CN103206792A - 槽式聚光器太阳能能流测量仪 - Google Patents

Abstract

一种槽式聚光器太能能流测量仪，包括主体部分、支撑部分和传动部分。所述主体部分为朗伯靶、能流计座和两个能流计；所述的支撑部分由第一端座、航空插头、拖链安装座、五根铝型材、线缆拖链和第二端座构成；所述传动部分由两个滑轨、两个滑块、齿轮支架、齿轮、齿条、步进电机、联轴器和线管构成。步进电机（8）通过联轴器（7）与齿轮（6）连接，步进电机（8）驱动齿轮（6）在齿条（4）上往复运动。与齿轮支架（9）相连的朗伯靶（12）和线缆拖链（10），通过齿轮（6）的驱动，使滑块（5）、联轴器（7）、进电机（8）、齿轮支架（9）、线缆拖链（10）、线管（11）和朗伯靶（12）组合的整体，在滑轨（3）上往复运动。

Description

槽式聚光器太阳能能流测量仪

技术领域

本发明涉及一种槽式聚光器太阳能能流密度测量仪器。

背景技术

聚光器聚焦光斑能流密度分布的测量对最优化系统效率起到关键作用，系统的最优化程度取决于聚光器中接收器位置和接收器表面能流密度分布，而这些因素又是通过修改跟踪参数和反射表面曲率来决定的。改变聚光器光轴接收面的位置，准确测量接收面上的能流密度分布情况，可为聚光器系统的未来发展奠定基础。接收器效率用接收器上的输出热能与入射到接收器孔径内的输入辐射能的比值来求得，而对接收器表面的能流密度进行积分可以得到接收器孔径的输入辐射能。因此，对于聚光系统来说，要想评价接收器的吸收效率，测量接收器表面的能流密度分布必不可少。

国外各国学者对聚光器聚焦光斑能流密度分布的研究已经开展很多年，提出了针对各种聚光器的理论模型，并且设计了各种测量装置。抛物槽式能流扫描仪是太阳能流测试的一种设备，它沿着接收轴进行移动测量。在流量传感器寄存器前后分布高精度的接收器，根据流量分布，通过该接收器计算干扰因素和分析接收器光学性能。相机-靶测量方法是使用漫反射特性的朗伯靶和标准相机对其进行拍照，朗伯靶是垂直于直线接收器焦点周围。根据图像结果很快捷形象化的反映接收器附近反射光线轨迹并检测出光学误差。

然而我国的太阳能研究进展缓慢，现在还处于基础研究阶段，对于聚焦光斑能流密度分布的研究更是处于萌芽阶段。为了提高槽式太阳能系统的光学效率和确保太阳能发电站发电要求，表征抛物槽式集热器光学性能和检测其光学损失变有的尤为重要。

在国外期刊杂志《Solar Energy》中，题为《Performance enhancement of parabolictrough collectors by solar flux measurement in the focal region》所设计的测试装置由支架结构、滑动机构和背面安装光电传感器的半透明朗伯特性靶构成，并且安装在集热器外表面进行测量，而非焦点轴线位置进行，这样得到的最终结果，存在较大误差性，实际集热器吸收的能量无法准确评价，也就无法去评价聚光器的性能。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有技术的缺陷，提出一种槽式聚光器太阳能能流测试装置。本发明结构紧凑，安装方便，测试精度高。

本发明包括主体部分、支撑部分和传动部分。所述的主体部分安装在支撑部分上，传动部分安装在主体部分上。

所述的主体部分由朗伯靶、能流计座和能流计组成，主体部分主的要功能是采集图像和数据。所述的支撑部分由端座、拖链安装座、线缆拖链和支撑杆构成，支撑部分主要功能是支撑主体部分和传动部分。所述的传动部分由滑轨、齿条、滑块、齿轮、联轴器、步进电机、齿轮支架和线管构成，传动部分主要功能是提供动力使主体部分在支撑部分上移动。

所述的主体部分安装在支撑部分的支撑杆上。所述的主体部分中，朗伯靶喷涂有表面涂层，朗伯靶安装在传动部分的齿轮支架上，位于能流计座正前方。能流计座安装在支撑杆上面，两个能流计安装在同一个能流计座上，同时工作采集数据。

