CN102538246B

CN102538246B - 碟式太阳能热发电装置比例液压控制跟踪系统

Info

Publication number: CN102538246B
Application number: CN2012100068946A
Authority: CN
Inventors: 周晓亭; 马新民; 杨兵卫; 杨东耕
Original assignee: TIANJIN CITY OMAN HYDRAULIC CIRCUIT ENGINEERING Co Ltd
Current assignee: TIANJIN CITY OMAN HYDRAULIC CIRCUIT ENGINEERING Co Ltd
Priority date: 2012-01-10
Filing date: 2012-01-10
Publication date: 2013-06-12
Anticipated expiration: 2032-01-10
Also published as: CN102538246A

Abstract

本发明涉及一种碟式太阳能热发电装置比例液压控制跟踪系统，由钢丝绳牵引系统及液压系统构成，所述钢丝绳牵引系统由抛物线反射镜、承载桁架、液压绞车、钢丝绳排绳器及导向滑轮、四组定滑轮、三组动滑轮构成，液压绞车为两台并驱动两个安装在承载桁架上的抛物线反射镜，在抛物线反射镜下部安装有导向滑轮、四组定滑轮、三组动滑轮通过钢丝绳所形成的驱动滑轮组，液压系统驱动液压绞车动作。本系统采用国产优质元件及部分进口元件，工作性能可靠，结构合理，在满足正常工作速度的通同时增加一套快速动作回路，以适应太阳能发电装置工作中的各种工况要求，快速回路及调速回路采用了进口元件——螺纹插装阀，调节方便且减小空间需求，使整体布局更加合理。

Description

碟式太阳能热发电装置比例液压控制跟踪系统

技术领域

本发明属于太阳能热发电技术领域，涉及一种碟式太阳能热发电装置比例液压控制跟踪系统。

背景技术

目前国际上太阳能热发电的技术发展相对成熟，具有热发电成本降低、对电网冲击小等优点，是可再生能源发电中最有前途的发电方式之一。太阳能热发电热功转换部分与常规火力发电机组相同，有成熟的技术可以利用，因此特别适宜于大规模化使用。我国在科技部“八五”，“十五”和“十一五”的持续支持下，在槽式、蝶式及塔式太阳能发电系统已经取得一批成果。

所谓蝶式太阳能热发电是利用旋转抛物面的蝶式反射镜将太阳聚焦到一个点上，和槽式一样，蝶式系统的太阳能接收器也不固定，随着蝶形反射镜跟踪太阳的运动而运动，克服了塔式系统较大余弦效应的损失问题，光热转换效率大大提高。与槽式不同的是，蝶式接收器将太阳聚焦于旋转抛物面的焦点上而槽式接收器则将太阳聚焦于圆柱抛物面的焦线上。蝶式热发电系统的优点是：1、光热转换效率高达85%左右，在三类系统中位居首位；2、使用灵活，即可以作分布式单独系统供电，也可以并网发电。蝶式系统的缺点是：1、造价较高；2、聚光电高温达到2000℃左右；3、热储能困难。

经过了解，天津一家美国太阳能公司首先在天津研制了第一套蝶式热发电系统“cenicom”，cenicom系统是世界上独一无二的具有贮热功能的太阳能热发电系统。但上述发电系统装置的液压驱动跟踪太阳控制系统存在如下缺陷：

1、该发电装置是由几十个反射环境组成，所有反射镜的俯仰运动都是通过2组液压缸来控制，每组液压缸为7条，缸径为

125，并且每组缸都要求有良好的同步性能，该系统液压缸同步不是靠液压系统本身来控制，而是依靠机械结构来达到同步要求，这就要求结构制造精度要求非常高，而这种高的制造精度直接导致成本的增加。

2、该系统没有相应节能装置。因为该装置属于长期带负载运动，如果有节能措施，电机泵组处于长期带载工作，这在液压传动中是不可取的。

3、该系统的十四条油缸需要配装很长的进、回油钢管及多达30根的高压软管及附加管件，需要很多管路件对安装的技术要求很高，并且多个连接处都使系统增加泄漏点对维护保养都是不利的。

4、该系统用调速阀来控制流量，这就使该系统的控制收到了很大的局限性，其定位精度，及自动控制都不能发挥最大的作用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种碟式太阳能热发电装置比例液压控制跟踪系统，该系统误差小，精度较高。

