CN102297537B - 空间桁架式槽型太阳热发电集热器元件支架 - Google Patents

Abstract

本发明属于槽式聚光太阳能热发电技术领域，特别是涉及一种空间桁架式槽型太阳热发电集热器元件支架。该支架包括空间桁架、转动轴组件、轴承组件和π形支腿构件；所述轴承组件安装在两个π形支腿构件的顶部；所述转动轴组件安装在空间桁架的两端，转动轴组件安装在轴承组件上，使空间桁架架设在两个π形支腿构件之间并可绕转动轴组件转动；沿所述空间桁架长的方向，有n组双翼架固定在空间桁架上。本发明结构简单，大幅降低了制造成本；大部分机构化部件可采用预制件，简化了生产工艺；强度高，可保证工作期间集热器的光学性能。

Description

空间桁架式槽型太阳热发电集热器元件支架

技术领域

本发明属于槽式聚光太阳能热发电技术领域，特别是涉及一种空间桁架式槽型太阳热发电集热器元件支架。

背景技术

聚光太阳能热发电系统(CSP)按聚光形式不同可分为槽式、塔式和碟式等三种主要技术。三种技术比较之下，槽式热发电技术最成熟。槽式聚光太阳能热发电系统(CSP)技术在美国和西班牙太阳能热发电应用的比较多，上世纪80年代美国已装机354MW，至今已有25年商业化运行经验。截止到2009年3月，美国太阳能热发电已经投入商业运行的有419MW，全部为槽式太阳能热发电系统。这充分证明槽式热发电技术仍是当前以及今后国内外一段时间内新能源发电市场的主流方向。

空间桁架式槽型太阳热发电集热器元件支架装置是槽式聚光太阳能热发电集热场核心设备部件之一。

目前，国外槽式集热器元件支架装置技术较为成熟，质量较好，但是成本太高，投入太大，不适合在国内大规模引进推广。国内槽式集热器元件支架装置制造技术还处在是刚刚起步阶段，虽然槽式集热器元件支架装置国内没有制造业绩，从其制造工艺本身分析应该说国内机械行业完全有能力做好，但主要是没有其制造工艺设计方案及方法标准，现在有些国内机械行业小型企业在制造用于槽式集热器元件支架装置时，多数是依靠人工控制完成制作工艺，尚未形成相关规模及生产工艺流水线，国内制造技术也没有统一的标准，导致产品质量低下，影响到槽式反光镜面光学效率等等。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：克服我国生产制造槽式集热器单元支架装置的制作技术瓶颈，设计一种可稳定支撑太阳能集热器元件，并能带动太阳能集热器元件跟随太阳光旋转的太阳能集热器元件支架。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种空间桁架式槽型太阳能发电集热器元件支架，该支架包括空间桁架、转动轴组件、轴承组件和两个π形支腿构件；所述轴承组件安装在两个π形支腿构件的顶部；所述转动轴组件安装在空间桁架的两端，转动轴组件安装在轴承组件上，使空间桁架架设在两个π形支腿构件之间并可绕转动轴组件转动；沿所述空间桁架长的方向，有n个双翼架固定在空间桁架上，n不小于2。

其中，空间桁架通过转动轴组件架设在两个π形支腿构件之间，空间桁架有4根横梁，沿横梁方向有n+2个固定结构；中间n个固定结构与双翼架位置对应，处于垂直于横梁的平面，另外2个固定结构位于空间桁架的两端；每个固定结构包括4根边框管2组成的矩形框，2根斜管交叉连接矩形框的对角，4根横梁处于矩形框的4个角位置；在横梁长的方向，相邻2根横梁之间有2(n-1)根桁架加强筋，桁架加强筋以锯齿状排列，锯齿转折处为固定结构所在位置。

其中，转动轴组件包括底板和转动轴，所述底板固定在空间桁架的两端；所述转动轴固定在底板上，转动轴由轴承组件中的轴承支撑。

其中，π形支腿构件固定在地面上，包括主骨架和支腿构件加强筋；所述主骨架包括4根立柱和架设在立柱顶端的骨架横梁，主骨架呈下宽上窄的锥形结构；骨架横梁上设有轴承组件安装板。

其中，支腿构件加强筋设置在相邻的连根立柱之间，从下至上呈锯齿状排列，相邻两根支腿构件加强筋之间的夹角为60度。

其中，双翼架包括安装在空间桁架水平截面两侧的具有对称结构的两个翼架，所述翼架由6根型材组成，第一型材、第二型材与固定结构的侧边框管组成三角形结构，第三型材、第四型材与第二型材在第二型材的上方组成三角形结构，第五型材、第六型材与第四型材在第四型材的外侧组成三角形结构。

