CN102788434B - 一种定日镜跟踪驱动机构 - Google Patents
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Abstract
一种定日镜跟踪驱动机构,其特征在于:在定日镜立柱(1)的上部连接有U形支架(4),U形支架(4)的上部连接有支撑直角(601、602),蜗杆轴承盖法兰(701、702)分别与支撑直角(601、602)铰接。传动箱(9)驱动定日镜反射面(50)绕俯仰轴线(60)转动;电动缸(5)的缸体(501)与U形支架(4)的底部铰接,电动缸(5)的推杆(502)与驱动叉(8)铰接,驱动叉(8)与传动箱(9)固连,电动缸(5)驱动传动箱(9)带动定日镜反射面(50)绕水平轴线(70)转动;定日镜实现双轴跟踪太阳。在工作结束后,电动缸(5)推动俯仰轴线(60)至水平位置,传动箱(9)驱动传动箱(9)两侧的两个半反射面(5001、5002)旋转并朝向地面,减少灰尘在反射面上聚集。
Description
技术领域
本发明涉及一种对太阳进行跟踪的太阳能定日镜的驱动机构。
背景技术
定日镜是塔式太阳能热发电聚光系统的聚光装置,其双轴跟踪驱动机构驱动反射面将太阳光反射并聚集到固定目标处。定日镜一般由反射面、支撑框架、跟踪驱动机构、跟踪控制系统等几部分构成。
太阳能热发电与火力发电相比,主要是采用聚光集热系统代替了燃煤锅炉。为了使塔式太阳能热发电与常规火力发电相竞争,降低定日镜的自身成本及定日镜的运行成本是实现这一目标的有效手段之一。在定日镜的自身成本中,跟踪驱动机构(装置)所占比例比其他部分所占比例都高,跟踪驱动机构成本占定日镜自身成本的30%~35%,降低跟踪驱动机构的成本是降低定日镜成本的有效措施之一。在太阳能热发电的电价成本中,运行维护成本约占电价成本的10%左右,运行维护成本中重要的一项是反射表面的清洗成本。降低定日镜反射面的清洗频率是降低定日镜运行维护成本的重要手段之一。降低定日镜反射面的清洗频率的方法是在定日镜停止运行时将反射面倒扣,减少灰尘在反射面上聚集。
公开号为CN102183964A的中国专利公开了一种定日镜追日装置,包括联体箱体,联体箱体包括上箱体和下箱体,上箱体和下箱体连接成一体并呈T字型;上箱体包括俯仰角旋转机构,下箱体包括水平旋转机构,俯仰角旋转机构和水平旋转机构都包括电机、由同步带传动和链条传动其中一种构成的同步传动机构以及蜗轮蜗杆啮合传动箱。采用此定日镜追日装置的定日镜,如果采用全开式或半开式反射面,虽然可以实现反射面倒扣,但此定日镜追日装置传动部件较多,结构相对复杂,会造成定日镜成本提高。公开号为CN102141815A的中国专利公开了一种太阳能定日镜跟踪系统,其包括与底座转动连接的水平转动机构和水平转动机构架,水平转动机构为蜗轮蜗杆传动机构;在该水平转动机构架上设有可转动的镜架,在该镜架与水平转动机构架之间设有使所述镜架在水平转动机构架上上下转动的电动推杆驱动机构。此太阳能定日镜跟踪系统结构相对简单,成本有所降低,但镜架在水平转动机构架上上下转动的角度为0~150°,不能使镜架上的反射镜或光伏电池板倒扣,不利于减少灰尘的聚集。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的缺点,提供一种相对低成本的定日镜跟踪驱动机构,采用此定日镜跟踪驱动机构的具有全开式反射面的定日镜,可以实现反射面倒扣,避免定日镜在不工作时灰尘在反射面上聚集。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是:
本发明定日镜跟踪驱动机构由位于定日镜立柱上部的水平轴方位调整机构、位于水平轴方位调整机构上部的U形支架、位于U形支架中间的电动缸以及位于U形支架上部的传动箱构成。
所述的U形支架由两个立柱和一个底部横梁构成,两个立柱的上部分别焊接一个固定板,U型支架的底部横梁上焊接有两个支撑板;在每个固定板上通过螺栓固定有一个支撑直角,在每个支撑直角上设有两个长孔和一个销轴孔。
所述的传动箱为零齿隙的蜗轮蜗杆传动箱,传动箱的输出轴为双侧输出。传动箱的两个蜗杆轴承盖法兰上分别设有一个凸台,每个凸台上加工有销轴孔。
传动箱的两个蜗杆轴承盖法兰与固连在U型支架的固定板上的两个支撑直角通过两个销轴铰接。传动箱可绕两个销轴的公共轴线转动,两个销轴的公共轴线为本发明定日镜跟踪驱动机构的水平轴线。由于支撑直角是由螺栓通过其上的长孔将其固定在固定板上,因此可调节两个支撑直角之间的距离,使之与两个蜗杆轴承盖法兰上的凸台平面之间的距离相适应,防止传动箱沿水平轴线方向窜动。
电动缸的缸体与U型支架的底部横梁上的两个支撑板铰接,电动缸的推杆的头部与驱动叉铰接,驱动叉与传动箱的箱体固连,这样电动缸可通过驱动叉驱动传动箱绕水平轴线转动。
传动箱的输出轴的两端分别连接有一个支撑定日镜反射面的反射面主梁,每个反射面主梁可与定日镜全开式反射面的一个半反射面连接。传动箱的输出轴可带动定日镜反射面绕自身轴线旋转,传动箱输出轴的轴线为本发明跟踪驱动机构的俯仰轴线,俯仰轴线与水平轴线垂直。定日镜反射面在绕俯仰轴线转动的同时,又可随传动箱绕水平轴线转动,定日镜可实现对太阳的跟踪。
当电动缸的推杆全部伸出时,可使俯仰轴线处于水平位置;当电动缸的推杆全部缩回时,可使俯仰轴线处于与水平面垂直的位置。因此,电动缸驱动定日镜反射面绕水平轴线转动的角度范围为90°。当俯仰轴线处于与水平面垂直的位置时,由于受U型支架的两个立柱的限制,定日镜反射面绕俯仰轴线转动的角度范围最小,定日镜反射面绕俯仰轴线转动的最小角度范围应不小于90°,以满足太阳由正东运动到正西,定日镜跟踪太阳运动的需要。
在本发明中,调整定日镜立柱上部的水平轴方位调整机构,可调整跟踪驱动机构的水平轴线的方位,使处于定日镜场不同位置的定日镜在太阳由正东运动到正西的过程中均能将阳光反射到目标点。水平轴方位调整机构由固连在定日镜立柱上的定心法兰、固连在U形支架底部的定心转动法兰以及两个锁紧螺栓构成。
采用本发明的定日镜跟踪驱动机构的定日镜,其定日镜反射面为由两个半反射面组成的全开式反射面,两个半反射面分别位于传动箱的两侧。当俯仰轴线处于水平位置时,定日镜反射面绕俯仰轴线旋转不受本发明的定日镜跟踪驱动机构任何部件及定日镜立柱的限制。在定日镜工作结束时,电动缸驱动俯仰轴线至水平位置,然后传动箱驱动反射面绕俯仰轴线旋转,使定日镜反射面朝向地面,实现倒扣。
本发明的优点在于,采用一个传动方式为零齿隙的蜗轮蜗杆传动箱和一个电动缸作为驱动部件,只是对蜗轮蜗杆传动箱的蜗杆轴承盖法兰稍加改动,此方式可以有效降低定日镜跟踪驱动机构的成本。本发明的定日镜跟踪驱动机构可实现反射面的倒扣,降低灰尘在反射面上的聚集,可降低定日镜的清洗成本,从而可降低塔式太阳能热发电的发电成本。
附图说明
图1为采用本发明实施例的定日镜局部示意图;
图2为本发明实施例的U形支架;
图3为本发明实施例的支撑直角与U形支架连接示意图;
图4为本发明实施例的传动箱及电机与传动箱连接示意图;
图5为本发明实施例的传动箱的侧视图;
图6为本发明实施例的驱动叉示意图;
图7为本发明实施例的结构示意图;
