CN104699113A - 一种用于塔式太阳能热发电的定日镜及其仰角驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于塔式太阳能热发电的定日镜及其仰角驱动装置，该仰角驱动装置包括：推杆装置，包括推杆缸体和推杆，推杆套设于推杆缸体内，并沿推杆缸体的延伸方向伸出或回缩，且推杆在定日镜的反射镜面上的投影所在的直线平分反射镜面；传动机构，与推杆装置连接，用于驱动推杆的伸出或回缩；电机，为传动机构提供动力；中心控制系统，与电机电连接。该定日镜包括该仰角驱动装置。本发明提供的定日镜及其仰角驱动装置能够使定日镜的仰角随太阳位置的变化进行调整，最大限度地将太阳光反射到吸热塔上。

Description

一种用于塔式太阳能热发电的定日镜及其仰角驱动装置

技术领域

本发明涉及太阳能发电领域，特别涉及一种用于塔式太阳能发电的定日镜及其仰角驱动装置。

背景技术

在经济不断发展的同时，能源日趋短缺，传统的不可再生能源日益枯竭，经济发展越来越受制于能源的开发利用，可再生能源的利用受到普遍关注，特别是太阳能更受世人的重视。

太阳能作为一种清洁、可再生的新能源，在生产生活中得到越来越广泛的应用，在太阳能发电领域，太阳能发电方式有光伏发电和热发电两种。随着科学技术的发展，特别是计算机控制技术的兴起，太阳能热发电技术是继光伏发电技术之后的新兴太阳能利用技术。太阳能热发电是通过大量定日镜以聚焦的方式将太阳直射光的能量聚集起来，加热工质，产生高温高压的蒸汽，蒸汽驱动汽轮机发电。当前太阳能热发电按照太阳能采集方式可划分为（1）塔式太阳能发电；（2）槽式太阳能热发电；（3）碟式太阳能热发电

光热发电领域，塔式太阳能热发电因具有高光热转换效率，高聚焦温度，聚焦目标固定不动使得控制系统安装调试简单，散热损失少等的优势特点，将成为下一个可商业化运营的新型能源技术。

塔式太阳能热发电的工作原理如图1所示，定日镜作为塔式太阳能发电系统的一个重要组成部分，它将太阳光反射到接收器上，对吸热工质进行加热，将光能转化为热能，进而驱动汽轮机发电。太阳随着时间的变化，位置也会随之发生变化，为了实现对太阳能的最大化利用，有效提高太阳能的利用率，定日镜的仰角也必须跟随太阳位置的变化进行调整，最大限度地将太阳光反射到吸热塔上，但是如何驱动定日镜的仰角变化，成为亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明针对上述现有技术中存在的问题，提出一种用于塔式太阳能热发电的定日镜及其仰角驱动装置，能够使定日镜的仰角随太阳位置的变化进行调整，最大限度地将太阳光反射到吸热塔上。

为解决上述技术问题，本发明是通过如下技术方案实现的：

本发明提供一种用于塔式太阳能热发电的定日镜的仰角驱动装置，其包括：推杆装置，包括推杆缸体和推杆，所述推杆套设于所述推杆缸体内，并沿所述推杆缸体的延伸方向伸出或回缩，且所述推杆在定日镜的反射镜面上的投影所在的直线平分反射镜面；传动机构，与所述推杆装置连接，用于驱动所述推杆的伸出或回缩；电机，为所述传动机构提供动力；中心控制系统，与所述电机电连接，用于控制电机的转动。

较佳地，所述推杆装置还包括：丝杆，套设于所述推杆内，其底端与所述传动机构连接，所述传动机构用于驱动所述丝杆转动；螺母，与所述推杆固定连接，且配套螺接在所述丝杆上。所述传动结构驱动所述丝杆转动，使所述螺母与所述丝杆发生相对运动，所述螺母带动所述推杆一起运动，进而实现所述推杆的伸出或回缩。

