CN105932947A - 一种塔式太阳能跟踪系统驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开的塔式太阳能跟踪系统驱动装置包括定日镜、动力源（12）及跟踪系统，所述的跟踪系统为蜗轮蜗杆驱动装置，装配时通过对蜗轮（6）进行微调，实现对蜗轮和蜗杆（7）之间的间隙进行微调。本发明不仅完全满足光热发电系统对回转驱动大扭矩、高精度、低成本的要求，通过对蜗轮相对位置的微调，解决加工变形问题，提高装配精度，保证了回转驱动装置的精确跟踪，有效提高焦热效率。同时降低了成本，延长使用寿命，减小体积和重量，使整体结构更加简单紧凑，模块化的设计便于安装。

Description

一种塔式太阳能跟踪系统驱动装置

技术领域

本发明属于太阳能发电跟踪系统的传动装置技术领域，具体涉及的是一种塔式太阳能跟踪系统驱动装置。

背景技术

跟踪系统作为光热发电光场系统的核心技术，在光热发电过程中，能最优化太阳光使用，达到提高光电转化效率的机械及电控单元系统，它包括：电机（直流、步进、伺服、行星减速电机、推杆电机等）、回转驱动装置、传感器系统等。回转驱动装置又是整个跟踪系统的核心组件，其可根据一天中太阳不同的位置来对主机的转角及仰角进行精确的调整，使太阳能电池板一直处于最佳的接收角度。

塔式太阳能热发电系统即是利用独立跟踪太阳的定日镜群，将太阳光反射集中到一个高塔顶部的接受器上。由于定日镜群是远距离的反射跟踪，因此，任何微小的传动间隙，都会被放大，导致在微风的作用下，定日镜反射光线在达到目标后，其投射光斑会频繁的偏移晃动，轻者造成聚集光斑边沿模糊，而引起聚集损失增大，重者将使光斑晃动脱离把目标，最终导致聚集温度大幅度下降，影响焦热效率，严重时会造成太阳能采集工作无法进行，因此，定日镜的跟踪传动，必须达到高精密传动的精度要求。

目前，在塔式太阳能光热发电跟踪系统中，定日镜跟踪传动机构所采用的回转驱动装置大多为蜗轮蜗杆减速器。由于采用回转支承和环面包络蜗杆结构，故能达到多齿接触，具有传动扭距大，运行平稳等特点；能承受较大的径向、轴向载荷以及较强倾覆力矩的抗风阻能力。但是，这种回转驱动都是以外齿式回转支撑为蜗轮，由蜗杆带动回转支撑啮合传动，因齿圈与轴承为整体结构，不能实现微调，而现有蜗轮蜗杆及回转支承的加工工艺又很难达到高精度的设计要求，或多或少都会产生一定的加工变形，导致装配精度很难满足定日镜跟踪传动达到高精密传动的要求，严重影响焦热效率。为了提高传动精度，势必要提高回转支承及蜗杆加工精度，并加大回转支承的尺寸。而加工精度的提高会增加生产难度和成本，回转支撑的尺寸过大会又使回转支撑过于笨重，不仅会缩短装置的使用寿命，导致成本增高，而且会影响整体电站的发电效率比。

发明内容

为了满足目前市场对回转驱动装置的要求，本发明的目的由此产生，提出一种塔式太阳能跟踪系统驱动装置。该装置不仅完全满足光热发电系统对回转驱动大扭矩、高精度、低成本的要求，通过对蜗轮相对位置的微调，解决加工变形问题，提高装配精度，保证了回转驱动装置的精确跟踪，有效提高焦热效率。同时降低了成本，延长使用寿命，减小体积和重量，使整体结构更加简单紧凑，模块化的设计便于安装。

本发明实现上述目的采取的技术方案是：一种塔式太阳能跟踪系统驱动装置，包括定日镜、动力源及跟踪系统，所述的跟踪系统为蜗轮蜗杆驱动装置，装配时通过对蜗轮进行微调，实现对蜗轮和蜗杆之间的间隙进行微调。

本发明所述跟踪系统的蜗轮蜗杆驱动装置包括下法兰、壳体、轴承挡盖、上法兰及设置在所述壳体内的深沟球轴承、蜗轮、蜗杆、大圆锥滚子轴承及小圆锥滚子轴承，所述上法兰和下法兰分别连接在壳体的上下端，大圆锥滚子轴承的外圈位于下法兰上、内圈位于蜗轮轴颈的下端并与之紧配合连接，深沟球轴承连接在蜗轮的上端轴颈上并由上法兰压紧；在所述蜗杆的两端位置分别安装有小圆锥滚子轴承，并由右端盖、左端盖压紧，通过调节螺栓与壳体连接。

