CN103727689B - 一种可有效降低镜场风抗的防风装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可有效降低镜场风抗的防风装置，防风装置环绕在一定日镜镜场周围，包括若干立柱、网格状支架以及防风抑尘网，若干立柱固定连接网格状支架，并垂直固定在地面上，将网格状支架垂直支撑在地面上，在网格状支架上固定覆盖有至少一层的防风抑尘网。本发明还涉及一种可有效降低镜场风抗的防风方法，改变若干位置点的网格状支架的高度，分别测出在若干位置点上设置防风装置后，镜场边缘定日镜所承受的风抗合力矩M；等量改变所述网格状支架的高度并重复上述的方法，测出镜场边缘定日镜所承受的风抗合力矩M；比较得出网格状支架的最优高度以及防风装置到镜场边缘定日镜的最优距离。

Description

一种可有效降低镜场风抗的防风装置及方法

技术领域

本发明涉及一种防风装置及方法，尤其涉及一种可有效降低太阳能定日镜镜场风抗的防风装置及其方法。

背景技术

塔式太阳能热发电技术是一种先进、高效的发电技术，因其能提供可靠、相对高效的绿色清洁替代能源而逐渐被人们关注。与国外相比，我国的太阳能热发电技术一直处于落后状态，但近几年来，国内多家企业和科研机构加强了这方面的研究。目前，大力发展塔式太阳能热发电技术已被列入国家中长期科学和技术发展规划的重要研究任务中。

定日镜是太阳能热发电系统中能量转化过程中非常重要的设备。在定日镜场中，通常密集布置了成千上万个定日镜，而每个定日镜由镜面、镜架、跟踪传动机构及其控制系统等组成，用于跟踪接收并反射太阳光进入位于接收塔顶部的集热器内。其中传动部件在保证镜面聚光定位精度高，机械强度大的前提下，保持定日镜运行稳定，一般传动部件在定日镜成本中大约占了其总成本的50%，是直接导致定日镜的单价成本较高的主要因素。目前实际建成的定日镜场中主要存在的问题：

第一，定日镜场没有防风功能的装置，导致定日镜用钢量增加，对定日镜传动部件和镜架的刚性要求提高，同时增加了定日镜的制造成本。

第二，一般定日镜场都建设在高原沙漠的偏僻地带，没有防风装置的镜场内定日镜表面的灰尘较多，受风沙影响较大，不仅使镜场边缘定日镜的稳定性降低，而且定日镜反射光斑的能量也会因此而减少，这将导致定日镜使用寿命缩短，以及定日镜清洗频率提高，增加定日镜的维护成本。

第三，专利WO2012014153A2公开一种控制太阳跟踪系统降低风抗的方法，通过利用将镜场中的边缘定日镜调整到挡风状态来实现降低整个镜场风抗的目的。所述方法不仅防风成本投入过大，不利于镜场运营，而且防风效果也不理想，不利于推广使用。

总之，随着定日镜镜场的不断优化过程，对定日镜的防风装置的设置势在必行，因此一种低成本、高性能的防风装置的发明对于解决上述问题具有重大意义。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种可有效降低镜场风抗的防风装置，能够有效减少定日镜表面因风力带来的载荷，降低传动部件成本，从而降低定日镜及定日镜场的造价。

本发明的第二目的在于提供一种可有效降低镜场风抗的防风方法，通过选择设置防风装置与定日镜镜场的距离以及防风装置的高度，进一步地减少定日镜表面因风力带来的载荷，降低传动部件成本，降低定日镜及定日镜场的造价。

为了实现上述第一目的，本发明提供了一种可有效降低镜场风抗的防风装置，所述防风装置环绕设置在一定日镜镜场周围，包括若干立柱、网格状支架以及防风抑尘网，其中，所述若干立柱固定连接所述网格状支架，并垂直固定在地面上，将所述网格状支架垂直支撑在地面上，在所述网格状支架上固定覆盖有至少一层的防风抑尘网。

作为优选地，所述防风抑尘网的开孔率为20%-40%。

作为优选地，所述立柱的高度高出所述网格状支架10cm。

较佳地，所述防风装置采用两层的防风抑尘网。

作为优选地，设定所述网格状支架的高度与所述防风装置到镜场边缘定日镜的距离，使所述定日镜镜场中定日镜受到风抗合力矩在传动部件承载范围内。

为了实现上述第二目的，本发明还提供了一种可有效降低镜场风抗的防风方法，利用上述的一种可有效降低镜场风抗的防风装置进行防风，包括以下步骤：

S1：预设所述定日镜镜场的定日镜面积为S、所述网格状支架的高度H0、平均风速V，在所述防风装置到镜场边缘定日镜的距离L方向上等间隔地取得若干位置点，分别测出在所述若干位置点上设置所述防风装置后，镜场边缘定日镜所承受的风抗合力矩M；