本发明的目的是这样实现的：

一种碟式太阳能热发电装置比例液压控制跟踪系统，由钢丝绳牵引系统及液压系统构成，其特征在于：所述钢丝绳牵引系统由抛物线反射镜、承载桁架、液压绞车、钢丝绳排绳器及导向滑轮、四组定滑轮、三组动滑轮构成，液压绞车为两台并驱动两个安装在承载桁架上的抛物线反射镜，在抛物线反射镜下部安装有导向滑轮、四组定滑轮、三组动滑轮通过钢丝绳所形成的驱动滑轮组，液压系统驱动液压绞车动作。

而且，所述液压系统的回路由油箱系统、回路储能系统、绞车回路系统构成，其中油箱系统经高压胶管向回路储能系统供油，回路储能系统由回油管路及储能管路构成，回油管路的插装单向阀连通储能管路；绞车回路系统为配置完全相同的两套，绞车回路系统由压力补偿器、比例换向阀、梭阀、平衡阀、缓冲阀、补油阀、4/2通电磁阀及单向节流阀构成，其中压力补偿器是由定差减压阀及梭阀构成。

而且，所述压力补偿器是将插入式定差减压阀及梭阀集成在一个阀块上，并将这个压力补偿阀块叠加在比例换向阀的下安装面上；插入式平衡阀、补油阀、缓冲阀全部集成在一个阀块中。

而且，所述缓冲阀是由2个开启20MPa的溢流阀组成。

本发明的优点和积极效果是：

1、本系统采用国产优质元件及部分进口元件，工作性能可靠，结构合理，在满足正常工作速度的通同时增加一套快速动作回路，以适应太阳能发电装置工作中的各种工况要求，快速回路及调速回路采用了进口元件——螺纹插装阀，调节方便且减小空间需求，使整体布局更加合理。

2、本系统在太阳能采集装置俯仰角的控制中，采用2台3吨液压绞车来执行动作要求，本系统在太阳能采集装置（即抛物线反射镜）俯仰角度的控制系统中，采用2台3吨液压绞车通过钢缆由2套定动滑轮组及若干导向轮组成省力型钢丝绳牵引系统来完成对俯仰角度的控制。

附图说明

图1为本发明的液压绞车通过滑轮牵引反射镜做圆周运动的结构示意图；

图2为本发明的液压工作原理图；

图3为本发明减压阀及梭阀所组成的压力补偿回路的结构放大示意图。

具体实施方式

下面结合附图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。

一种碟式太阳能热发电装置比例液压控制跟踪系统，由钢丝绳牵引系统及液压系统构成，钢丝绳牵引系统参见图1，由抛物线反射镜3、承载桁架7、液压绞车5、钢丝绳4排绳器及导向滑轮2、四组定滑轮1、三组动滑轮6构成，液压绞车为两台，驱动两个安装在承载桁架上的30吨重的抛物线反射镜，在抛物线反射镜下部安装有导向滑轮、四组定滑轮、三组动滑轮通过钢丝绳所形成的驱动滑轮组。

液压系统的回路参见图2，具体结构为：

液压系统的回路由油箱系统、回路储能系统、绞车回路系统构成，其中油箱系统由油箱14、电动机1、联轴器2、齿轮泵3、吸滤4、高压胶管5、空气滤清器13、液位液温计12、放油球阀16构成，电动机、联轴器、齿轮泵构成油泵，该油泵自油箱里的吸油管吸油，经高压胶管向回路储能系统供油，在油箱内安装液位液温计，在油箱上安装放油球阀及空气滤清器。

回路储能系统由回油管路及储能管路构成，其中回油管路由压油过滤器7、插装电磁阀10、插装顺序阀9、插装单向阀8、压力表组件6、回油滤油器15构成，储能管路由压力表组件11.2、压力继电器11.1、蓄能器安全阀组18、蓄能器19、蓄能器支架及紧箍20构成，回油管路的插装单向阀连通储能管路。上述各部件的连接均为常规连接，因此不再叙述。

绞车回路系统为配置完全相同的两套，分别为A、B，下面只描述其中的A系统。

绞车回路系统由压力补偿器、比例换向阀21.1、梭阀22.3、平衡阀23.1、缓冲阀24.1、补油阀25、4/2通电磁阀26.1及单向节流阀27.1构成，其中压力补偿器是由定差减压阀22.1（图2）及梭阀22.3构成（图3），压力补偿器是将插入式定差减压阀及梭阀集成在一个阀块上，并将这个压力补偿阀块叠加在比例换向阀21.1的下安装面上；插入式平衡阀、补油阀（单向阀）、缓冲阀全部集成在一个阀块中，此阀块与马达的进排油口相连（板式安装），这样集成化处理后即满足系统所要求的各项功能，大大减小了各种阀件的安装空间，使整个液压控制系统精整和紧凑，并减轻了整个系统的重量。缓冲阀24.1是由2个开启20MPa的溢流阀（安全阀）组成。