(三)有益效果

与现有技术相比较，本发明空间桁架式槽型太阳热发电集热器元件支架装置技术方案具备如下有益效果：

1)本发明结构简单，使用材料少，制造加工成本降低，总重降低大约11％。

2)优化的设计可以使组合集热器元件支架装置延伸的距离达到160米。减少了集热器元件支架装置的总数，使总成本和热损耗降低。

3)大部分的结构化部件为预制件，系列化流水线生产，简化了生产工艺，方便了包装、运输、现场组装安装等。

4)空间框架结构的设计是基于实现高抗热性、高耐风荷载作用，防腐、防磨性能提高，寿命可达20-30年。

5)形变小，一般在形变仅几毫米，保证了工作期间集热器的光学性能。

附图说明

图1是本发明实施例侧视图；

图2是本发明实施例主视图；

图3是本发明实施例双翼架所处截面视图；

图4是本发明实施例π形支腿构件结构示意图；

图5是本发明实施例轴承组件结构示意图。

其中，1：空间桁架；2：转动轴组件；3：轴承组件；4：π形支腿构件；5：横梁；6：边框管；7：斜管；8：桁架加强筋；9：底板；10：转动轴；11：支腿构件加强筋；12：立柱；13：骨架横梁；14：轴承组件安装板；15：第一型材；16：第二型材；17：第三型材；18：第四型材；19：第五型材；20：第六型材；21：轴承；22：水平支撑件；23：T型螺栓及连接件；24：垫板；25：翼架。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本实施例中各横梁5、立柱12、加强筋等均采用Q235-B钢制作。钢材需进行补充检验，要求含碳量不大于0.22％或者通过焊接试验，以保证可焊性合格。本实施例中固定用螺栓均采用普通C级螺栓。

横梁5为4根9000～14000mm长的方钢管，4根横梁5通过16个固定结构固定在一起，每个固定结构中2根700mm长的方钢管竖向连接相邻的两根横梁5、2根1000mm长的方钢管横向连接相邻的两根横梁5组成一矩形框结构，4根横梁5分别位于矩形框的4个角上，2根1300mm长的方钢管交叉连接矩形框对角的的两根横梁5。

相邻2根横梁5之间有15根桁架加强筋8，桁架加强筋8以锯齿状排列，锯齿转折处为固定结构所在位置，其中，在横向相邻2根横梁5及相邻两固定结构之间的桁架加强筋8为1300mm长的方钢管，上下各13根，共26根；在横向相邻2根横梁5之间两端的桁架加强筋8为1150mm长的方钢管，上下各2根，共4根。在竖向相邻2根横梁5及相邻两固定结构之间的桁架加强筋8为1000mm长的方钢管，左右各13根，共26根；在竖向相邻2根横梁5之间两端的桁架加强筋8为800mm长的方钢管，上下各2根，共4根；两端的桁架加强筋8还各固定有与之交叉的辅助加强筋21，辅助加强筋21为800mm长的方钢管，共4根。

在空间桁架水平截面两侧安装10～14个双翼架，每个双翼架包括具有对称结构的两个翼架25，翼架25由6根型材组成，第一型材15、第二型材16与固定结构的侧边框管组成三角形结构，第一型材15与侧边框的夹角为61°，第二型材16与侧边框的夹角为83°；第三型材17、第四型材18与第二型材16在第二型材16的上方组成三角形结构，第三型材17与第二型材16之间的夹角为25°，第四型材18与第二型材16之间的夹角为59°；第五型材19、第六型材20与第四型材18在第四型材18的外侧组成三角形结构，第五型材19与第四型材18之间的夹角为59°，第六型材20与第四型材18之间的夹角为99°。10～14个双翼架结构沿着空间桁架均匀分布，两端的双翼架结构距空间桁架的两端200～400mm。

上述双翼架各型材之间的角度可根据稳定性需要在小范围内进行调整。

空间桁架1的两端有转动轴组件2，转动轴组件2中的底板9由内底板和外底板组成；内底板是一块厚度为22～52mm的长方形钢板，该长方形钢板固定在空间桁架1的两端。长度为450～750mm的φ100～250mm的圆形空心轴固定在外底板上，外底板是一块厚度为22～52mm的方形钢板。内底板和外底板焊接在一起。

两个π形支腿构件4相对设立，π形支腿构件4固定在地面上。π形支腿构件4的主骨架包括2根立柱12和架设在立柱顶端的骨架横梁13。立柱12为长度为2500～4500mm的槽钢，骨架横梁13为长度为200～350mm的槽钢。主骨架呈下宽上窄的锥形结构，π形支架立柱12最下边间距为700～1200mm。在骨架横梁13上安装有一块厚度为15～30mm厚的方形钢板作为轴承组件安装板14。

在相邻的连根立柱12之间，焊接有从下至上呈锯齿状排列的支腿构件加强筋11，相邻两根支腿构件加强筋11之间的夹角为60度。支腿构件加强筋11均为方钢杆件。

在骨架横梁13的下方有水平支撑件22，水平支撑件22是长为250～400mm连接两立柱的方钢。在骨架横梁13和水平支撑件22之间设置2根长为250～450mm的方钢将交叉连接主骨架的两根立柱12。

本实施例中轴承组件中的轴承为DN100～250mm轴承21，按SKF轴承配置，用于实现单元支架支撑并旋转，共两件，分别安装在两个π形支腿构件的轴承组件安装板上。厚度为10～20mm厚的方形钢垫板24安装在轴承组件安装板14上，使用八件M30的T型螺栓及连接件23将DN100～250mmSKF轴承21固定在垫板24上。