较佳地，所述丝杆为滚珠丝杆或梯形丝杆。

较佳地，所述螺母的截面为倒T形，可增大所述螺母与所述推杆的接触面积，使两者之间的固定连接更加牢靠，同时降低了加工的工艺难度。

较佳地，所述推杆缸体的内壁上设置有至少一条线性滑道。

较佳地，所述螺母的外壁上设置有至少一个凸起，所述螺母的外壁上的凸起与所述推杆缸体的内壁上的滑道相匹配，所述螺母的外壁上的凸起沿所述推杆缸体的内壁上的滑道滑动。设置凸起和滑道，并相互匹配，能够防止推杆发生旋转，使推杆能够顺利推出或回缩，同时，滑道还能够提高推杆推出和回缩时的稳定性和一致性。

较佳地，所述螺母的底端固定有定向块，所述定向块的外壁上设置有至少一个凸起，所述定向块的外壁上的凸起与所述推杆缸体的内壁上的滑道相匹配，所述定向块的外壁上的凸起沿所述推杆缸体的内壁上的滑道滑动。设置有凸起的螺母在市场上没有标准件，重新开模制造成本高，且其上的螺纹要与丝杆匹配，同时凸起要与滑道匹配，制造工艺难度大，而设置有凸起的定向块在市场上有标准件，且不需要设置于丝杆匹配的螺纹，只需在中间设置一个可以使丝杆穿过的通孔即可，制造工艺简单，成本低。

较佳地，所述推杆装置还包括：传感器，所述传感器安装于所述推杆缸体或所述传动机构的预设推杆回缩零位状态处，所述传感器与所述中心控制系统相连，当所述螺母到达所述传感器的感应区域时，传感器将信号传输给所述中心控制系统，所述中心控制系统通过控制传动机构停止工作，从而控制螺母停止运动。

较佳地，所述传感器包括感应器和接收器，所述感应器或所述接收器安装于所述推杆缸体或所述传动机构的预设推杆回缩零位状态处；当所述感应器安装于所述推杆缸体或所述传动机构的预设推杆回缩零位状态处时，所述接收器安装于所述推杆或所述螺母上；当所述接收器安装于所述推杆缸体或所述传动机构的预设推杆回缩零位状态处时，所述感应器安装于所述推杆或所述螺母上；所述接收器与所述中心控制系统相连。

较佳地，所述推杆为中空结构，可减小推杆装置的整体重量。

较佳地，所述推杆在回缩到预设推杆回缩零位状态时，仍可继续回缩。因为推杆要带动整个反射镜面发生转动，推杆在实际运转过程中，在回缩时，由于惯性的作用，回缩的程度很可能会超过预设零位状态，因此，推杆的实际回缩过程是：推杆回缩，当推杆回缩的程度超过预设推杆回缩零位状态时，在传感器的作用下，会重新向外伸出，反复经过这样一个动态调整后，最终稳定于预设零位状态。如果推杆在预设推杆回缩零位状态即达到了机械回缩的极限状态，不能继续回缩，推杆就会与后边的传动机构发生硬性接触，造成设备的损坏。

较佳地，所述推杆的前端设置有推杆接头，设置推杆接头可避免推杆在伸出或回缩时直接受力造成推杆的损坏。

较佳地，所述推杆接头为实心结构，可有效提高强度，耐久性更好。

较佳地，推杆接头的横截面积大于推杆的横截面积，减小推杆接头的压力，延长其使用寿命。

较佳地，所述推杆接头设置有连接孔，用于与定日镜的相关部件相连，当推杆接头发生损坏时，便于进行更换。

较佳地，所述推杆接头与所述推杆为一体成型结构或通过螺接、铆接、焊接、粘接中的任意一种方式固定连接，所述推杆接头与所述推杆为分离式设计时，当推杆接头发生损坏时，便于更换。

较佳地，所述推杆接头的中心轴线与所述推杆的中心轴线重合，可以使中心控制系统更好地控制推杆的行程，达到更好的精度，以便更好地控制定日镜反射太阳光的角度，从而提高光电转换效率；同时，还可使推杆接头更好地接受来自推杆的力，使推杆接头受力均匀，降低推杆接头的损坏率。

较佳地，所述推杆缸体外侧还设置有电控线，所述电控线沿所述推杆缸体的延伸方向线性排布，且所述电控线随所述推杆缸体转动，在所述推杆缸体发生转动时，所述电控线与所述推杆缸体之间无相对位移，避免电控线在定日镜整体转动时发生绕线，设置电控线便于与电机进行连通并为其提供电源。

