CN103727694B - 一种网架型槽式聚光器支撑装置 - Google Patents

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Abstract

一种网架型槽式聚光器支撑装置，包括单列支架、上弦杆连接杆件组（5）、下弦杆连接杆件组（6）、钢板（8）和格构柱（9）；单列支架为槽式聚光器反射镜的每一纵向子镜列的支撑支架；多个单列支架通过上弦杆连接杆件组（5）和下弦杆连接杆件组（6）的连接构成整体支架；所述的钢板（8）为两块梯形钢板，分别位于整体支架的两端，与整体支架两端的上弦杆连接杆组和下弦杆连接杆组的弦杆连接杆件焊接成一体；所述的格构柱（9）为多根杆件组装为一体的两个格构式立柱，分别位于所述钢板的外侧。

Description

一种网架型槽式聚光器支撑装置
技术领域
本发明涉及一种太阳能热发电设备的槽式聚光器支撑装置，特别涉及一种单向受力的网架型槽式聚光器支撑装置。
背景技术
槽式太阳能热发电是目前全球商业化运行电站中占比最多的技术。槽式太阳能热发电系统采用向一个方向弯曲的抛物线型槽式反射镜面将太阳光聚焦到位于焦线的吸热管上，使管内的传热工质（油或水）加热至一定温度，然后经热交换器产生蒸汽，为热发电、海水淡化、空调和工业生产等提供热能。槽式聚光器包括反射镜、吸热管、驱动控制装置和支撑装置。目前，主要存在两种形式的槽式聚光器支撑装置：一种是空间桁架结构，如WO2011/011728和US2011/0094502，该支撑结构由许多杆件连接成一个连续的呈空间结构的支撑装置。一种是由中央主梁和支臂组合而成的支撑结构，比较有代表性的是DE202010001474和DE102009039021公开的扭矩管加支臂和WO2011/154567和US2013/0141807公开的扭矩箱加支臂两种形式。在相同用钢量的条件下，扭矩箱结构比扭矩管结构具有更大的抗扭刚度，但是扭矩箱结构的用钢量仍然较大。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的用钢量相对较大的缺点，提供一种单向受力的网架型槽式聚光器支撑装置。本发明的网架支撑装置沿跨度方向布置，为超静定空间结构，在跨度方向具有极大的抗扭刚度；在低用钢量的基础上，能够保证整个聚光器系统的30年有效使用寿命；并且这种支撑装置的杆件加工简单，成本低，安装便利，能够保证反射镜面型精度。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案:
本发明槽式聚光器支撑装置包括单列支架、上弦杆连接杆件组、下弦杆连接杆件组、钢板和格构柱。
单列支架为槽式聚光器反射镜的每一纵向子镜列的支撑支架。多个单列支架通过上弦杆连接杆件组和下弦杆连接杆件组的连接构成整体支架。所述的钢板为两块梯形钢板，分别位于整体支架的两端，与整体支架两端的上弦杆连接杆和下弦杆连接杆焊接成一体。所述的格构柱为多根杆件组装为一体的两个格构式立柱，分别位于所述钢板的外侧。
所述的单列支架包括镜面连接杆件组、上弦杆件组、腹杆件组、下弦杆件组和球节点。所述的镜面连接杆件组由多根镜面连接杆组成，镜面连接杆的作用是将反射镜的子镜固定连接在聚光器支撑装置上。镜面连接杆的一端支撑在反射镜子镜镜面上，采用胶粘连接方式，另一端与上弦杆件组的杆件连接，采用铆接、焊接或螺栓连接方式。所述的上弦杆件组是由多根上弦杆组装成的曲面桁架，所述的曲面桁架的曲面斜率与反射镜的抛物面斜率相等，从而使得所述的上弦杆件组能够与反射镜在同一曲面中通过镜面连接杆进行多点支撑连接。所述的腹杆件组是由多根腹杆组成，所述的下弦杆件组是由1根下弦杆组成。多根腹杆的一端连接在下弦杆的端部，在此连接点位置处安装有薄壁空心钢球体，腹杆的另一端连接在上弦杆的杆件交点位置，所述的腹杆位于上弦杆和下弦杆之间，腹杆的作用是使得上弦杆、下弦杆和腹杆共同连接成一个空间结构受力整体，便于合理传递和承受反射镜面承受的风压荷载，连接方式采用用铆接、焊接或螺栓连接。所述的下弦杆的两端分别连接位于腹杆、下弦杆和下弦杆连接杆的交点位置的上下两个球节点。所述的球节点为薄壁空心钢球体，用于将腹杆、下弦杆和下弦杆连接杆连接为一体，增大连接点的刚度和强度，连接方式为焊接或螺栓连接。
所述的上弦杆连接杆件组和下弦杆连接杆件组均由多根弦杆连接杆件组成。上弦杆连接杆件组用于将各个单列支架的上弦杆连接为一体，下弦杆连接杆件组将各个单列支架的下弦杆连接为一体，上弦杆连接杆件组和下弦杆连接杆件组的作用是连接各个单列支架，由多个单列支架共同构成整体支架。
所述的钢板为两块梯形钢板，分别位于整体支架的两端，与整体支架两端的上弦杆连接杆和下弦杆连接杆焊接成一体。
所述的格构柱为多根杆件组装为一体的两个格构式立柱，分别位于所述钢板的外侧，所述的格构柱上端安装有液压驱动控制装置，液压驱动控制装置同所述钢板进行连接，连接方式为铆接、焊接或螺栓连接，从而将液压驱动控制装置同整体支架连接为一体，整个聚光器系统通过液压驱动控制装置的驱动，带动整体支架及其支撑的反射镜的俯仰对日单轴跟踪旋转。
