CN103437963B - 一种太阳能集风发电塔曲面套管 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳能集风发电塔曲面套管,曲面套管采用平滑过渡的回转自由曲面结构，两端开口,开口处圆柱段沿周向设有多个圆通孔,开口处底部沿圆形平面周向均布多个底部圆通孔；曲面套管安装在集热棚上部，集风通道与曲面套管固定连接，方便集风通道的升起和降落，从而避免被破坏；而且可以增强底部在超低压状态下的强度，以防止外部大气压对集风通道底部的破坏。曲面套管固定安装在集热棚和集风通道的连接处,发电机组通过支架的支撑作用安装在曲面套管中心部位，通过曲面套管的平滑连接和增加安装的发电机组,提高了太阳能集风发电塔系统做功能力和能量转换效率。

Description

一种太阳能集风发电塔曲面套管

技术领域

本发明属于新能源技术领域，具体地说,涉及一种太阳能集风发电塔曲面套管。

背景技术

集风塔太阳能热发电系统主要有聚光系统，吸热、换热系统，储热系统和发电系统四部分组成。其中，聚光系统包括反射镜、支撑结构、传动装置和跟踪控制系统，采用光—热—电的转化路线。即利用太阳辐射所产生的热能发电。由用集热棚将所吸收的热能转换为工质的蒸汽，然后由蒸汽驱动气轮机带动发电机发电。前一过程为光—热转换，后一过程为热—电转换。太阳能集风发电塔的结构包括集热棚、集风通道；集热棚内设气体上行通道，气体上行通道的向阳面的外侧设双层透光玻璃，内侧的底部设光吸收涂层，气体上行通道的最高处和大气相通；对流塔内设气体下行通道，气体下行通道底部设风轮机，气体下行通道顶部设冷风进口；气体上行通道的最低处与气体下行通道的最低处连通，风轮机的输出端与发电机的输入端连接。发明专利200810002820.9公开了一种超高烟囱造风发电装置。由集风通道、套管、集热棚、进风通道、风力发电机、温室，反射镜七大部分组成。集热棚通过套管与集风通道主体相连，基座底部设有一条与集风通道垂直的进风通道，进风通道可延伸数千米，在基座周围安装巨大的聚光反射镜，进风通道内部安装上百个风力发电机组。该装置的不足是，与底部垂直的进风通道使高温热气流经过时损失大量能量，而且很难调节集风通道的高度，降低了发电效率，并且发电机组安装在集热棚顶部的方式复杂，对上升的热气流造成流阻力，不但降低了发电效率而且不利于发电机组的检查维护。

发明内容

针对现有太阳能发电设备成本高、利用率低，以及风能发电设备利用率低的问题。本发明提出一种太阳能集风发电塔曲面套管。

曲面套管连接集风通道与集热棚，方便集风通道的升起和降落，当有过大风力时可以使集风通道随时降落，从而避免被破坏，而且可以增强底部在超低压状态下的强度，以防止外部大气压对集风通道底部的破坏。曲面套管位于集热棚和集风通道的连接处并通过支架的支撑作用安装发电机组，通过套管的曲面连接和增加的发电机组提高集风塔的能量转换效率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:曲面套管采用平滑过渡的回转自由曲面结构，两端开口,开口处圆柱段沿周向设有多个圆通孔,开口处底部沿圆形平面周向均布多个底部圆通孔；曲面套管位于集热棚上部，曲面套管中心轴与集热棚中心轴同轴；集风通道与曲面套管固连，发电机组通过支架安装在曲面套管中心部位,集风通道与曲面套管、发电机组同轴安装；曲面套管设计选择按曲面方程式进行:

$Z=C-{\left(\frac{{\mathrm{\η}}_{\mathrm{coll}}\×A_{\mathrm{coll}}\×G}{\mathrm{\π}{C}_p\×\mathrm{\ΔT}}\right)}^2\×\frac{1}{g{R}^4}$

其中:η_coll为集热棚效率，

A_coll为集热棚顶面的总面积m²，

G为太阳能辐射强度，单位W/m²，

C_p为空气定压比热容，J/(kg·℃)，

ΔT为曲面套管上任取两截面的温差℃，

R为曲面套管任意曲面截面的半径m，

Z为以曲面套管最低点为水平面的套管高度值m。

有益效果

本发明提出的一种太阳能集风发电塔曲面套管,根据管道进口断面收缩理论，其阻力系数与进口边缘相关，而流线型进口局部阻尼系数最小，减少气流通过时的能量损失，增大了高温气体从集热棚进入集风通道的局部流速，使得加速度的变化较为平缓，减小热气流通过连接处的冲击，并且经过路径是平滑过渡，提高了太阳能集风塔系统做功能力和能量转换效率。在曲面套管内安装发电机组方便整个集风塔发电装置的安装和控制，更方便发电机组进行维护。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明一种太阳能集风发电塔曲面套管作进一步的详细描述。