较佳地，所述推杆装置还包括：加强构件，环设于所述推杆缸体的外壁，所述推杆缸体通过所述加强构件与定日镜的相关部件固定连接。设置加强构件一方面可以增加推杆缸体的强度，另一方面也可降低推杆缸体与连接座连接的工艺难度。

较佳地，所述加强构件的相对两侧设置有引出端，所述加强构件通过引出端与所述主梁固定连接。

较佳地，所述相对两侧的引出端的中心轴线重合，且与所述推杆的中心轴线垂直相交。采用此种设计，可以使推杆受力均匀，延长推杆的使用寿命。

较佳地，所述相对两侧的引出端的中心轴线与所述推杆接头的连接孔的中心轴线平行。

较佳地，在所述推杆回到预设推杆回缩零位状态时，所述相对两侧的引出端的中心轴线到设置于所述推杆接头的连接孔的垂直距离的误差在±3mm之内。

较佳地，所述推杆装置还包括自锁结构，为了防止推杆在回缩时，由于惯性作用，回缩程度超过机械设计的极限值，进而损坏传动机构或推杆，设置自锁功能之后，当推杆回缩到机械设计的极限状态时，不再继续回缩，而是让推杆自行空转，在推杆延伸方向不再有位移，防止造成各构件的损坏。

较佳地，所述推杆的外壁与所述推杆缸体的内壁之间形成的环形空腔前端设置有密封圈。通过设置密封圈，可防止外部的水、灰尘等杂物进入环形空腔，造成推杆装置的损坏。

较佳地，所述传动机构为齿轮传动机构。

较佳地，所述齿轮传动机构为圆柱齿轮传动机构或行星齿轮传动机构。

较佳地，所述电机为直流无刷电机或直流有刷电机。

较佳地，所述中心控制系统与所述电机通过有线信号或无线信号连接。

本发明还提供一种用于塔式太阳能热发电的定日镜，其包括：上述的仰角驱动装置。

相较于现有技术，本发明具有以下优点：

本发明提供的用于塔式太阳能热发电的定日镜及其仰角驱动装置，通过推杆的线性伸缩，带动定日镜的反射镜面沿平行于水平面的固定轴发生旋转，从而达到改变定日镜仰角的目的，进而达到提高太阳能利用率及光电转化效率的目的；并且，本发明中的推杆在反射镜面上的投影所在的直线评分反射镜面，在推杆进行线性伸缩，带动定日镜的反射镜面旋转时，可以实现在消耗较少能量的前提下，带动定日镜的主梁的转动，可以使定日镜的主梁和连接座的受力更均匀，避免主梁和连接座发生损坏。

附图说明

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明：

图1为塔式太阳能热发电站的工作原理示意图；

图2为本发明的用于塔式太阳能热发电的定日镜的整体装配图；

图3为本发明的实施例1的定日镜的局部放大图；

图4为本发明的实施例1的定日镜的局部放大侧视图；

图5为本发明的实施例2的仰角驱动装置的整体装配图；

图6为本发明的实施例3的仰角驱动装置的剖视图；

图7为本发明的实施例4的仰角驱动装置的局部放大图；

图8为本发明的实施例4的仰角驱动装置的局部放大透视图。

标号说明：1-反射镜面，2-支架，3-连接座，4-推杆装置，5-传动机构，6-电机，7-感应器，8-接收器；

21-主梁，22-支撑块，23-副梁，24-托架，25-支梁；

31-转轴，32-连接座连接件；

41-推杆缸体，42-推杆，43-推杆连接件，44-推杆接头，45-加强构件，46-丝杆，47-螺母，48-插销，49-密封圈；

411-线性滑道；451-引出端；471-定向块；4711-凸起；

61-电控线。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1：

本实施例详细描述本发明的用于塔式太阳能热发电的定日镜，如图2-4所示，其包括反射镜面1，支架2、连接座3以及仰角驱动装置，仰角驱动装置包括推杆装置4，传动机构5、电机6以及中心控制系统（图中未示出）。推杆装置4包括推杆缸体41和推杆42，推杆42套设于推杆缸体41内，可沿推杆缸体41的延伸方向伸出和回缩；支架2设置于反射镜面1之后，用于支撑反射镜面1；传动机构5与推杆装置4连接，用于驱动推杆42的伸出或回缩，电机6为传动机构5提供动力，中心控制系统与电机6电连接，控制电机6的转动，根据所需的定日镜仰角，通过中心控制系统来控制电机6的转动，使推杆伸出或回缩到所需位置。

