CN102679601A - 太阳能抛物面聚光集热器的刚性与柔性混合支撑装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于太阳能采集技术领域，涉及到一种聚光集热器的支撑机械结构。该整体框架由主梁、主截面及主截面之间的主索构成，抛物镜的安装基体由副索与定位索结合的预紧钢索结构提供；钢索内部设计有自动张紧补偿装置，以补偿支撑机械结构因环境变化而引起的变形；多个聚光单元串联使用时通过共用主截面。本发明利用结构拓扑优化得到刚性与柔性混合支撑结构参数，充分发挥材料性能，使得太阳能聚光集热器的支撑机械结构使用很少的材料，重量轻，成本低，强度、刚度满足使用要求。

Description

太阳能抛物面聚光集热器的刚性与柔性混合支撑装置

技术领域

本发明涉及一种用于抛物柱面镜聚光集热器的刚性与柔性混合支撑结构，其本质是利用刚性与柔性混合、带有预应力的钢索结构作为抛物面镜的支撑件，以最少材料和成本实现支撑这种聚光集热器的功能。

背景技术

抛物柱面镜聚光集热器主要由聚光器、吸收器和跟踪系统三大部分组成。其工作原理是通过聚光器将平行入射的太阳光汇聚于管状吸收器的管壁上形成焦线，获得高强度太阳能。跟踪系统则是实时跟踪太阳的方位，使抛物面的开口方向正对太阳光的入射方向。抛物柱面镜聚光器单元通常由抛物面镜、支撑钢架、整体回转机构组成。数块抛物面镜安装于满足特定形状要求的支撑钢架上，用以模拟完整的抛物柱面的聚光功能。

其中用于支撑的钢架结构常会有不同的设计方案，目前常用刚性结构支撑，如桁架结构和刚架结构。对于桁架结构聚光集热器，在聚光器单元的长度方向上，有一贯通的主梁，作为聚光器的基体。在主梁上布置了若干桁架截面，用以安装抛物面镜。聚光器单元的长度方向的两端固定于地面的支架，由轴承支撑，并且可以绕轴承轴线旋转。

现有的刚性支撑结构有一个普通的不足：由于镜片大小的限制，为了提供足够的镜片安装位置，支撑结构通常材料用量大，且比较笨重。这样造成了材料的性能未能得以充分利用，存在材料的浪费。并且由于刚架结构的材料及加工成本较高，限制了这种聚光集热器的实际应用。此外，聚光器需要实时跟踪太阳的方位，需要通过电机带动聚光器的整体刚架旋转，若聚光器的质量过大，则跟踪太阳方位的过程势必要消耗过多的能源，这样总的产能就会下降，影响聚光集热器的使用效果。

发明内容

本发明提供了一种太阳能抛物面聚光集热器的刚性与柔性混合支撑装置，解决了传统聚光集热器支撑装置材料用量大，成本高，安装不方便的问题。

本发明采用的技术方案是：

一种太阳能抛物面聚光集热器的刚性与柔性混合支撑装置，包括刚性支撑结构、柔性支撑结构和结构附件三部分。

刚性支撑结构包括主梁和端面钢架，主梁贯穿于整个混合支撑装置，主梁的两端是端面钢架；端面钢架是一个平面的金属桁架结构，与主梁垂直。

柔性支撑结构包括主索、斜拉钢索、副索和定位索，它们均为钢丝绳，共同构成网状结构；主索和斜拉钢索所用的钢丝绳比副索和定位索所用的钢丝绳粗；主索和斜拉钢索为粗钢丝绳，副索和定位索为细钢丝绳。主索共两条，悬于两个端面钢架之间；斜拉钢索共四条，每条斜拉钢索的一端与主索的其中一个端点共同固定于端面钢架上，斜拉钢索的另一端固定于主梁上。副索与定位索位于两个端面钢架之间的横截面内。其中，横截面与端面钢架平行，且每个横截面内分别包含两条副索和两条定位索。副索的一端固定于主梁横截面的顶端，另一端绕过与横截面垂直的主索，固定于主梁横截面的底端。定位索的一端固定在主梁截面底端，另一端悬住与主梁截面顶端相连的一段副索的中点，使副索在横截面内形成抛物线型结构。

结构附件包括主索张紧与补偿装置、副索张紧与补偿装置、定位索张紧与补偿装置、抛物面镜刚性支架。主索张紧与补偿装置及副索张紧与补偿装置均由等刚度弹簧构成，其中主索张紧与补偿装置安装于主索与端面钢架相连的地方，副索张紧与补偿装置安装于副索与主梁截面底端相连的地方，定位索张紧与补偿装置安装于定位索与主梁截面底端相连的地方。抛物面镜刚性支架横跨于两个相邻的横截面之间，安装于副索上，其与两根副索分别有两个接触支点。对于刚性支架与其中一根副索接触的两个支点，一个与副索固结，另一个通过滑道的形式与副索相连。

上述的每个聚光集热器支撑装置为一个聚光集热单元，多个聚光集热单元可进行串接使用。此时，两个单元之间共用一个端面钢架，该端面钢架的两侧分别布置两条连接端面钢架与主梁的斜拉钢索。