图8为采用本发明实施例的定日镜在俯仰轴线处于水平位置,且反射面朝上时的示意图;
图9为采用本发明实施例的定日镜在俯仰轴线处于与水平面垂直位置时的透视图;
图10为采用本发明实施例的定日镜在俯仰轴线处于与水平面垂直位置时的侧视图;
图11为采用本发明实施例的定日镜在俯仰轴线处于水平位置,且反射面朝下时的示意图;
图12为采用本发明实施例的定日镜在俯仰轴线处于与水平面垂直位置,且反射面处于跟踪起始极限位置时的示意图;
图13为采用本发明实施例的定日镜在俯仰轴线处于与水平面垂直位置,且反射面处于跟踪终止极限位置时的示意图;
图14为采用本发明实施例的定日镜的镜场示意图;
图15为本发明实施例的定心转动法兰透视图;
图16为本发明实施例的定心转动法兰仰视图;
图17为本发明实施例的定心法兰示意图;
图18为本发明实施例的水平轴方位调整机构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。
如图1所示,本发明定日镜跟踪驱动机构由位于定日镜立柱1上部的水平轴方位调整机构600、位于水平轴方位调整机构600上部的U形支架4、位于U形支架4中间的电动缸5以及位于U形支架4上部的传动箱9构成。
如图2所示,U型支架4由第一立柱1401、第二立柱1402和底部横梁15构成。在U型支架4的第一立柱1401的上部焊接有第一固定板1301,在U型支架4的第二立柱1402的上部焊接有第二固定板1302;U型支架4的底部横梁15上焊接有两个支撑板1601、1602;第一固定板1301上加工有两个螺纹孔1701、1702,第二固定板1302上加工有两个螺纹孔1703、1704。在两个固定板1301、1302上通过螺栓分别固定有支撑直角601、602。如图3所示,第一支撑直角601上加工有两个长孔1801、1802,以及第一支撑直角销轴孔1901。螺钉2101和2102通过两个长孔1801、1802进入第一固定板1301上的螺纹孔1701、1702,将第一支撑直角601与第一固定板1301固连;同样,第二支撑直角602上加工有两个长孔1803、1804,以及第二支撑直角销轴孔1902。螺钉2103和2104通过第二支撑直角602上的长孔1803、1804进入第二固定板1302上的螺纹孔,1703、1704,将第二支撑直角602与第二固定板1302固连。
传动箱9为零齿隙的蜗轮蜗杆传动箱,如图5所示,传动箱9的输出轴10为双侧输出,分别为第一输出端1001和第二输出端1002。如图4所示,在传动箱9上存在第一蜗杆轴承盖法兰701和第二蜗杆轴承盖法兰702。第一蜗杆轴承盖法兰(701)上设有圆柱凸台(2201),在圆柱凸台(2201)上加工有销轴孔(2301);传动箱(9)的第二蜗杆轴承盖法兰(702)上设有圆柱凸台(2202),在圆柱凸台(2202)上加工有销轴孔(2302);减速电机12固连在第二蜗杆轴承盖法兰702上与传动箱9连接,驱动传动箱输出轴10旋转;
如图7所示,第一蜗杆轴承盖法兰701和第一支撑直角601通过第一销轴2601实现铰接;第二蜗杆轴承盖法兰702和第二支撑直角602通过第二销轴2602实现铰接,第一销轴2601以及第二销轴2602的公共轴线为水平轴线70。传动箱9可绕水平轴线70转动。如图3所示,由于第一支撑直角601上加工有两个长孔1801、1802,第二支撑直角602上加工有两个长孔1803、1804,因此可以调节第一支撑直角601和第二支撑直角602之间的距离D,使之与图4所示的圆柱凸台2201、2202的凸台平面之间的间距L相适应,防止传动箱9沿水平轴线70窜动。