本实施例中，支架2包括主梁21、支撑块22、副梁23、托架24以及支梁25，主梁为一个，支撑块22若干，间隔设置在支梁21上，主梁21通过支撑块22与反射镜面1相连，用于支撑反射镜面；副梁23与支撑块22一一对应，支撑块22位于副梁23的中间位置，副梁23与主梁21通过支撑块22垂直固定连接；托架24包括多个，间隔设置于副梁23上，副梁23通过托架24与反射镜面相连；一个副梁23对应两个支梁25，支梁25的一端连接支撑块22，另一端连接副梁23。通过本实施例的支架2来支撑反射镜面1，非常牢靠，通过调节副梁23、托架24及支梁25，实现对反射镜面1初始位置的调节，使反射镜面1达到最有利的反射太阳光的效果。

本实施例中，连接座3上设置有平行于水平面的转轴31，推杆缸体41通过推杆连接件43与主梁21连接，推杆连接件43的一端与主梁21固定连接，另一端与推杆缸体41转动连接；且推杆42与连接座3通过插销48来固定连接，推杆42在反射镜面上1的投影所在的直线平分反射镜面1。

本实施例的定日镜通过推杆42的线性伸缩，带动定日镜沿平行于水平面的转轴31发生旋转，从而改变定日镜的仰角，进而达到提高太阳能利用率及光电转换效率的目的。

实施例2：

如图5所示，本实施例详细描述本发明的用于塔式太阳能热发电的定日镜的仰角驱动装置，其包括推杆装置4、传动机构5、电机6以及中心控制系统。其中：所述推杆装置包括推杆缸体41、推杆42套设于推杆缸体41内，且可沿推杆缸体41的延伸方向伸出或回缩；推杆42与传动机构5驱动连接，用于驱动推杆42的伸出或回缩，电机6为传动机构5提供动力，电机6与中心控制系统通过有线信号或无线信号连接。

本实施例中，推杆42上还设置有推杆接头434，推杆接头44上开设有连接孔，通过推杆接头44上的连接孔来实现推杆42和连接座3的固定连接，推杆接头44和推杆42一体成型；推杆接头44的中心轴线与推杆42的中心轴线重合，使推杆接头44受力均匀，降低推杆接头44的损坏率。

不同实施例中，推杆接头44的与推杆接触的面的横截面积大于推杆42的横截面积，减小推杆接头44的压力，延长其使用寿命；也可以等于或小于推杆42的横截面积。

较佳实施例中，推杆接头44和推杆42分开设置，通过螺接、铆接、焊接、粘结中的任意一种方式固定连接，采用分离设计，当推杆接头44损坏时，可以及时对其进行更换，非常方便。

本实施例中，推杆缸体41的与主梁连接端的外壁上还环设有加强构件45，加强构件45的相对两侧设置有引出端451，推杆缸体41通过加强构件45的引出端451来实现与主梁21的固定连接。其中：相对两侧的引出端451的中心轴线重合，其与推杆42的中心轴线垂直相交，与推杆接头44上的连接孔的中心轴线平行。由于推杆缸体41为中空结构，如果直接将推杆缸体41与主梁21直接连接，容易造成推杆缸体41的损坏，设置加强构件45，可增强推杆缸体41的强度，也降低了推杆缸体41与主梁21连接的工艺难度；相对两侧引出端451的中心轴线重合，且与推杆42的中心轴线垂直相交，可使推杆42受力均匀，延长推杆42的使用寿命。

本实施例中，推杆缸体41的外侧还固定有电控线61，便于为电机6提供电源；在推杆缸体41发生转动时，电控线61和推杆缸体41无相对位移，避免电控线在定日镜整体转动时发生绕线。