以绞车A的工作原理来描述，绞车运动中会遇到以下几个问题（即太阳能抛物线反射镜的俯仰运动）：本实施例中，通过上述创新结构，可解决绞车运动中遇到以下几个问题（即太阳能抛物线反射镜的俯仰运动）：

1、上下速度过快会出现“爬行”现象，即供油口进油速度跟不上，此时绞车A通过补油阀25（单向阀）从油箱中吸油来补充流量，即可消除运动中的“爬行”现象；

2、绞车运动中负载力过大（卡死）时，可通过缓冲阀（溢流阀）卸荷，因为此溢流阀的开启压力设为20MPa，一个系统负载压力超过20MPa时，溢流阀开始溢流泄压，以防机械部件损坏；

3、当绞车停车时，A、B两腔压力需高于负载压力，这样就能平衡负载的作用，平衡阀23.1即为中位停车时提供负载的作用；

4、绞车刹车时可通过电磁阀26.1将压力油引入绞车刹车油缸，并通过节流阀27.1来控制绞车刹车速度。

其液压工作原理如下：

首先启动电动机，此时由于插装两通电磁阀10为常开状态，液压油通过吸滤4压油过滤器7过滤后再通过回油过滤器15回油箱，完成电机泵组空运转，达到预热及润滑的目的。油箱还设有设置空气滤清器13，以防灰尘及加注液压油之用；另外安装有液位液温计12，可实低位及高位的油位报警之用。

当中枢指令控制反射镜上升时。首先接通两通电磁阀10，油液经插装单向阀8进入左右比例换向阀21.1及21.2的进油口，同时进入蓄能器19进行充液。与此同时让比例换向阀电磁铁带电，两个液压绞车开始顺时针方向同步转动，此时通过钢丝绳导向轮2及定滑轮组与反射玻璃支架，（与反射玻璃一体）固定在一起。这样动滑轮就与反射镜一起承载桁架7的圆周轨道向上滚动，由于反射玻璃支架底部与承载桁架之间的相对移动是靠安装在反射玻璃支架底部的钢轮来完成。当绞车反向旋转时，反射镜向下运动，其圆周运动范围为0-85°，其速度及角位移是通过绞车上的旋转编码器及角位移传感器发出的信号来控制比例换向阀来进行自动调速及定位的，这样一来整个反射镜沿轨道运行的位置精度可以大大提高，其精度完全超过了设计要求的误差为0.1°。

其中减压阀22.1及梭阀22.3组成压力补偿回路其作用为：如图3所示。

压力反馈合力Δp_n=P₁-P₂

比例阀进油口压差ΔP_W＝P_O-P₂

已知ΔP_w变化升高时，ΔP_n也跟着变化升高。

此时压差合力作用在减压阀阀芯上的弹簧力及液动力快速趋于平衡的过程中调整该阀的节流口的开度，使ΔP_n恢复到负载压差变化前的大小，使流量q_v很快恢复到负载压差变化前的大小，也就是在阀的负载压力变化时，阀的流量没有变化，即所谓的“压力反馈”及“压力补偿”的原理。

ΔP_W为外压差ΔP_W=P_O-P₂内压差为ΔP_n=P₁-P₂

节流口流量公式为

q_{v} = C_{q} A \sqrt{\frac{2}{l} Δ P_{n}} = C_{q} A \sqrt{\frac{2}{l} (P_{1} - P_{2})}

其中C_q-流量参数P-油液密度A-节流口面积

如果由于负载的原因阀口P₀降为P₁，则节流口流量公式应为

Δ P_{n} = P_{1} - P_{2} = \frac{F}{A_{P}} = \frac{k (x_{1} - x) - l q_{v} \cdot v \cos Φ}{A_{P}}

其中：k(x₁-x)—弹簧力lq_v·vcosΦ—液动力

cosΦ—为流速与阀口中心中心线的夹角

如果A_P和x₁设计较大，k设计较小。即加大弹簧的压缩量，同时增大定差减压阀的受力面积A，以减小液动力变化的影响。这样公式右边分子上的弹簧力及液动力在压差ΔP_W变化时，变化量减小，使得ΔP_n变化减小。

