动端结合，反射镜运转；在通电的情况下，主动端和从动端分开，反射镜停止转动。

8.根据权利要求7所述的反射式线性菲涅尔太阳聚光集热器跟踪传动控制装置，其特征在于：所述控制系统分别连接时间测量器、限位开关和电磁离合器，所述限位开关用来控制其中某一个电磁离合器断开，所述控制系统根据预设的时间差依次断开相邻的电磁离合器，使反射镜转动到跟踪角度。

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