不同实施例中，电机6可以为直流有刷电机或直流无刷电机，传动机构5可以为圆柱齿轮传动结构或行星齿轮传动机构。

实施例3：

如图6所示，本实施例的仰角驱动装置的推杆42为线性伸出或线性回缩，其是通过设置丝杆46和螺母47来实现的，推杆42为中空管状结构，丝杆46套设于推杆内，底端与传动机构5连接，螺母47与推杆42固定连接且配套螺接于丝杆46上，通过丝杆46的反转或正转来实现推杆42的伸出或回缩。

不同实施例中，丝杆46可以为滚珠丝杆或梯形丝杆；推杆装置4还可以带有自锁功能，其可采用梯形丝杆的自身自锁能力，或在丝杆46上设置刹车装置或在电机6上设置制动器来实现自锁。

实施例4：

如图7-8所示，本实施例是在实施例3的基础上，在螺母47的下端固定连接了一定向块471，在推杆缸体41的内壁上设置了相对的两条线性滑道411，定向块471上与两条线性滑道相对应的位置设置了两个凸起4711，凸起4711可沿线性滑道411滑动，能够防止推杆42发生转动，有效保证推杆42顺利伸出或回缩。

本实施例在实施例3的基础上，还增加了传感器，传感器包括感应器7和接收器8，感应器7安装于定向块471上，接收器8安装于推杆缸体41的内壁上的预设推杆回缩零位状态处，用于接收感应器7的信号，得出推杆42推出的距离，接收器8与中心控制系统相连，本实施例中，当推杆回缩到预设推杆回缩零位状态处时，感应器7和接收器8之间的距离为零，因此，接收器8探测到与感应器7之间的距离为零时，即达到了预设推杆回缩零位状态，接收器8将信号传输给中心控制系统，中心控制系统控制传动机构5停止工作，从而控制丝杆46停止转动，进而使推杆42停止运动。

本实施例中，还在推杆42的外壁和推杆缸体41的内壁之间形成的环形空腔前端设置了密封圈49，用于实现对环形空腔的密封，防止外部的水、灰尘等杂质进入环形空腔内，日积月累损坏推杆装置4。

不同实施例中，在推杆回缩到预设推杆回缩零位状态处时，感应器7和接收器8之间的距离也可以不为零，可以为任意设定的值，当达到设定值时，即判断为到达预设推杆回缩零位状态，控制丝杆46停止转动；感应器7也可以安装于推杆42或螺母47上，或者，感应器7和接收器8的位置可以互换，即感应器7和接收器8只要安装于推杆装置4中相对移动的两个部件上即可。

此处公开的仅为本发明的优选实施例，本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，并不是对本发明的限定。任何本领域技术人员在说明书范围内所做的修改和变化，均应落在本发明所保护的范围内。

Claims (30)

1.一种用于塔式太阳能热发电的定日镜的仰角驱动装置，其特征在于，包括：

推杆装置，包括推杆缸体和推杆，所述推杆套设于所述推杆缸体内，并沿所述推杆缸体的延伸方向伸出或回缩，且所述推杆在定日镜的反射镜面上的投影所在的直线平分反射镜面；

传动机构，与所述推杆装置连接，用于驱动所述推杆的伸出或回缩；

电机，为所述传动机构提供动力；

中心控制系统，与所述电机电连接，用于控制所述电机的转动。

2.根据权利要求1所述的仰角驱动装置，其特征在于，所述推杆装置还包括：

丝杆，套设于所述推杆内，其底端与所述传动机构连接，所述传动机构用于驱动所述丝杆转动；

螺母，与所述推杆固定连接，且配套螺接在所述丝杆上。

3.根据权利要求2所述的仰角驱动装置，其特征在于，所述丝杆为滚珠丝杆或梯形丝杆。

4.根据权利要求2所述的仰角驱动装置，其特征在于，所述螺母的截面为倒T形。

5.根据权利要求2所述的仰角驱动装置，其特征在于，所述推杆缸体的内壁上设置有至少一条线性滑道。

6.根据权利要求5所述的仰角驱动装置，其特征在于，所述螺母的外壁上设置有至少一个凸起，所述螺母的外壁上的凸起与所述推杆缸体的内壁上的滑道相匹配，所述螺母的外壁上的凸起沿所述推杆缸体的内壁上的滑道滑动。