本发明所述跟踪系统的蜗轮蜗杆驱动装置包括下法兰、壳体、中间轴及设置在壳体内的四点接触球轴承、蜗轮、蜗杆及小圆锥滚子轴承，所述蜗杆的两端分别设置有小圆锥滚子轴承，分别由右端盖和左端盖压紧，四点接触球轴承套装在蜗轮的内径台阶上并与之紧配合连接，由调整螺母压紧，中间轴套入四点接触球轴承内径并与壳体连接，下法兰固定连接在蜗轮的下端。

本发明所述蜗轮蜗杆驱动装置的蜗轮通过调节下法兰、上法兰与壳体的相对位置实现微调。

本发明所述蜗轮蜗杆驱动装置的蜗轮通过调节中间轴与壳体的连接间隙实现微调。

本发明所述下法兰的中心具有凸起的台阶，所述大圆锥滚子轴承的外圈套装在下法兰的台阶上。

本发明所述上法兰通过调节螺栓与壳体连接。

本发明所述中间轴通过八个内六角螺栓与壳体连接。

本发明通过设置的圆锥滚子轴承及深沟球轴承或四点接触球轴承来承受轴向和径向载荷和倾覆力矩，用极小的安装空间来满足所需的载荷要求，并通过调整轴承预紧力来调整轴承的承载精度及转动灵活性，因此大大的提高了整体结构的紧凑性。且蜗杆与渐开线圆柱斜齿轮螺旋角、方向一致，保证两者有效的啮合传动。蜗轮采用独立齿圈设计，没有与轴承一体，区别于之前回转支撑类型齿圈，避免因进行后续的加工而产生变形，这样更加的便于提高蜗轮加工精度，使之齿圈的径向跳动可达到0.02mm，远远高于传统回转支承的精度。另外，蜗轮在装配时通过对蜗轮相对位置进行微调，由此解决了加工产生的变形问题，提高了装配精度，达到高精密传动的精度要求，保证了定日镜支架的精确跟踪，有效提高发电效率。渐开线圆柱斜齿轮和蜗杆分别采用40Cr和42CrMo材料加工，渗氮磨削处理，提高其齿部承载强度和啮合效率，使之输出转矩大幅提升，可以带动更大面积的反射镜来工作，同时啮合传动精度也得到了提升，使之精度最高可达到0.03度，使反射镜更加的精准的进行逐日追踪，可以提高发电效率20-30%，使用寿命更长，达到25年。壳体和上盖均进行了设计优化处理，去除一部分不需要的材料，使整体质量更加的轻便但强度依然满足需求，成本更低。

附图说明

图1是本发明实施例1的外部结构示意图。

图2是图1中A-A的剖视图。

图3是图1中B-B的剖视图。

图4是本发明实施例2的外部结构示意图。

图5是图4中A-A的剖视图。

图6是图4中B-B的剖视图。

图中所示：1 -下法兰、2-壳体、3-轴承挡盖、4-上法兰、5-深沟球轴承、6-蜗轮、7-蜗杆、8-大圆锥滚子轴承、9-右端盖、10-左端盖、11-小圆锥滚子轴承、12-动力源,13-中间轴、14-四点接触球轴承、15-调整螺母。