如图7所示,电动缸5的缸体501通过缸体销轴28与U型支架4的底部横梁15上的两个支撑板1601、1602铰接。电动缸5的推杆502的头部与驱动叉8的两个耳片2501、2502通过缸杆销轴27铰接;如图6所示,驱动叉8的两个耳片2501、2502与驱动叉8的底板24通过焊接固连;如图7所示,驱动叉8的底板24与传动箱9的箱体固连。这样,电动缸5可通过驱动叉8驱动传动箱9绕水平轴线70转动。
如图8所示,第一反射面主梁1101与传动箱9的输出轴10的第一输出端1001固连,第二反射面主梁1102与传动箱9的输出轴10的第二输出端1002固连。定日镜反射面50是由第一半反射面5001和第二半反射面5002构成的全开式反射面,第一半反射面5001和第二半反射面5002分别位于传动箱9的两侧,第一半反射面5001与第一反射面主梁1101相连,第二半反射面5002与第二反射面主梁1102相连。因此,如图1所示,当电动缸5驱动传动箱9绕水平轴线70转动时,也带动第一半反射面5001和第二半反射面5002绕水平轴线70转动;同时,传动箱9的输出轴10在减速电机12的驱动下绕其自身轴线即俯仰轴线60转动,同时带动第一半反射面5001和第二半反射面5002绕俯仰轴线60转动。水平轴线70与俯仰轴线60垂直。如此,定日镜可实现对太阳的跟踪。
如图7和图8所示,当电动缸5的推杆502全部伸出时,可使俯仰轴线60处于水平位置;如图10所示,当电动缸5的推杆502全部缩回时,可使俯仰轴线60处于与水平面垂直的位置。因此,电动缸5驱动两个半反射面5001、5002绕水平轴线70转动的角度范围为90°。
如图9所示,当俯仰轴线60处于与水平面垂直的位置时,由于定日镜反射面50的转动受U型支架4的两个立柱1401、1402的限制,定日镜反射面50绕俯仰轴线60转动的范围最小。图12为当俯仰轴线60处于与水平面垂直的位置时,定日镜反射面50处于跟踪起始极限位置,通过定日镜反射面50几何中心的法线与水平轴70的夹角10001为135°;图13为当俯仰轴线60处于与水平面垂直的位置时,定日镜反射面50处于跟踪终止极限位置,通过定日镜反射面50几何中心的法线与水平轴70的夹角10002为45°。所以,定日镜反射面50绕俯仰轴线60转动的最小角度范围为90°,可满足在太阳由正东运动到正西的过程中,定日镜跟踪太阳运动的需要。
图14为一个采用本发明实施例的定日镜的镜场示意图,在春分、秋分日,当阳光从正东入射时,位于目标靶200正北方向的定日镜50001,其驱动机构的水平轴线7001为正东正西布置,在定日镜反射面50-1处于转动起始极限位置时,正好可将反射的阳光反射到目标点300,当太阳从正东运动到正西时,定日镜反射面50-1绕俯仰轴线60转动90°,当定日镜反射面50-1处于转动终止极限位置时,正好可将反射的阳光反射到目标点300;位于镜场东北方向的定日镜50002,如果其驱动机构的水平轴线7002为正东正西布置,当太阳运动到正西时,定日镜反射面50-2将不能将阳光反射到目标点300,为此可将定日镜50002的跟踪驱动机构的水平轴线7002沿太阳运动方向旋转角度α,使得当定日镜反射面50-2处于转动终止极限位置时,定日镜反射面50-2可将阳光正好反射到目标点300。位于镜场西北方向的定日镜50003,如果其驱动机构的水平轴线7003为正东正西布置,当太阳位于正东方向时,定日镜反射面50-3不能将阳光反射到目标点300,为此可将定日镜50003的跟踪驱动机构的水平轴线7003沿太阳运动的相反方向旋转角度β,使得当定日镜反射面50-3处于转动起始极限位置时,定日镜反射面50-3可将阳光正好反射到目标点300。