7.根据权利要求5所述的仰角驱动装置，其特征在于，所述螺母的底端固定有定向块，所述定向块的外壁上设置有至少一个凸起，所述定向块的外壁上的凸起与所述推杆缸体的内壁上的滑道相匹配，所述定向块的外壁上的凸起沿所述推杆缸体的内壁上的滑道滑动。

8.根据权利要求2所述的仰角驱动装置，其特征在于，所述推杆装置还包括传感器，所述传感器安装于所述推杆缸体或所述传动机构的预设推杆回缩零位状态处，所述传感器与所述中心控制系统相连。

9.根据权利要求8所述的仰角驱动装置，其特征在于，所述传感器包括感应器和接收器，所述感应器或所述接收器安装于所述推杆缸体或所述传动机构的预设推杆回缩零位状态处；

当所述感应器安装于所述推杆缸体或所述传动机构的预设推杆回缩零位状态处时，所述接收器安装于所述推杆或所述螺母上；

当所述接收器安装于所述推杆缸体或所述传动机构的预设推杆回缩零位状态处时，所述感应器安装于所述推杆或所述螺母上；

所述接收器与所述中心控制系统相连。

10.根据权利要求1所述的仰角驱动装置，其特征在于，所述推杆为中空结构。

11.根据权利要求1所述的仰角驱动装置，其特征在于，所述推杆在回缩到预设推杆回缩零位状态处时，仍可继续回缩。

12.根据权利要求1所述的仰角驱动装置，其特征在于，所述推杆的前端设置有推杆接头。

13.根据权利要求12所述的仰角驱动装置，其特征在于，所述推杆接头为实心结构。

14.根据权利要求12所述的仰角驱动装置，其特征在于，所述推杆接头的横截面积大于或等于所述推杆的横截面积。

15.根据权利要求12所述的仰角驱动装置，其特征在于，所述推杆接头设置有连接孔。

16.根据权利要求12所述的仰角驱动装置，其特征在于，所述推杆接头与所述推杆为一体成型结构或通过螺接、铆接、焊接、粘接中的任意一种方式固定连接。

17.根据权利要求12所述的仰角驱动装置，其特征在于，所述推杆接头的中心轴线与所述推杆的中心轴线重合。

18.根据权利要求1所述的仰角驱动装置，其特征在于，所述推杆缸体的外侧还设置有电控线，所述电控线沿所述推杆缸体的延伸方向线性排布，且随所述推杆缸体转动。

19.根据权利要求12所述的仰角驱动装置，其特征在于，所述推杆装置还包括：加强构件，环设于所述推杆缸体的外壁。

20.根据权利要求19所述的定日镜，其特征在于，所述加强构件的相对两侧设置有引出端。

21.根据权利要求20所述的定日镜，其特征在于，所述相对两侧的引出端的中心轴线重合，且与所述推杆的中心轴线垂直相交。

22.根据权利要求21所述的定日镜，其特征在于，所述相对两侧的引出端的中心轴线与所述推杆接头的连接孔的中心轴线平行。

23.根据权利要求22所述的定日镜，其特征在于，在所述推杆回到零位状态时，所述相对两侧的引出端的中心轴线到设置于所述推杆接头的连接孔的垂直距离的误差在±3mm之内。

24.根据权利要求1所述的仰角驱动装置，其特征在于，所述推杆装置还包括自锁结构。

25.根据权利要求1所述的仰角驱动装置，其特征在于，所述推杆的外壁与所述推杆缸体的内壁之间形成的环形空腔前端设置有密封圈。

26.根据权利要求1所述的仰角驱动装置，其特征在于，所述传动机构为齿轮传动机构。

27.根据权利要求26所述的仰角驱动装置，其特征在于，所述齿轮传动机构为圆柱齿轮传动机构或行星齿轮传动机构。

28.根据权利要求1所述的仰角驱动装置，其特征在于，所述电机为直流无刷电机或直流有刷电机。

29.根据权利要求1所述的仰角驱动装置，其特征在于，所述中心控制系统与所述电机通过有线信号或无线信号电连接。

30.一种用于塔式太阳能热发电的定日镜，其特征在于，包括：如权利要求1至29任一项所述的仰角驱动装置。