具体实施方式

通过实施例对本发明进一步详细解释本发明，但本发明不局限于下面的实施例。

实施例 1

本实施例所述的塔式太阳能跟踪系统驱动装置为圆锥滚子轴承+深沟球轴承组合的驱动装置。

如图1结合图2-3所示：本实施例所述的塔式太阳能跟踪系统驱动装置包括下法兰1、壳体2、轴承挡盖3、上法兰4、深沟球轴承5、蜗轮6、蜗杆7、大圆锥滚子轴承8、右端盖9、左端盖10、小圆锥滚子轴承11及动力源12。所述深沟球轴承5、蜗轮6、蜗杆7、大圆锥滚子轴承8、小圆锥滚子轴承11均设置在壳体2内。所述的壳体2通过内六角螺栓与下法兰1连接，下法兰1的中心具有凸起的台阶，大圆锥滚子轴承8的外圈套装在下法兰1的台阶上，大圆锥滚子轴承8内圈位于蜗轮6轴颈的下端，并与之紧配合连接。深沟球轴承5连接在蜗轮6的上端轴颈上，并由上法兰4压紧，上法兰4通过调节螺栓与壳体2连接，保证深沟球轴承的转动灵活。通过调节上法兰4的预紧力压紧大圆锥滚子轴承8和深沟球轴承5。圆锥滚子主要承受轴向力和一定的径向力，深沟球轴承主要承受径向力和一定的轴向力，两轴承组合以后在蜗轮两端形成的支点，在承受倾覆力矩的时候起到杠杆作用，可以通过两支点的力臂来分解倾覆力矩变成径向力和轴向力。在蜗杆7的两端位置分别安装有小圆锥滚子轴承11，由右端盖9、左端盖10压紧轴承外圈，通过调节螺栓与壳体2连接。如图2-3所示，右端盖9和左端盖10分别压紧左、右小圆锥滚子轴承的外圈，通过调整调节螺栓的预紧力保证蜗杆在壳体内不会左右窜动，蜗轮在遇到外部反向力矩时，蜗杆不出现窜动引起蜗轮晃动造成精度放大、引起定日镜精度失常。蜗杆与渐开线圆柱斜齿轮螺旋角、方向一致。所述的上法兰4是定日镜的连接安装端，其与蜗轮6的输出端通过内六角螺栓连接固定 。蜗杆7与动力源12固定连接。

装配时，蜗杆7安装在壳体2内固定不动，而安装固定蜗轮的上法兰4和下法兰1是可以在一定范围内移动，通过调节上下法兰与壳体的相对位置，使其蜗轮和蜗杆之间的间隙进行微调，调整完毕进行精度检测，然后用螺钉将上下法兰固定在壳体两端，这样可以保证蜗轮蜗杆的传动间隙符合技术要求，解决了加工产生的变形问题，达到高精密传动的精度要求。

使用时，下法兰1由螺栓固定于工作支架上，上法兰4由螺栓与反射镜连接。由动力源12带动蜗杆7旋转，蜗杆带动蜗轮6进行啮合传动，蜗轮6带动上法兰4转动并带动反射镜进行转动逐日，通过调整下法兰螺栓的预紧力来保证大锥滚子轴承转动灵活性，不仅达到精确追踪，而且大大提高了整体结构的紧凑性。

本实施例通过壳体内设置的圆锥滚子轴承好深沟球轴承来承受轴向、径向载荷和倾覆力矩，用极小的安装空间来满足所需的载荷要求，因此大大的提高了整体结构的紧凑性。蜗轮采用独立齿圈设计，没有与轴承一体，区别于之前回转支撑类型齿圈，避免因进行后续的加工而产生变形，这样更加的便于提高蜗轮加工精度，使之齿圈的径向跳动可达到0.02，远远大于传统回转支撑的精度，蜗轮和蜗杆分别采用40Cr和42CrMo材料加工，渗氮磨削处理，提高其齿部承载强度和啮合效率，使之输出转矩大幅提升，可以带动更大面积的反射镜来工作，精度也得到了提升，使之精度最高可达到0.03度，使反射镜更加的精准的进行逐日追踪，可以提高发电效率20-30%，使用寿命更长，达到25年。

实施例 2

本实施例所述的塔式太阳能跟踪系统驱动装置为四点接触球轴承驱动装置。

如图4结合图5、6所示：本实施例所述的塔式太阳能跟踪系统驱动装置包括下法兰1、壳体2、中间轴13、蜗轮6、蜗杆7、小圆锥滚子轴承11、右端盖9、左端盖10、动力源12、四点接触球轴承14及调整螺母15，所述蜗轮6、蜗杆7、圆锥滚子轴承11、四点接触球轴承14、均设置在壳体2内。在蜗杆7的两端位置分别安装有小圆锥滚子轴承11，由右端盖9和左端盖10分别压紧左、右小圆锥滚子轴承的外圈，通过调整调节螺栓的预紧力保证蜗杆在壳体内不会左右窜动，蜗轮在遇到外部反向力矩时，蜗杆不出现窜动引起蜗轮晃动造成精度放大、引起定日镜精度失常。蜗杆与渐开线圆柱斜齿轮螺旋角、方向一致。如图5-6所示，四点接触球轴承14套装在蜗轮6的内径台阶上并与之紧配合连接，由调整螺母15压住四点接触球轴承并锁紧，保证四点接触球轴承的转动灵活性。起微调作用的中间轴13套入四点接触球轴承内径，用八个内六角螺栓与壳体2连接。通过调节该八个六角螺栓可对中间轴13与壳体2中的连接间隙进行微调，由此带动蜗轮实现微调。这样，装配时，通过对蜗轮进行微调，解决了加工产生的变形问题，达到高精度传动的精度要求。下法兰1与蜗轮6的下端固定连接，下法兰1是定日镜的连接安装端，其与蜗轮6的输出端通过内六角螺栓连接固定 。蜗杆7与动力源12固定连接。