上述实施例中各横梁、立柱、加强筋等还可选用Q235-C钢制作。

钢结构在除锈前应进行表面处理，清除毛刺、焊渣、飞溅物、积尘、疏松氧化铁皮以及涂层物等。

部分钢结构在利用时必须对表面进行处理，采用机械方式彻底清除疏松氧化铁皮以及涂层物等，要求参除锈等级St2，对于原有钢梁连接节点，则保留100mm以免切除时损伤原结构。

钢构件及埋件外露部分按下表进行涂刷油漆：

在生产安装过程中，构件运输时要妥善绑扎以防止变形和损伤，所有构件在安装前必须经过严格检查，如有变形和损伤等，应及时校正和修补。

本实施例中柱角的做法：柱角在地面以下的部分应采用强度等级较低的混凝土包裹，当柱角底面在地面以上时，柱角底面应高出地面不小于100mm。

本实施例中，要求各焊接杆件的最小焊脚尺寸hf及最小焊缝长度Lf必须满足杆件强度的90％确定，且任何焊缝长度不得小于150mm。

焊条及焊丝选择如下：

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.空间桁架式槽型太阳能发电集热器元件支架，其特征在于，包括空间桁架（1）、转动轴组件（2）、轴承组件（3）和两个π形支腿构件（4）；所述轴承组件（3）安装在两个π形支腿构件（4）的顶部；所述转动轴组件（2）安装在空间桁架（1）的两端，转动轴组件（2）安装在轴承组件（3）上，使空间桁架（1）架设在两个π形支腿构件（4）之间并可绕转动轴组件（2）转动；沿所述空间桁架（1）长的方向，有n组双翼架固定在空间桁架（1）上，n不小于2； 

所述空间桁架（1）通过转动轴组件（2）架设在两个π形支腿构件（4）之间，空间桁架（1）有4根横梁（5），沿横梁（5）方向有n+2个固定结构；中间n个固定结构与双翼架位置对应，处于垂直于横梁（5）的平面，另外2个固定结构位于空间桁架（1）的两端；每个固定结构包括4根边框管（6）组成的矩形框，2根斜管（7）交叉连接矩形框的对角，4根横梁（5）处于矩形框的4个角位置；在横梁（5）长的方向，相邻2根横梁（5）之间有2（n-1）根桁架加强筋（8），桁架加强筋（8）以锯齿状排列，锯齿转折处为固定结构所在位置。 

2.如权利要求1所述的空间桁架式槽型太阳能发电集热器元件支架，其特征在于，所述转动轴组件（2）包括底板（9）和转动轴（10），所述底板（9）固定在空间桁架（1）的两端；所述转动轴（10）固定在底板上，转动轴（10）由轴承组件（3）中的轴承（21）支撑。 

3.如权利要求1所述的空间桁架式槽型太阳能发电集热器元件支架，其特征在于，所述π形支腿构件（4）固定在地面上，包括主骨架和支腿构件加强筋（11）；所述主骨架包括2根立柱（12）和架设在立柱（12）顶端的骨架横梁（13），主骨架呈下宽上窄的锥形结构；骨架横梁（13）上设有轴承组件安装板（14）。 

4.如权利要求3所述的空间桁架式槽型太阳能发电集热器元件 支架，其特征在于，所述支腿构件加强筋（11）设置在相邻的两根立柱（12）之间，从下至上呈锯齿状排列，相邻两根支腿构件加强筋（11）之间的夹角为60度。 

5.如权利要求1所述的空间桁架式槽型太阳能发电集热器元件支架，其特征在于，所述双翼架包括安装在空间桁架水平截面两侧的具有对称结构的两个翼架（25），所述翼架（12）由6根型材组成，第一型材（15）、第二型材（16）与固定结构的侧边框管组成三角形结构，第三型材（17）、第四型材（18）与第二型材（16）在第二型材（16）的上方组成三角形结构，第五型材（19）、第六型材（20）与第四型材（18）在第四型材（18）的外侧组成三角形结构。 

6.如权利要求5所述的空间桁架式槽型太阳能发电集热器元件支架，其特征在于，第一型材（15）与侧边框的夹角为61°，第二型材（16）与侧边框的夹角为83°；第三型材（17）、第四型材（18）与第二型材（16）在第二型材（16）的上方组成三角形结构，第三型材（17）与第二型材（16）之间的夹角为25°，第四型材（18）与第二型材（16）之间的夹角为59°；第五型材（19）、第六型材（20）与第四型材（18）在第四型材（18）的外侧组成三角形结构，第五型材（19）与第四型材（18）之间的夹角为59°，第六型材（20）与第四型材（18）之间的夹角为99°。 

7.如权利要求1所述的空间桁架式槽型太阳能发电集热器元件支架，其特征在于，所述空间桁架（1）的长度为900~1400mm，所述双翼架的数量n为10~14。 

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