所述的支撑部分中，第一端座和第二端座分别与五根支撑杆的两端固连，五根支撑杆和两个端座构成本发明测试装置的支架。第一端座和第二端座由支撑板和铝型材支撑座构成，结构相同。支撑板上安装有两行并列布置的铝型材支撑座，其中第一行的三个铝型材支撑座分别位于支撑板的两端和中间，第二行的两个铝型材支撑座分别安装在支撑板的两端；第二行的两个铝型材支撑座按照固定间距依次排列，与第一排外侧的两个铝型材支撑座垂直对齐。这五个铝型材支撑座分别固定连接五根支撑杆。拖链安装座安装在支撑板的第一行铝型材支撑座上，拖链安装座的一端与位于这一行中间的铝型材支撑座连接，拖链安装座的另一端与这一行外侧的一个铝型材支撑座连接。线缆拖链的一端与拖链安装座通过螺栓固定连接，线缆拖链的另外一端与传动部分的齿轮支架相连。能流计座跨装在第二行的两根支撑杆上，紧靠第一端座。

所述的传动部分中，两个滑轨分别安装在第一端座第一排两端的两根支撑杆上，齿条安装在位于这一排中间的支撑杆上。通过联轴器把齿轮与步进电机装配在一起，齿轮安装在齿轮支架上，使齿轮与齿条啮合。滑块跟齿轮支架装配在一起，滑块与滑轨配合，齿轮支架下端与朗伯靶支座通过螺栓进行连接。线管紧贴齿轮支架外侧，一端与齿轮支架侧面中间位置孔配合装配，另一端与齿轮支架下端孔配合。

所述的步进电机带动齿轮转动，驱动由齿轮、滑块、齿轮支架、线管、朗伯靶和线缆拖链构成的装配体在滑轨上移动，朗伯靶匀速平移过太阳光斑的焦点位置，同时安装在朗伯靶上专业相机记录每一个坐标位置的朗伯靶表面光斑图像，此光斑图像与能流计记录的数值对应，以能流计坐标位置的光斑图像为参考点，拟合出太阳能光斑能流分布图。

本发明采用齿轮-齿条啮合传动方式，其结构紧凑、传动效率高、精度高等优点。齿轮选用满足设计要求的标准碳钢齿轮，与齿轮啮合的齿条进行选配。

本发明有如下优点：第一，支撑架由5根支撑杆和两个端座构成，支撑架大部分加工件的材质选用铝合金，所以整个仪器总体重量轻、抗腐蚀性比普通钢材好、易维护、互换性高，并且外观视觉感好。第二，朗伯靶在测试过程中稳定移动，受环境风速的影响力很小，得到的测试结果更加精确。

本发明安装在槽式聚光器集热器聚焦轴线处，在安装集热器之前先安装本发明槽式聚光器太阳能能流测试仪，进行测量能流输入。

附图说明

图1槽式聚光器太阳能能流测试仪示意图；

图2传动部分局部放大示意图；

图3端板装配结构示意图；

图4夹紧块结构示意图；

图5朗伯靶结构示意图；

图6槽式聚光器太阳能能流测试仪安装示意图；

图中：1第一端座、2拖链安装座、3滑轨、4齿条、5滑块、6齿轮、7联轴器、8步进电机、9齿轮支架、10线缆拖链、11线管、12朗伯靶、13支撑杆、14能流计座、15能流计、16航空插头、17第二端座、18支撑板、19铝型材支座、20螺纹杆、21夹紧块、22朗伯板、23第一支撑座、24散热管一、25线管、26第二支撑、27防护管、28相机支座、29散热管二、30轴承盖、31轴承、32反射镜、33真空管支撑座板。

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。

本发明结构如图1所示。槽式聚光器太阳能能流测试仪由主体部分、支撑部分和传动部分，主体部分安装在支撑部分上，传动部分安装在主体部分上。

所述的主体部分由朗伯靶12、能流计座14和能流计15组成，主体部分的主要功能是采集图像和数据。所述的支撑部分由第一端座1、拖链安装座2、第二端座17、线缆拖链10和支撑杆13构成，支撑部分主要功能是支撑主体部分和传动部分。所述的传动部分由滑轨3、齿条4、滑块5、齿轮6、联轴器7、步进电机8、齿轮支架9和线管11构成，传动部分主要功能是提供动力使主体部分在支撑部分上移动。

所述的主体部分安装在支撑部分的支撑杆13上。所述的主体部分中，朗伯靶12喷涂有表面涂层，朗伯靶12安装在传动部分的齿轮支架9上，位于能流计座14的正前方。能流计座14安装在支撑杆13上面，紧靠第一端座1。能流计15安装在能流计座14上。