使用时：下法兰1由内六角螺栓固定于工作支架上，蜗轮6和下法兰1固定不动，由动力源12带动蜗杆7旋转，并带动壳体2围绕蜗轮6进行啮合传动，壳体上平面由螺栓与定日镜连接，由此，壳体带动反射镜进行转动逐日，达到精确追踪。

本实施例通过壳体内的四点接触球轴承来承受轴向、径向载荷和倾覆力矩，用极小的安装空间来满足所需的载荷要求，因此大大的提高了整体结构的紧凑性。蜗轮采用独立齿圈设计，没有与轴承一体，区别于之前回转支撑类型齿圈，避免因进行后续的加工而产生变形，这样更加的容易提高蜗轮加工精度，使之齿圈的径向跳动可达到0.02，远远大于传统回转支撑的精度，6蜗轮和7蜗杆分别采用40Cr和42CrMo材料加工，渗氮磨削处理，提高其齿部承载强度和啮合效率，使之输出转矩大幅提升，可以带动更大面积的反射镜来工作，精度也得到了提升，使之精度最高可达到0.03度，使反射镜更加的精准的进行逐日追踪，可以提高发电效率20~30%，此设计密封性能极佳，使用寿命更长，达到25年。

Claims (8)

1.一种塔式太阳能跟踪系统驱动装置，包括定日镜、动力源（12）及跟踪系统，其特征是：所述的跟踪系统为蜗轮蜗杆驱动装置，装配时通过对蜗轮（6）进行微调，实现对蜗轮和蜗杆（7）之间的间隙进行微调。

2.根据权利要求1所述的塔式太阳能跟踪系统驱动装置，其特征是：所述跟踪系统的蜗轮蜗杆驱动装置包括下法兰（1）、壳体（2）、轴承挡盖（3）、上法兰（4）及设置在所述壳体（2）内的深沟球轴承（5）、蜗轮（6）、蜗杆（7）、大圆锥滚子轴承（8）及小圆锥滚子轴承（11），所述上法兰和下法兰分别连接在壳体的上下端，大圆锥滚子轴承的外圈位于下法兰上、内圈位于蜗轮轴颈的下端并与之紧配合连接，深沟球轴承连接在蜗轮的上端轴颈上并由上法兰压紧；在所述蜗杆的两端位置分别安装有小圆锥滚子轴承，并由右端盖（9）、左端盖(10)压紧，通过调节螺栓与壳体连接。

3.根据权利要求1所述的塔式太阳能跟踪系统驱动装置，其特征是：所述跟踪系统的蜗轮蜗杆驱动装置包括下法兰（1）、壳体（2）、中间轴（13）及设置在壳体（2）内的四点接触球轴承（14）、蜗轮（6）、蜗杆（7）及小圆锥滚子轴承（11），所述蜗杆的两端分别设置有小圆锥滚子轴承，分别由右端盖（9）和左端盖（10）压紧，四点接触球轴承套装在蜗轮的内径台阶上并与之紧配合连接，由调整螺母（15）压紧，中间轴套入四点接触球轴承内径并与壳体连接，下法兰固定连接在蜗轮的下端。

4.根据权利要求1所述的塔式太阳能跟踪系统驱动装置，其特征是：所述蜗轮蜗杆驱动装置的蜗轮（6）通过调节下法兰（1）、上法兰（4）与壳体（2）的相对位置实现微调。

5.根据权利要求1所述的塔式太阳能跟踪系统驱动装置，其特征是：所述蜗轮蜗杆驱动装置的蜗轮（6）通过调节中间轴（13）与壳体（2）的连接间隙实现微调。

6.根据权利要求2所述的塔式太阳能跟踪系统驱动装置，其特征是：所述下法兰（1）的中心具有凸起的台阶，所述大圆锥滚子轴承（8）的外圈套装在下法兰（1）的台阶上。

7.根据权利要求2所述的塔式太阳能跟踪系统驱动装置，其特征是：所述上法兰（4）通过调节螺栓与壳体（2）连接。

8.根据权利要求3所述的塔式太阳能跟踪系统驱动装置，其特征是：所述中间轴（13）通过八个内六角螺栓与壳体（2）连接。