S2：改变所述若干位置点的所述网格状支架的高度至H1，分别测出在所述若干位置点上设置所述防风装置后，镜场边缘定日镜所承受的风抗合力矩M；

S3：等量改变所述网格状支架的高度并重复S2中的方法，依次测出防风装置高度为H2=2H1-H0，H3=3H1-2H0，H4=4H1-3H0……时，在所述若干位置点上设置所述防风装置后，镜场边缘定日镜所承受的风抗合力矩M；

S4：通过将S1-S3得到的风抗合力矩M，比较得出所述网格状支架的最优高度以及所述防风装置到镜场边缘定日镜的最优距离。

作为优选地，S1中还包括，得出所述网格状支架的高度为H0时，所述镜场边缘定日镜所承受的风抗合力矩M随所述防风装置到镜场边缘定日镜的距离L变化的点阵图。

作为优选地，S2中还包括，得出所述网格状支架的高度为H1时，所述镜场边缘定日镜所承受的风抗合力矩M随所述防风装置到镜场边缘定日镜的距离L变化的点阵图。

作为优选地，S3中还包括，依次得出防风装置高度为H2=2H1-H0，H3=3H1-2H0，H4=4H1-3H0……时，所述镜场边缘定日镜所承受的风抗合力矩M随所述防风装置到镜场边缘定日镜的距离L变化的点阵图。

作为优选地，S4中还包括:

S41通过将S1-S3得到的点阵图拟合得到一幅三维合力矩点阵图;

S42在所述三维合力矩点阵图中取得所述镜场边缘定日镜所承受的风抗合力矩M在传动部件承载范围内的部分点阵图;

S43根据分析土地利用率、防风墙建设成本以及清洗车辆通道宽度，在所述部分点阵图中找出所述网格状支架的最优高度以及所述防风装置到镜场边缘定日镜的最优距离。

本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

（1）一种可有效降低镜场风抗的防风装置，在镜场周边搭建防风装置，能够有效减少定日镜表面因风力带来的载荷，降低传动部件成本，从而降低定日镜及定日镜场的造价，同时保证镜面聚光定位精度高，定日镜运行稳定；

（2）一种可有效降低镜场风抗的防风方法，通过选择设置防风装置与定日镜镜场的距离以及防风装置的高度，在镜场周边搭建防风装置，能够进一步地减少定日镜表面因风力带来的载荷，降低传动部件成本，从而降低定日镜及定日镜场的造价，同时保证镜面聚光定位精度高，定日镜运行稳定；

（3）一种可有效降低镜场风抗的防风装置及其方法，能够防止沙尘的飞扬，减少因风沙导致的定日镜表面灰尘，从而减少定日镜的清洗次数，降低因清洗镜面产生的用水量。

附图说明

图1为本发明实施例一中的设置布局图；

图2为本发明实施例一中定日镜高度角以及方位角的位置；

图3为本发明实施例一中正方形网格的结构示意图；

图4为本发明实施例一中平行四边形网格的结构示意图；

图5为本发明实施例一中六边形网格的结构示意图；

图6为本发明实施例二网格状支架的高度为2.5m时，风抗合力矩M随到镜场边缘定日镜的距离L变化的点阵折线图；

图7为本发明实施例二网格状支架的高度为3.0m时，风抗合力矩M随到镜场边缘定日镜的距离L变化的点阵折线图；

图8为本发明实施例二网格状支架的高度为3.5m时，风抗合力矩M随到镜场边缘定日镜的距离L变化的点阵折线图；

图9为本发明实施例二网格状支架的高度为4.0m时，风抗合力矩M随到镜场边缘定日镜的距离L变化的点阵折线图；

图10为本发明实施例二中三维合力矩点阵曲面图;

图11为本发明提供的一种可有效降低镜场风抗的防风方法的流程图。

具体实施方式

下面参照附图和具体实施例来进一步说明本发明。

参见出本发明实施例的附图，下文将更详细地描述本发明。然而，本发明可以以许多不同形式实现，并且不应解释为受在此提出之实施例的限制。相反，提出这些实施例是为了达成充分及完整公开，并且使本技术领域的技术人员完全了解本发明的范围。