所述支撑部分中，第一端座1和第二端座17采用铝材制作。五根长度相同的支撑杆13的一端与第一端座1装配在一起，五根支撑杆13的另一端与第二端座17装配一起，构成了槽式聚光器太阳能能流测试仪的支撑架。所述的支撑部分中，第一端座1和第二端座17由支撑板18和铝型材支撑座19构成。支撑板18上安装有两行并列布置的铝型材支撑座19，第一行的三个铝型材支撑座19分别位于支撑板18的两端和中间；第二行的两个铝型材支撑座19分别安装在支撑板18的两端，这两个铝型材支撑座分别与第一行两端的两个铝型材支撑座在一个平面内。这五个铝型材支撑座19分别固定连接五根铝型材的支撑杆13，五根支撑杆13的一端安装第一端座1，另外一端安装第二端座17。五根支撑杆13、第一端座1和第二端座17构成测试仪器的支架。在第一端座1上安装一个拖链安装座2，拖链安装座2呈U型形状，拖链安装座2的一端与位于第一端座1上第一行中间的铝型材支撑座19连接，另外一端与第一行中间铝型材支撑座左边的铝型材支撑座19相连。线缆拖链10的一端与拖链安装座2通过螺栓固定连接，线缆拖链10的另外一端与传动部分的齿轮支架9相连。能流计座14跨装在第二行的两根支撑杆13上面。

图2为传动部分局部视图，所述的转动部分中，滑轨3安装在第一排支撑杆13上面，并根据支撑杆13安装实际长度选配滑轨3，滑轨3安装在这一排支撑杆13最外侧两根支撑杆上，其中安装于第一排中间铝型材支撑座的支撑杆安装有齿条4。所述滑块5安装在齿轮支架9下端，齿轮6通过联轴器7与步进电机8连接构成一体，安装在齿轮支架9第二个台阶位置。线缆拖链10一端固定在齿轮支架顶端，线管11的一端紧贴齿轮支架9外侧孔配合安装，另外一端向下延伸到和朗伯靶12装配，以上这些部件装配在一起构成一个整体。这一整体安装在滑轨3上，在滑轨3上来回往复运动。联轴器7连接步进电机8和齿轮6，步进电机8输出动力，驱动齿轮6带动所述的整体在齿条4上来回往复运动。所述线缆拖链10的一端与拖链安装座2固连一起，线缆拖链10的另一端与齿轮支架9固定连接。所述拖链安装座2呈U型形状，采用铝材质加工而成，安装在第一行铝型材安装座19上，位于支撑杆13上面，拖链安装座2的一端与位于这一行中间的铝型材支撑座固定相连，拖链安装座2的另一端与这一行最外侧的一个铝型材安装座19固定相连；所述朗伯靶12上第一支撑座23和第二支撑座26分别与齿轮支架9最下端通过螺栓连接；所述能流计座14采用铝材质机械加工制作，在其上面安装两个能流计15，用作参考点采集能流数据。所述航空插头16安装端座1上，测试过程中所有线缆通过保护套线缆拖链10汇集在一起连接到航空插头16上。

图3为第一端座1装配结构示意图。如图3所示，第一端座1和第二端座17由支撑板18、铝型材支座19、螺纹杆20和夹紧块21构成。所述支撑板18和铝型材支撑座19采用铝材质机械加工制作，铝型材支撑座19通过焊接方式固定在支撑板18上，成两行排列，第一行按照固定距离依次排列三个铝型材支撑座19，第二行的两个铝型材支撑座19按照固定间距依次排列，与第一排外侧两个铝型材支撑座19垂直对齐。

图4为螺纹杆20装配结构示意图，如图4为夹紧块结构示意图，由螺纹杆20、夹紧块21、轴承盖30和轴承31构成。螺纹杆20、夹紧块21和轴承盖30均采用铝材质机械加工制作。所述螺纹杆20前端与轴承31装配构成一个整体，安装在夹紧块21上，通过轴承盖30固定。轴承盖30套装在螺纹杆20上，通过螺钉与夹紧块21固定连接。螺纹杆20、夹紧块21、轴承盖30和轴承31组合在一起，安装到支撑板18上，构成第一端座1和第二端座17。

图5所示为朗伯靶结构示意图。如图5所示，朗伯靶12由朗伯板22、第一支撑座23、散热管一24、线管25、第二支撑26、防护管27、相机支座28和散热管二29构成；所的朗伯板22由铝材质加工而成，朝向相机支座28的一面为正面，喷涂有三氧化二铝涂层。朗伯板22的背面加工有卡槽，用于安装热管一24和热管二29。所述的热管一24和热管二29根据卡槽空间大小进行选配。所述的第一支撑座23和第二支撑座26采用铝材质加工制作，第一支撑座23和第二支撑座26焊接在朗伯板22背面,第一支撑座23位于防护管27的左侧，第二支撑座26位于防护管27的右侧；所述防护管27采用不锈钢钢管，并表面镀铬。防护管27的一端与朗伯板22正面长边焊接，防护管27的另外一端与相机支座28焊接；所述线管25采用不锈钢钢管，折弯为L形状，插入防护管27中间，线管25的一端与相机支座28齐平，线管25的另一端与朗伯板22背面贴合在一起。