ΔP_n变化小则通过阀口的流量公式得知q_v变化也小，基本上为恒定，从而使得通过比例阀的流量基本不受负载压力变化的影响。即反射镜运动过程中遇到外负载变化或风载时，其速度保持相对稳定，这样在比例阀的阀口压差可在小范围内调整，提高其性能。也就是说反射镜在运动中受外力如阻力或风力的影响，但由于压力补偿器的作用使其不受负载变化的影响经过比例阀流量不变，从而保持反射镜运动中的稳定性及精确性。

此外，系统中由插装顺序阀9、插装单向阀8及蓄能器19组成了卸荷回路，其作用为，如将顺序阀压力调整100bar，则将蓄能器压力调整为120bar，那么此时蓄能器为系统供油，电机泵组此时处于卸荷状态，因为蓄能器压力大于溢流阀压力时，溢流阀外控口来自蓄能器的压力将溢流阀打开，此时泵的采油回到油箱17，或者用压力继电器来控制电机旋转，待蓄能器充油完结，压力下降时，溢流阀先导压力小于弹簧压力时，溢流阀芯复位，此时电机泵组再次供油，这样系统又开始连续工作，这样周而复始，电机泵组是处于间歇工作状态，起到了节省功率的作用。

绞车回路中安装了双平衡阀23，这样可以在抛物线反射镜摆动中起到回路支撑作用（停止时），为了是抛物线反射镜在运动中可以减少冲击，还装有缓冲阀23两腔如果压力瞬时升高，可以通过左右两个溢流阀将多余的流量溢流，这样可以将瞬时升高的压力释放，起到缓冲作用。

同时为了防止反射镜出现爬行现象，还装有补油阀25（附图4），共作用为抛物线反射镜在左右两个方向其中一个方向运动过快时。另一腔的供油速度跟不上造成吸空，由此引起反射镜运动中的爬行现象，但装有补油阀后，当吸空前补油阀打开，从回油路中吸收补充油液即可避免吸空现象从而防止出现爬行现象。

本系统的控制元件由于采用了两台液压绞车作用为2个30吨重的抛物线反射镜的驱动元件，这样在结构上相比过去的十四件油缸组成的驱动元件要简化很多，省去了很多油缸及许多胶管及软管的配置安装。

本系统中还装有电磁阀26及单向节流阀27其作用为液压绞车的刹车控制。电磁阀26用于控制绞车的刹车油缸，单向节流阀用于控制刹车油缸的动作快慢。最后为了该装置在露天不受风雨及沙尘的侵扰，配备了金属防尘罩24，提高该系统装置在野外作业的使用寿命。本液压系统的电机功率2.2kw，工作压力16MPa，流量7L/min，液压蓄能器容积10L，液压绞车牵引力3吨。

Claims

1.一种碟式太阳能热发电装置比例液压控制跟踪系统，由钢丝绳牵引系统及液压系统构成，其特征在于：所述钢丝绳牵引系统由抛物线反射镜、承载桁架、液压绞车、钢丝绳排绳器及导向滑轮、四组定滑轮、三组动滑轮构成，液压绞车为两台并驱动两个安装在承载桁架上的抛物线反射镜，在抛物线反射镜下部安装有导向滑轮、四组定滑轮、三组动滑轮通过钢丝绳所形成的驱动滑轮组，液压系统驱动液压绞车动作；

所述液压系统的回路由油箱系统、回路储能系统、绞车回路系统构成，其中油箱系统经高压胶管向回路储能系统供油，回路储能系统由回油管路及储能管路构成，回油管路的插装单向阀连通储能管路；绞车回路系统为配置完全相同的两套，绞车回路系统由压力补偿器、比例换向阀、梭阀、平衡阀、缓冲阀、补油阀、4/2通电磁阀及单向节流阀构成，其中压力补偿器是由定差减压阀及梭阀构成。

2.根据权利要求1所述的碟式太阳能热发电装置比例液压控制跟踪系统，其特征在于：所述压力补偿器是将插入式定差减压阀及梭阀集成在一个阀块上，并将这个压力补偿阀块叠加在比例换向阀的下安装面上，插入式平衡阀、补油阀、缓冲阀全部集成在一个阀块中。

3.根据权利要求1或2所述的碟式太阳能热发电装置比例液压控制跟踪系统，其特征在于：所述缓冲阀是由2个开启20MPa的溢流阀组成。