图1为太阳能集风发电塔结构示意图。

图2为本发明太阳能集风发电塔曲面套管示意图。

图3为本发明太阳能集风发电塔曲面套管俯视图。

图4为本发明太阳能集风发电塔曲面套管仰视图。

图5为本发明太阳能集风发电塔曲面套管轴测图。

图中:

1.集风通道2.发电机组3.曲面套管4.集热棚5.圆通孔

6.底部圆通孔

具体实施方案

本实施例是一种太阳能集风发电塔曲面套管。

参阅图1-图5，本发明太阳能集风发电塔曲面套管采用平滑过渡的回转自由曲面结构，曲面套管3两端开口,开口处圆柱段沿周向设有多个圆通孔5,开口处底部沿圆形平面周向均布多个底部圆通孔6；曲面套管3位于集热棚4上部，曲面套管3中心轴与集热棚4中心轴同轴；集风通道1与曲面套管3固连，发电机组2通过支架安装在曲面套管3中心部位,集风通道1与曲面套管3、发电机组2同轴安装；曲面套管设计选择按曲面方程式进行:

$Z=C-{\left(\frac{{\mathrm{\η}}_{\mathrm{coll}}\×A_{\mathrm{coll}}\×G}{\mathrm{\π}{C}_p\×\mathrm{\ΔT}}\right)}^2\×\frac{1}{g{R}^4}$

其中:η_coll为集热棚效率，

A_coll为集热棚顶面的总面积m²，

G为太阳能辐射强度，单位W/m²，

C_p为空气定压比热容，J/(kg·℃)，

ΔT为曲面套管上任取两截面的温差℃，

R为曲面套管任意曲面截面的半径m，

Z为以曲面套管最低点为水平面的套管高度值m。

当太阳能集风发电塔建成后造风发电；在发电塔不发电时可以利用外电源，发电后由自身提供。在曲面套管3安装风力发电机的位置通过支架进行安装，使发电机的中轴线与水平面垂直。从而保证发电时只有发电机组2中轴竖立在进风通道中，不对空气产生阻力。当集风通道1顶部的排气口打开后，利用集热棚4内的聚光反射镜吸收阳光加热内部空气，从而在发电塔内部形成高速上升的热气流。大量热空气从排气口向下喷出，会造成顶部气压降低发电塔底部空气大量上升，带动进风通道内的空气以每秒50-80米的速度流通，强气流推动发电机叶片高速旋转，发出电力。热空气在通过叶片时只是一个动能和势能的相互转化过程，发电机叶片在旋转作功的同时也改变了空气前后的气压差，这个气压差反而会成为空气通过叶片后加速运动的动力。集风塔在正常工作时，其顶部空气的喷出量越大，发电塔内部的空气流速越高。风力发电机发电时对空气形成的阻力，会增加空气加热室与外部空气之间的气压差，气压差的增加又成为空气在进风通道高速流通的动力。在实际应用中，垂直的进风口会对热空气造成大量的阻力，因此造成能量损失，曲面套管3在一定程度上解决了热空气进入集风通道造成能量损失的问题。太阳能集风发电塔安装时，首先通过集热棚内的钢筋柱支撑地面从而保证进风口和地面保持一定的距离，使气流顺利进入集热棚，其次在套管内部中心位置通过支架安装叶片发电机组，安装风力发电机的位置是在曲面套管3的进风处采用支架支撑。然后在集热棚底部中心安装带有发电机组的曲面套管3，通过曲面套管3底部的底部圆通孔和集热棚顶部的通孔连接从而固定曲面套管3，最后在曲面套管3顶部与集风通道的外壁面通过圆通孔固定连接，曲面套管3中心与集风通道1中心重合。从而保证集风通道直立，使热气流的通过集风通道时的流速提升。

本发明太阳能集风发电塔曲面套管起到了连接集风通道和集热棚的作用，并且保证了热空气从集热棚进入集风通道过程中路径是平滑过渡，保持加速度变化平缓。曲面套管由高强度水泥和增强纤维制成，曲面套管外观几何形状为平滑过渡的回转自由曲面结构，为了尽可能的实现减少能量损失，在曲面套管的设计中考虑到了套管曲面设计的最优化。

Claims (1)

1.一种太阳能集风发电塔曲面套管，其特征在于:曲面套管采用平滑过渡的回转自由曲面结构，两端开口,开口处圆柱段沿周向设有多个圆通孔,开口处底部沿圆形平面周向均布多个底部圆通孔；曲面套管位于集热棚上部，曲面套管中心轴与集热棚中心轴同轴；集风通道与曲面套管固连，发电机组通过支架安装在曲面套管中心部位,集风通道与曲面套管、发电机组同轴安装；曲面套管设计选择按曲面方程式进行:

其中:η_coll为集热棚效率，

A_coll为集热棚顶面的总面积m²，

G为太阳能辐射强度，单位W/m²，

C_p为空气定压比热容，J/(kg·℃)，

ΔT为曲面套管上任取两截面的温差℃，

R为曲面套管任意曲面截面的半径m，

Z为以曲面套管最低点为水平面的套管高度值m，

C为曲面套管最低点的数值。