图6所示为槽式聚光器太阳能能流测试仪安装示意图，槽式聚光器太阳能能流测试仪分别与槽式聚光器真空管支撑座板33通过夹紧装置安装，然后通过发射镜32作用，将太阳光聚焦在朗伯靶正表面，相机同时进行拍照，朗伯靶在真空管外侧进行往复移动，并采集照片。

Claims (4)

1.一种槽式聚光器太能能流测量仪，其特征在于，所述的测试仪器包括主体部分、支撑部分和传动部分，所述的主体部分为朗伯靶（12）、能流计座（14）和两个能流计（15）；所述朗伯靶（12）安装在能流计座（14）正前方；两个能流计（15）安装在同一个能流计座（14）上；能流计座（14）安装在支撑杆（13）上，紧靠第一端座（1）；所述的支撑部分由第一端座（1）、拖链安装座（2）、线缆拖链（10）、支撑杆（13）、第二端座（17）构成；所述支撑杆（13）的一端与第一端座（1）固连，所述支撑杆（13）的另一端与第二端座（17）固连；所述拖链安装座（2）安装于第一端座（1）上；所述线缆拖链（10）的一端与第一端座（1）相连，线缆拖链（10）的另一端与齿轮支架（9）相连；所述的传动部分由滑轨（3）、齿条（4）、滑块（5）、齿轮（6）、联轴器（7）、步进电机（8）、齿轮支架（9）和线管（11）构成；支撑杆（13）共有5根，所述两个滑轨（3）分别安装在两根支撑杆（13）上，所述齿条（4）安装在另一根支撑杆（13）上；所述齿轮（6）通过联轴器（7）与步进电机（8）连接，齿轮（60安装在齿轮支架（9）上；所述线管（11）紧贴齿轮支架（9）的外侧；所述的滑块（5）、联轴器（7）、步进电机（8）、齿轮支架（9）、线缆拖链（10）、线管（11）和朗伯靶（12）构成一个整体，通过步进电机（8）输出动力，驱动在滑轨（3）上往复移动。

2.按照权利要求1所述的槽式聚光器太能能流测量仪，其特征在于所述的支撑部分中，第一端座（1）和第二端座（17）由支撑板和铝型材支撑座构成，第一端座（1）和第二端座（17）的结构相同；支撑板上安装有两行并列布置的铝型材支撑座，其中第一行的三个铝型材支撑座分别位于支撑板的两端和中间，第二行的两个铝型材支撑座分别位于支撑板的两端；第二行的两个铝型材支撑座按照固定间距依次排列，与第一排外侧两个铝型材支撑座垂直对齐；五个铝型材支撑座分别固定连接五根支撑杆；在第一端座（1）上安装一个拖链安装座（2），拖链安装座（2）的一端与位于第一端座（1）上第一行中间的铝型材支撑座连接，拖链安装座（2）的另一端与第一行两端的两个中间铝型材支撑座中一个相连；线缆拖链（10）的一端与拖链安装座（2）通过螺栓固定连接，线缆拖链（10）的另外一端与传动部分的齿轮支架（9）相连。

3.按照权利要求1所述的槽式聚光器太阳能能流测量仪，其特征在于：所述的朗伯靶（12）由朗伯板（22）、第一支撑座（23）、第一散热管（24）、线管（25）、第二支撑座（26）、防护管（27）、相机支座（28）和第二散热管（29）构成；所的朗伯板（22）朝向相机支座（28）的一面为正面，正面喷涂有三氧化二铝涂层，朗伯板（22）的背面加工有卡槽，用于安装第一热管（24）和第二热管（29）；所述的第一支撑座（23）和第二支撑座（26）焊接在朗伯板（22）的背面；第一支撑座（23）位于防护管（27）的左侧，第二支撑座（26）位于防护管（27）的右侧；所述防护管（27）的一端与朗伯板（22）正面的长边焊接连接，防护管（27）的另外一端与相机支座（28）焊接连接；所述线管（25）折弯为L形状，插入防护管（27）中间；线管（25）的一端与相机支座（28）齐平，线管（25）的另一端与朗伯板（22）背面贴合在一起。

4.按照权利要求3所述的槽式聚光器太阳能能流测量仪，其特征在于：所述的防护管27采用不锈钢钢管，表面镀铬。

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