水平轴70的方位调整是通过调整水平轴方位调整机构600来实现的。如图18所示,水平轴方位调整机构600由焊接在立柱1上部的定心法兰35、焊接在U形支架底部的定心转动法兰3以及第一锁紧螺栓201、第二锁紧螺栓202构成。如图17所示,定心法兰35上加工有中心孔90,以及八个螺纹孔3101、3102、3103、3104、3105、3106、3107、3108,八个螺纹孔3101、3102、3103、3104、3105、3106、3107、3108均布在与中心孔90同心的圆8002上。如图15和图16所示,在定心转动法兰3的下部加工有中心圆柱凸台30,中心圆柱凸台30与定心法兰35上的中心孔90直径相同;在定心转动法兰3上还加工有第一圆弧形长孔2901和第二圆弧形长孔2902,第一圆弧形长孔2901和第二圆弧形长孔2902均布在与中心圆柱凸台30同心的圆8001上,第一圆弧形长孔2901和第二圆弧形长孔2902在长度方向上沿圆8001的圆周布置;圆8001的直径与定心法兰35上的圆8002的直径相同;第一圆弧形长孔2901和第二圆弧形长孔2902在圆8001上对应的圆心角2001、2002均为45°。如图18所示,定心转动法兰3的中心圆柱凸台30插入定心法兰35上的中心孔90内起定心作用,保证定心转动法兰3与定心法兰35同心,第一锁紧螺栓201通过定心转动法兰3上的第一圆弧形长孔2901进入定心法兰35上的螺纹孔3101中,第二锁紧螺钉202通过定心转动法兰3上的第二圆弧形长孔2902进入定心法兰35上的与螺纹孔3101在同一直径上的螺纹孔3105中,从而将定心转动法兰3锁紧在定心法兰35上。
调整水平轴70的方位时,松开第一锁紧螺钉201和第二锁紧螺钉202,转动定心转动法兰3,调整水平轴70转动至需要的位置,然后锁紧第一锁紧螺钉201、第二锁紧螺钉202。如果当定心转动法兰3转动到受第一锁紧螺钉201、第二锁紧螺钉202的限制再不能转动,水平轴70仍未转动至需要的位置时,可将第一锁紧螺栓201和第二锁紧螺栓202从定心法兰35上的在同一直径上的两个螺纹孔内退出,继续向需要的方向转动定心转动法兰3,使水平轴70转动至需要的位置,再将第一锁紧螺钉201和第二锁紧螺钉202分别通过定心转动法兰3上的第一圆弧形长孔2901和第二圆弧形长孔2902,拧入第一圆弧形长孔2901和第二圆弧形长孔2902对应的定心法兰35上的、在同一直径上的螺纹孔中,将定心转动法兰3锁紧在定心法兰35上。
当定日镜跟踪太阳结束后,电动缸5驱动传动箱9带动第一半反射面5001和第二半反射面5002绕水平轴线70转动,使俯仰轴线60处于水平位置,如图8所示。当俯仰轴线60处于水平位置时,第一半反射面5001和第二半反射面5002在绕俯仰轴线60转动时,不受本发明的定日镜跟踪驱动机构的任何部件、及定日镜立柱1的限制。如图11所示,传动箱9驱动第一半反射面5001和第二半反射面5002绕俯仰轴线60旋转至朝向地面,这样可减少灰尘在定日镜反射面50上的聚集。
Claims (4)