所述的杆件均是截面闭合或截面非闭合的钢结构薄壁件。所述的杆件、球节点和钢板均进行了表面热镀锌处理。
本发明具有如下特点：
第一，槽式聚光器所具有的开口尺寸相对小：2.5米到7.5米，跨度尺寸相对大：50米到240米，为跨度尺寸远大于反射镜开口尺寸的结构型体，为沿跨度方向受力和传力的结构，主要受到风荷载导致的扭矩作用，针对这些特点，本发明采用单向受力的网架型结构体系，沿跨度方向布置，为超静定空间结构，在跨度方向具有极大的抗扭刚度，能够保证大风下的槽式聚光器的正常工作，并且能最大限度地节省用钢量。
第二，所有杆件表面均进行了表面热镀锌的防腐处理，为常规的截面闭合或截面非闭合的型钢薄壁件，其中上弦杆根据反射镜的抛物线曲率进行了弯制；杆件连接可采用铆接、焊接或螺栓连接方式。对于大规模聚光器场来说，具备了杆件加工简便，杆件安装便利的特点，进而能够极大缩短聚光器场的加工和安装工期。
附图说明
图1是槽式聚光器支撑装置的结构三维示意图；
图2是槽式聚光器支撑装置的结构后视图；
图3是槽式聚光器支撑装置的结构左视图；
图4是单列支架的结构示意图；
图5是单列支架的镜面连接杆件组和上弦杆件组的示意图；
图6是单列支架的腹杆件组和下弦杆件组和球节点的位置关系示意图；
图7是整体支架的结构示意图；
图8是上弦杆连接杆和下弦杆连接杆的组合示意图；
图中：1镜面连接杆件组、2上弦杆件组、3腹杆件组、4下弦杆件组、5上弦杆连接杆件组、6下弦杆连接杆件组、7球节点、8钢板、9格构柱、10反射镜、11液压驱动控制装置、12上弦杆件组的直杆、13上弦杆件组的弯杆。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
本发明实施例是槽式太阳能热发电系统中的网架型槽式聚光器支撑装置。
本发明实施例的整体结构如图1、图2和图3所示。槽式聚光器支撑装置包括单列支架、上弦杆连接杆件组5、下弦杆连接杆件组6、钢板8和格构柱9。7个单列支架通过上弦杆连接杆件组5和下弦杆连接杆件组6的连接构成整体支架。所述的钢板8为两块梯形钢板，分别位于整体支架的两端，与整体支架两端的上弦杆连接杆组和下弦杆连接杆组的弦杆连接杆件焊接成一体。所述的格构柱9为20根杆件组装为一体的两个格构式立柱，分别位于所述钢板8的外侧。
单列支架为反射镜10的每一纵向子镜列的支撑支架。所述的反射镜10的子镜呈矩阵排列，根据各自面型的不同，定位在矩阵的不同位置，共同排列成完整的抛物面曲面，即反射镜面；并且通过镜面连接杆件组1的点支撑连接，将反射镜10的各个子镜与聚光器支撑装置连接为一体。
单列支架包括镜面连接杆件组1、上弦杆件组2、腹杆件组3、下弦杆件组4和球节点7。所述的上弦杆件组2是由20根上弦杆组装成的曲面桁架，包括12根构成三角形网格结构的直杆12和8根弯制成抛物线曲线的弯杆13，12根直杆12分别用于将纵向的每一个子镜上的3根镜面连接杆进行相互之间的连接，构成4个三角形网格，从而加强单个子镜的抗风刚度，8根弯杆13的曲线斜率与反射镜的抛物面斜率是相等的，用于将纵向各个子镜的镜面连接杆进行相互之间的纵向连接，从而将纵向各个子镜连接为一体，加强纵向子镜列的抗风刚度，所述的上弦杆件组成的曲面桁架能够与反射镜在同一抛物曲面中通过镜面连接杆进行多点支撑连接。所述的腹杆件组3是由8根腹杆组成，腹杆的一端连接在下弦杆的端部，在此连接点位置处安装有薄壁空心钢球体，腹杆的另一端连接在上弦杆的杆件交点位置，所述的腹杆位于上弦杆和下弦杆之间，它的作用是使得上弦杆、下弦杆和腹杆共同连接成一个空间结构受力整体。所述的下弦杆件组4是由1根下弦杆组成，它的两端分别连接位于腹杆、下弦杆和下弦杆连接杆的交点位置的上下两个球节点7。所述的球节点7为薄壁空心钢球体，用于将腹杆和下弦杆和下弦杆连接杆连接为一体。
由镜面连接杆件组1、上弦杆件组2、腹杆件组3、下弦杆件组4和球节点7共同构成的单列支架的结构如图4所示；其中，单列支架的镜面连接杆件组1和上弦杆件组2的连接方式如图5所示，单列支架的腹杆件组和下弦杆件组和球节点的位置关系如图6所示。
所述的上弦杆连接杆件组5用于连接各个单列支架的上弦杆件组2，下弦杆连接杆件组6用于连接各个单列支架的上下弦杆件组4，从而将7个单列支架连接成一体的整体支架，如图7所示。图8所示为上弦杆连接杆件组5和下弦杆连接杆件组6的组合示意图。
所述的钢板8为两块梯形钢板，分别位于整体支架的两端，与整体支架两端的上弦杆连接杆和下弦杆连接杆焊接成一体。所述的格构柱9分别为20根杆件组装为一体的两个格构式立柱，两个格构式立柱分别位于所述钢板8的外侧。所述的格构柱9上端安装有液压驱动控制装置11，液压驱动控制装置11同所述钢板8进行连接，从而将液压驱动控制装置11同整体支架连接为一体，整个聚光器系统通过液压驱动控制装置11的驱动，带动整体支架及其支撑的反射镜10的俯仰对日单轴跟踪旋转。
槽式聚光器的跨度尺寸远远大于其开口尺寸，为典型的跨度方向的单向受力结构，因此，结构型体沿跨度方向的刚度应远远大于其沿开口方向的刚度，本发明的单向受力的网架支撑正是满足上述条件的结构型体。

