CN105674606A - 太阳能中高温集热管金属内管减少挠度变形的结构 - Google Patents

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徐帅
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Abstract

本发明涉及一种太阳能中高温集热管金属内管减少挠度变形的结构，其特征在于，集热管金属内管与玻璃外管中间还设有至少一个支撑装置，所述的支撑装置包括卡套环（1）和多个弹性支撑（2），所属的卡套环（1）与金属内管（3）同轴且固定在金属内管（3）上，所述的弹性支撑（2）支撑在玻璃外管（4）的内壁上，所述的卡套环（1）与弹性支撑（2）相连。本发明具有制作成本低、减小了金属内管的变形量且有效保证了集热管的集热效率大大提高的有益效果。

Description

太阳能中高温集热管金属内管减少挠度变形的结构
技术领域
本发明涉及新兴能源技术领域，尤其涉及到太阳能领域，具体是指一种太阳能中高温集热管金属内管减少挠度变形的结构。
背景技术
目前槽式太阳能的工程热利用越来越广泛，由于大开口的槽式集热器受风力、地基等因素很难在工程上大规模利用，目前只广泛应用于热电领域，因此工程热利用的槽式太阳能主要使用中、小开口的轻型槽式集热器，另外由于集热器所聚焦最高温度受聚光比影响，在降低槽式集热器开口的同时，又需要拥有较高的温度。因此，为获得较大聚光比，在开口尺寸确定的情况下，减小集热管内管的直径成为目前使用最为广泛的方法。然而，抛物面槽式集热器本身的特点决定了集热管管壁只能单侧受热，同时由于集热管内管直径的减小、金属内管长度较长，这三方面使得金属内管会因重力、热应力发生弯曲变形，这种弯曲变形量在金属内管的中间部位最大，过大的变形量会导致金属内管将玻璃外管顶破，损坏集热管；同时过大的挠度变形量会造成集热管中心线偏离，使集热管中部无法聚焦。
针对以上问题，目前普遍采用以下方法来解决：1、增大集热管内管截面积，此方案增大内管面积会减小聚光比，降低最高集热温度，只有在对温度要求不高的情况下可以使用，同时因集热管内外管的同时增大，造成成本的提高；2、减少集热管内管长度，这种方式会增加额外零部件的使用量，减少玻璃外管的长度，增加接头数量，降低整体吸收率，也增加成本；3、采用椭圆形玻璃外管，即中间粗，向两端逐渐变细，并在其两端逐渐过渡为直的集热管，这种方式虽能给金属内管提供较大的变形空间，但是在金属内管变形之后，集热器聚焦偏离，降低集热效率，同时该玻璃外管加工难度大。
本发明的目的在于克服以上现有技术出现的问题，根据真空集热管在工作时的受热特点，提供一种太阳能中高温集热管金属内管挠度变形的解决方法，在保证聚光比、不提高成本的前提下，同时保证真空集热管的集热效率以及产品质量。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种制作成本低、减小了金属内管的变形量且有效保证了集热管的集热效率大大提高的太阳能中高温集热管金属内管减少挠度变形的结构。
本发明是通过如下技术方案实现的，提供一种太阳能中高温集热管金属内管减少挠度变形的结构，集热管金属内管与玻璃外管中间还设有至少一个支撑装置，所述的支撑装置包括卡套环和多个弹性支撑，所属的卡套环与金属内管同轴且固定在金属内管上，所述的弹性支撑支撑在玻璃外管的内壁上，所述的卡套环与弹性支撑相连。
采用以上方案后当金属内管发生弯曲变形时，沿圆周向布置的弹性支撑会对金属内管产生反作用力，极大程度上的减小了金属内管的弯曲变形量，并且由于该方案只是增加了支撑装置，结构简单，成本较低，本发明最大程度上保证了集热管的集热效率。
作为优选，所述的支撑装置位于集热管内部沿轴向长度方向的中间位置,所述集热管固定方式为两端固定，所述固定架有一定的弹性变形量。
作为优选，弹性支撑与玻璃外管内壁接触为平滑过渡。
综上所述，本发明在集热管金属内管与玻璃外管中间还设有至少一个支撑装置，当金属内管发生弯曲变形时，沿圆周向布置的弹性支撑会对金属内管产生反作用力，极大程度上的减小了金属内管的弯曲变形量，并且由于该方案只是增加了支撑装置，结构简单，成本较低，本发明最大程度上保证了集热管的集热效率。
附图说明
图1为本发明的太阳能中高温集热管的外部结构示意图；
图2为图1中剖面结构示意图；
图3为集热管受力简化模型图；
图中所示：
1、卡套环，2、弹性支撑、3、金属内管，4、玻璃外管。
具体实施方式
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本方案进行阐述。
参照附图1和附图2，一种太阳能中高温集热管金属内管减少挠度变形的结构，集热管金属内管与玻璃外管中间还设有至少一个支撑装置，所述的支撑装置包括卡套环1和多个弹性支撑2，所属的卡套环1与金属内管3同轴且固定在金属内管3上，所述的弹性支撑2支撑在玻璃外管4的内壁上，所述的卡套环1与弹性支撑2相连，所述的支撑装置位于集热管内部沿轴向长度方向的中间位置,所述集热管固定方式为两端固定，所述固定架有一定的弹性变形量，在本实施例中，弹性支撑2与玻璃外管内壁接触为平滑过渡。
对于如何确定支撑装置确保在最大挠度处，计算方式如下，如图3中所示为集热管受力简化模型，通过公式推导求取集热管最大弯曲变形位置和最大变形量。假设集热管上为均布力,两端固定支撑，集热管总长度为，材料弹性模量E,转动惯量I。
（1）求支座反力，列弯矩方程
由对称关系得梁的两个支座反力为：Ra=Rb=ql/2；
以A为原点，取坐标，列出梁的弯矩方程为：
(2)列挠曲线近似微分方程并进行积分
（3）确定积分常数
简支梁的边界条件是：在两支座处的挠度等于零
在x=0处，yA=0；
在x=l，yB=0；
，将边界条件带入，解得，D=0，
（4）确定转角方程和挠度方程
将积分常数C、D带入得
(5)求最大挠度ymax
由上述公式容易计算在处取得ymax最大值
可见，在轴向中间位置取得最大挠度。
当然，上述说明也并不仅限于上述举例，本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述；以上实施例及附图仅用于说明本发明的技术方案并非是对本发明的限制，参照优选的实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，另外，在本发明专利的发明构思下所做的改变。本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换都不脱离本发明的宗旨，也应属于本发明的权利要求保护范围。

Claims (3)

1.一种太阳能中高温集热管金属内管减少挠度变形的结构，其特征在于，集热管金属内管与玻璃外管中间还设有至少一个支撑装置，所述的支撑装置包括卡套环（1）和多个弹性支撑（2），所属的卡套环（1）与金属内管（3）同轴且固定在金属内管（3）上，所述的弹性支撑（2）支撑在玻璃外管（4）的内壁上，所述的卡套环（1）与弹性支撑（2）相连。
2.如权利要求1所述的太阳能中高温集热管金属内管减少挠度变形的结构，其特征在于，所述的支撑装置位于集热管内部沿轴向长度方向的中间位置,所述集热管固定方式为两端固定，所述固定架有一定的弹性变形量。
3.如权利要求1所述的太阳能中高温集热管金属内管减少挠度变形的结构，其特征在于，弹性支撑（2）与玻璃外管内壁接触为平滑过渡。
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