本发明的有益效果是该刚性与柔性混合支撑装置是一种刚性、柔性结构混合使用的支撑装置，其采用重量轻、力学性能好的钢丝绳代替一般的桁架结构，减轻了支撑装置的重量，节约了材料，降低了成本。钢索的安装过程相对于桁架便捷，多个聚光集热单元串接使用时共用相邻的端面钢架，减少了桁架的使用量。共用的端面钢架受到的侧拉力可以相互平衡，使得它的受力情况较好。抛物面镜刚性支架的使用，有利于减小抛物面镜的内部应力，保护抛物面镜不被破坏。

附图说明

图1是本发明刚柔混合支撑装置结构示意图。

图2是本发明主索布局结构示意图。

图3是本发明副索布局结构示意图。

图4是本发明抛物面镜刚性支架结构示意图。

图中：1刚性支撑结构；2柔性支撑结构；3结构附件；4主梁；5端面钢架；6主索；7斜拉钢索；8副索；9定位索；10主索张紧与补偿装置；11副索张紧与补偿装置；12定位索张紧与补偿装置；13抛物面镜刚性支架；14抛物面镜片；15吸收器；16钢索固定点。

具体实施方式

以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施例。

实施例：

如图1所示为本发明刚柔混合支撑装置结构示意图：本发明的刚柔混合支撑装置结构由刚性支撑结构1、柔性支撑结构2和结构附件3三部分组成。刚性支撑结构1包括主梁4和端面钢架5，主梁4贯穿于整个混合支撑装置，主梁4的两端是端面钢架5；端面钢架5是一个平面的金属桁架结构，与主梁4垂直。柔性支撑结构2包括主索6、斜拉钢索7、副索8和定位索9。

如图2所示为本发明的主索布局结构示意图：主索6平行于主梁4的长度方向，位于混合支撑装置两端的端面钢架5之间，斜拉钢索7共四条，每条斜拉钢索7的一端固定于主梁4上，另一端与主索6的其中一个端点共同固定于端面钢架5上，以保持网状结构的稳定性。在主索6与主梁4相连的地方，布置有主索张紧与补偿装置10，用于提供初始的张紧力，并对于钢索的受力变形及受热变形进行自动补偿。

如图3所示为本发明的副索布局结构示意图：

副索8与定位索9位于两个端面钢架5之间与端面钢架5平行的横截面内。每个横截面内分别包含两条副索8和两条定位索9。副索8的一端固定于主梁4横截面的顶端，另一端绕过与横截面垂直的主索6，固定于主梁4横截面的底端。定位索9的一端固定在主梁4截面底端，另一端悬住与主梁4截面顶端相连的一段副索8的中点，使副索8在横截面内形成槽型结构。

副索张紧与补偿装置11安装于副索8与主梁4截面底端相连的地方，定位索张紧与补偿装置12安装于定位索9与主梁4截面底端相连的地方。

在副索8所在的横截面内，主梁4左右两侧的副索8、定位索9、副索张紧装置11与主梁4左侧对称。

如图所示为本发明的抛物面镜刚性支架结构示意图：抛物面镜刚性支架13横跨于两个相邻的横截面之间，安装于副索8上，其与两根副索8分别有两个接触支点。对于刚性支架13与其中一根副索8接触的两个支点，一个与副索8固结，另一个通过滑道的形式与副索8相连。使抛物面镜刚性支架13相对于副索8可以有微量的相对滑动，以补偿副索8的伸长变形。

Claims (1)

1.一种太阳能抛物面聚光集热器的刚性与柔性混合支撑装置，其特征在于，包括刚性支撑结构、柔性支撑结构和结构附件三部分；

刚性支撑结构包括主梁和端面钢架，主梁贯穿于整个混合支撑装置，主梁的两端是端面钢架；端面钢架是一个平面的金属桁架结构，与主梁垂直；

柔性支撑结构包括主索、斜拉钢索、副索和定位索，它们均为钢丝绳，共同构成网状结构；主索和斜拉钢索所用的钢丝绳比副索和定位索所用的钢丝绳粗；主索悬于两个端面钢架之间；斜拉钢索的一端与主索的其中一个端点共同固定于端面钢架上，另一端固定于主梁上；副索与定位索位于两个端面钢架之间与端面钢架平行的横截面内；副索的一端固定于主梁横截面的顶端，另一端绕过主索，固定于主梁横截面的底端；定位索的一端固定在主梁截面底端，另一端悬住与主梁截面顶端相连的一段副索的中点，使副索在横截面内形成抛物线型结构；

结构附件包括主索张紧与补偿装置、副索张紧与补偿装置、定位索张紧与补偿装置、抛物面镜刚性支架；主索张紧与补偿装置、副索张紧与补偿装置由等刚度弹簧构成；抛物面镜刚性支架横跨于两个相邻的横截面之间，安装于副索上，其与两根副索分别有两个接触支点；对于刚性支架与其中一根副索接触的两个支点，一个与副索固结，另一个通过滑道的形式与副索相连。2、根据权利要求1所述的刚性与柔性混合支撑装置，其特征在于，上述的每个聚光集热器支撑装置为一个聚光集热单元，多个聚光集热单元串接使用，两个单元之间共用一个端面钢架，该端面钢架的两侧分别布置两条连接端面钢架与主梁的斜拉钢索。

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