实施例一

附图3-5为本发明一种可有效降低镜场风抗的防风装置的结构示意图，以下详细描述本发明提供的一种可有效降低镜场风抗的防风装置。

图1为本发明实施例所述定日镜防风装置在镜场中的设置布局图，镜场内的定日镜2通过反射太阳光线到吸热器1来收集太阳能，环境中风力对定日镜的传动部件影响较大，本发明设计一种可有效降低镜场风抗的防风装置3，通过在镜场边缘附近设置一道防风装置，阻挡镜场外围风力，提高定日镜稳定性，降低定日镜制造成本。

防风装置环绕在一定日镜镜场周围，包括若干立柱、网格状支架以及防风抑尘网，其中，若干立柱固定连接网格状支架，并垂直固定在地面上，将网格状支架垂直支撑在地面上，图3中防风装置网格状支架由正方形网格4组成；图4中防风装置网格状支架由平行四边形网格6组成；图5中防风装置网格状支架由正六边形网格8组成，但不限于此，网面轮廓还可为其它多边形。为减少用钢量，网格状支架的网格可适当加大。各分段网格分别由立柱5、7、9支撑。在网格状支架上固定覆盖有至少一层的防风抑尘网，在风沙较大的地区可以覆盖双层或多层防风墙以增强防风抑尘效果。防风抑尘网可以由高密度聚乙烯和/或高密度聚丙烯作为原料的柔性材料制成，也可以由低碳钢板、镀锌板、彩涂钢板、铝镁合金板或不锈钢板等刚性材料制成。防风抑尘网的开孔率为20%-40%。其中双层网抑尘率可达95%以上，最大限度地衰减来流风的动能，降低其起尘和携尘能力，从而达到抑制扬尘的效果，综合挡风抑尘率可达80%以上，已经作为抑制扬尘污染的主要应用材料。立柱的高度高出网格状支架10cm。设定防风装置高度即为网格状支架的高度与防风装置到镜场边缘定日镜的距离使定日镜镜场中定日镜受到风抗合力矩在传动部件承载范围内。

实施例二

如附图1-2,6-11所示，以下本发明提供的一种可有效降低镜场风抗的防风方法的较佳实施例，包括以下步骤：

S1：预设定日镜镜场的定日镜面积为S=19m²、定日镜宽度为4.75、高度为4m、网格状支架的高度H0=2.5m、环境风速V=14m/s，定日镜高度角θ_t为90度，方位角θ_z为0度的条件下，在防风装置到镜场边缘定日镜的距离L方向上等间隔地取得若干位置点，分别测出在若干位置点上设置防风装置后，镜场边缘定日镜所承受的风抗合力矩M。得出防风装置高度为2.5m时，镜场边缘定日镜所承受的风抗合力矩M随防风装置到镜场边缘定日镜的距离L变化的点阵折线图，如图6所示。

存在防风装置时，定日镜的合力矩随高度角的变化小于50Nm，定日镜合力矩的值受方位角的影响也很小，均小于50Nm。故，在对合力矩大小进行测定时，可以选择固定的定日镜高度角以及方位角。

S2：改变若干位置点的网格状支架的高度至3m，分别测出在若干位置点上设置防风装置后，镜场边缘定日镜所承受的风抗合力矩M，得出网格状支架的高度为3m时，镜场边缘定日镜所承受的风抗合力矩M随防风装置到镜场边缘定日镜的距离L变化的点阵折线图，如图7所示。

S3：等量改变网格状支架的高度并重复S2中的方法，依次测出网格状支架的高度为3.5m，4m……时，在若干位置点上设置防风装置后，镜场边缘定日镜所承受的风抗合力矩M；

依次得出网格状支架的高度为3.5m，4m……时，镜场边缘定日镜所承受的风抗合力矩M随防风装置到镜场边缘定日镜的距离L变化的点阵折线图，如图8-9所示。

S41：通过将S1-S3得到的风抗合力矩M，将S1-S3得到的点阵折线图拟合得到一幅定日镜合力矩M随网格状支架的高度H、防风装置到边缘定日镜距离L变化的三维合力矩点阵曲面图，从图中可以直观地获取符合建设条件的防风装置参数。

S42在三维合力矩点阵图中取得镜场边缘定日镜所承受的风抗合力矩M在传动部件承载范围内的部分点阵图;