1.一种定日镜跟踪驱动机构,在定日镜立柱(1)的上部连接有U形支架(4),U形支架(4)的第一立柱(1401)的上部焊接有第一固定板(1301),第一固定板(1301)的上部固定有第一支撑直角(601);U形支架(4)的第二立柱(1402)的上部焊接有第二固定板(1302),第二固定板(1302)的上部固定有第二支撑直角(602);传动箱(9)的第一蜗杆轴承盖法兰(701)与第一支撑直角(601)通过第一销轴(2601)铰接,传动箱(9)的第二蜗杆轴承盖法兰(702)与第二支撑直角(602)通过第二销轴(2602)铰接,第一销轴(2601)和第二销轴(2602)的公共轴线为水平轴线(70);所述传动箱(9)的输出轴(10)为双侧输出,传动箱(9)的输出轴(10)的两端分别连接一个支撑定日镜反射面的反射面主梁;电动缸(5)的缸体(501)通过焊接在U形支架(4)的底部横梁(15)上的支撑板(1601、1602)与U形支架铰接;电动缸(5)的推杆(502)与驱动叉(8)铰接,驱动叉(8)与传动箱(9)固连;其特征在于,在定日镜立柱(1)的上部连接有U形支架(4),传动箱(9)通过第一蜗杆轴承盖法兰(701)和第二蜗杆轴承盖法兰(702)与U形支架(4)铰接,传动箱(9)能够绕水平轴线(70)转动;电动缸(5)的缸体(501)与U形支架(4)的底部横梁(15)铰接,电动缸(5)的推杆(502)与驱动叉(8)铰接,驱动叉(8)与传动箱(9)固连,电动缸(5)驱动传动箱(9)带动定日镜反射面(50)绕水平轴线(70)转动;同时,传动箱(9)驱动定日镜反射面(50)绕传动箱(9)的输出轴(10)的轴线即俯仰轴线(60)转动。
2.如权利要求1所述的定日镜跟踪驱动机构,其特征在于,所述传动箱(9)的第一蜗杆轴承盖法兰(701)上设有凸台(2201),在凸台(2201)上加工有销轴孔(2301);传动箱(9)的第二蜗杆轴承盖法兰(702)上设有凸台(2202),在凸台(2202)上加工有销轴孔(2302)。
3.如权利要求1所述的定日镜跟踪驱动机构,其特征在于,在所述的U形支架(4)和立柱(1)之间设有水平轴方位调整机构(600)。
4.如权利要求3所述的定日镜跟踪驱动机构,其特征在于,所述的水平轴方位调整机构(600)由焊接在立柱(1)上的定心法兰(35)、焊接在U形支架(4)底部的定心转动法兰(3),以及两个锁紧螺栓(201、202)构成;定心法兰(35)上加工有中心孔(90),以及八个螺纹孔(3101、3102、3103、3104、3105、3106、3107、3108),所述的八个螺纹孔(3101、3102、3103、3104、3105、3106、3107、3108)均布在与中心孔(90)同心的圆(8002)上;在定心转动法兰(3)的下部加工有中心圆柱凸台(30),中心圆柱凸台(30)与定心法兰(35)上的中心孔(90)直径相同;在定心转动法兰(3)上还加工有第一圆弧形长孔(2901)和第二圆弧 形长孔(2902),第一圆弧形长孔(2901)和第二圆弧形长孔(2902)均布在与中心圆柱凸台(30)同心的圆(8001)上,第一圆弧形长孔(2901)和第二圆弧形长孔(2902)在长度方向上沿圆(8001)的圆周布置,圆(8001)的直径与定心法兰(35)上的圆(8002)的直径相同,第一圆弧形长孔(2901)和第二圆弧形长孔(2902)在圆(8001)上对应的圆心角(2001、2002)为45°;定心转动法兰(3)的中心圆柱凸台(30)插入定心法兰(35)上的中心孔(90)内起定心作用;第一锁紧螺栓(201)和第二锁紧螺钉(202)分别通过定心转动法兰(3)上的第一圆弧形长孔(2901)和第二圆弧形长孔(2902)进入定心法兰(35)上在圆(8002)的同一直径上的螺纹孔中,将定心转动法兰(3)锁紧在定心法兰(35)上。
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