Claims (3)

1.一种网架型槽式聚光器支撑装置，其特征在于：所述的支撑装置包括单列支架、上弦杆连接杆件组（5）、下弦杆连接杆件组（6）、钢板（8）和格构柱（9）；单列支架为槽式聚光器反射镜的每一纵向子镜列的支撑支架；多个单列支架通过上弦杆连接杆件组（5）和下弦杆连接杆件组（6）的连接构成空间受力的网架结构，所述的网架结构为超静定空间结构，沿槽式聚光器的跨度方向布置；所述的钢板（8）为两块梯形钢板，分别位于整体支架的两端，与整体支架两端的上弦杆连接杆组和下弦杆连接杆组的弦杆连接杆件焊接成一体；所述的格构柱（9）为多根杆件组装为一体的两个格构式立柱，分别位于所述钢板的外侧；
所述的单列支架包括镜面连接杆件组（1）、上弦杆件组（2）、腹杆件组（3）、下弦杆件组（4）和球节点（7）；所述的镜面连接杆件组（1）由多根镜面连接杆组成，镜面连接杆将反射镜的子镜固定连接在所述的聚光器支撑装置上；镜面连接杆的一端支撑在反射镜子镜镜面上，另一端与上弦杆件组的杆件连接；所述的上弦杆件组（2）是由多根上弦杆组装成的曲面桁架，所述的曲面桁架的曲面斜率与反射镜（10）的抛物面斜率相等；所述的腹杆件组（3）由多根腹杆组成，所述的下弦杆件组（4）是由1根下弦杆组成；多根腹杆的一端连接在下弦杆的端部，在此连接点位置处安装有薄壁空心钢球体，腹杆的另一端连接在上弦杆的杆件交点位置，所述的腹杆位于上弦杆和下弦杆之间；腹杆的作用是使得上弦杆、下弦杆和腹杆共同连接成一个空间结构受力整体；所述的下弦杆的两端分别连接位于腹杆、下弦杆和下弦杆连接杆的交点位置的上下两个球节点（7），所述的球节点（7）为薄壁空心钢球体。
2.按照权利要求1所述的网架型槽式聚光器支撑装置，其特征在于：所述的上弦杆连接杆件组（5）和下弦杆连接杆件组（6）均由多根弦杆连接杆件组成；上弦杆连接杆件组（5）用于将各个单列支架的上弦杆连接为一体，下弦杆连接杆件组（6）将各个单列支架的下弦杆连接为一体。
3.按照权利要求1所述的网架型槽式聚光器支撑装置，其特征在于：所述的格构柱（9）的上端安装有液压驱动控制装置（11），液压驱动控制装置（11）连接所述钢板（8），从而与整体支架连接为一体；槽式聚光器系统通过液压驱动控制装置（11）的驱动，带动整体支架及其支撑的反射镜（10）的俯仰对日单轴跟踪旋转。
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