S43根据分析土地利用率、防风墙建设成本以及清洗车辆通道宽度，在部分点阵图中找出网格状支架的最优高度以及防风装置到镜场边缘定日镜的最优距离。

针对具体定日镜尺寸，通过上述方式，可以获得设置防风装置的最优位置以及网格状支架的最优高度。在本实施例中，考虑到防风装置建设成本，定日镜高度为4m，则网格状支架高度选择在2～4m之间，考虑土地利用率、以及清洗车辆通道宽度等因素，假设清洗车辆通道宽度为5m，选择防风装置离边缘定日镜距离L应为大于5m，则根据图10中曲面，为了使边缘定日镜承受的力矩更小，取L=6m处曲线分析，可见在墙高大于3m时，边缘定日镜所受力矩基本已保持不变，故此时为提高土地利用率，最优网格状支架高度H为3m，离边缘定日镜的最优距离为6m。

上述公开的仅为本发明的具体实施例，该实施例只为更清楚的说明本发明所用，而并非对本发明的限定，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在保护范围内。

Claims (9)

1.一种可有效降低镜场风抗的防风装置，其特征在于，所述防风装置环绕设置在一定日镜镜场周围，包括若干立柱、网格状支架以及防风抑尘网，其中，所述若干立柱固定连接所述网格状支架，并垂直固定在地面上，将所述网格状支架垂直支撑在地面上，在所述网格状支架上固定覆盖有至少一层的防风抑尘网；

设定所述网格状支架的高度与所述防风装置到镜场边缘定日镜的距离，使所述定日镜镜场中定日镜受到风抗合力矩在传动部件承载范围内。

2.如权利要求1所述的一种可有效降低镜场风抗的防风装置，其特征在于，所述防风抑尘网的开孔率为20％-40％。

3.如权利要求1所述的一种可有效降低镜场风抗的防风装置，其特征在于，所述立柱的高度高出所述网格状支架10cm。

4.如权利要求1所述的一种可有效降低镜场风抗的防风装置，其特征在于，所述防风装置采用两层的防风抑尘网。

5.一种可有效降低镜场风抗的防风方法，其特征在于，利用权利要求1所述一种可有效降低镜场风抗的防风装置进行防风，包括以下步骤：

S1：预设所述定日镜镜场的定日镜面积为S、所述网格状支架的高度H0、平均风速V，在所述防风装置到镜场边缘定日镜的距离L方向上等间隔地取得若干位置点，分别测出在所述若干位置点上设置所述防风装置后，镜场边缘定日镜所承受的风抗合力矩M；

S2：改变所述若干位置点的所述网格状支架的高度至H1，分别测出在所述若干位置点上设置所述防风装置后，镜场边缘定日镜所承受的风抗合力矩M；

S3：等量改变所述网格状支架的高度并重复S2中的方法，依次测出防风装置高度为H2＝2H1-H0，H3＝3H1-2H0，H4＝4H1-3H0……时，在所述若干位置点上设置所述防风装置后，镜场边缘定日镜所承受的风抗合力矩M；

S4：通过将S1-S3得到的风抗合力矩M，比较得出所述网格状支架的最优高度以及所述防风装置到镜场边缘定日镜的最优距离。

6.如权利要求5所述的一种可有效降低镜场风抗的防风方法，其特征在于，S1中还包括，得出所述网格状支架的高度为H0时，所述镜场边缘定日镜所承受的风抗合力矩M随所述防风装置到镜场边缘定日镜的距离L变化的点阵图。

7.如权利要求6所述的一种可有效降低镜场风抗的防风方法，其特征在于，S2中还包括，得出所述网格状支架的高度为H1时，所述镜场边缘定日镜所承受的风抗合力矩M随所述防风装置到镜场边缘定日镜的距离L变化的点阵图。

8.如权利要求7所述的一种可有效降低镜场风抗的防风方法，其特征在于，S3中还包括，依次得出防风装置高度为H2＝2H1-H0，H3＝3H1-2H0，H4＝4H1-3H0……时，所述镜场边缘定日镜所承受的风抗合力矩M随所述防风装置到镜场边缘定日镜的距离L变化的点阵图。

9.如权利要求8所述的一种可有效降低镜场风抗的防风方法，其特征在于，S4中还包括:

S41通过将S1-S3得到的点阵图拟合得到一幅三维合力矩点阵图；

S42在所述三维合力矩点阵图中取得所述镜场边缘定日镜所承受的风抗合力矩M在传动部件承载范围内的部分点阵图；

S43根据分析土地利用率、防风墙建设成本以及清洗车辆通道宽度，在所述部分点阵图中找出所述网格状支架的最优高度以及所述防风装置到镜场边缘定日镜的最优距离。