CN106288454B - 一种太阳能线性菲涅尔反射镜随动调节机构及调节方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种太阳能线性菲涅尔反射镜随动调节机构及调节方法，该机构包括镜架、平面反射镜和若干调节装置；每一调节装置均包括一连接杆、一滚珠、一弹簧和一曲线调节底架；镜架向外延伸设置一连接轴，连接轴固定连接驱动装置，驱动装置的外壳与固定架固定连接；镜架顶部两侧对称设置有若干调节支撑杆；每一连接杆顶部固定连接一用于固定连接平面反射镜的支撑板，每一连接杆的下部穿过镜架底部并活动穿设弹簧，弹簧一端通过镜架限位，弹簧另一端通过一紧固螺母限位，每一连接杆的底部均固定设置一滚珠，每一滚珠滚动设置在曲线调节底架顶部，所有曲线调节底架均通过固定架支撑固定，本发明成本低且聚光效率高，可广泛应用于太阳能光热发电中。

Description

一种太阳能线性菲涅尔反射镜随动调节机构及调节方法
技术领域
本发明是关于一种用于太阳能线性菲涅尔聚光系统的反射镜随动调节机构及调节方法，属于太阳能光热发电及中温热利用技术领域。
背景技术
在太阳能光热发电及中温热利用技术中，为了得到较高的集热温度，通常采用塔式、槽式、碟式和线性菲涅尔式等光学聚光的方式聚光，在线性菲涅尔式集热方式中，集热场采用成排的平面或微弧反射镜，入射太阳光被平面或微弧反射镜反射到空中架设的集热管处，再经过集热管外的二次聚光器汇集到内部的吸收管，最终实现太阳能的汇聚与吸收。
然而，线性菲涅尔式集热场中平面反射镜产生的光斑宽度比较大，微弧反射镜虽然可以减小光斑宽度，但是由于集热管位置是固定不动的，平面或微弧反射镜在跟踪太阳光过程中随着入射光角度的变化，在某些角度范围内仍然会出现较大的光斑宽度，造成二次聚光器的漏光问题也比较严重，同时，平面反射镜的宽度越大，最大光斑的宽度也就越大，二次反射所带来的光学损失也就越大，这一现象的存在，也限制微弧反射镜的弧长不能很大，为平面反射镜的调节增加难度。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种用于太阳能线性菲涅尔聚光系统的可以减小光斑宽度和光学损失的反射镜随动调节机构及调节方法。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种太阳能线性菲涅尔反射镜随动调节方法，其特征在于包括以下步骤：1)设置一包括有平面反射镜、镜架、调节装置和驱动装置的反射镜随动调节机构；2)通过镜架调节平面反射镜的初始曲率；3)根据平面反射镜的随动曲率调节需求，确定调节装置的位置；4)驱动装置驱动镜架旋转进而控制平面反射镜跟踪太阳，同时完成对反射镜曲率的随动调节，实现太阳光收集。
进一步地，所述调节装置设置有连接杆、滚珠、弹簧和曲线调节底架，所述连接杆的下部穿设所述弹簧，所述连接杆的底部固定设置所述滚珠，所述滚珠滚动设置在所述曲线调节底架顶部，所述曲线调节底架通过固定架支撑固定。
进一步地，通过镜架调节平面反射镜的初始曲率的具体过程为：通过调节一紧固螺母压缩弹簧，带动连接杆对平面反射镜的初始曲率进行调节。
进一步地，确定调节装置的位置，完成对反射镜曲率的随动调节的具体过程为：根据平面反射镜的随动曲率调节需求，确定曲线调节底架与平面反射镜的位置关系，并将曲线调节底架进行固定。
进一步地，驱动装置驱动镜架旋转进而控制平面反射镜跟踪太阳，同时完成对反射镜曲率的随动调节，实现太阳光收集，具体过程为：驱动装置驱动镜架转动使得平面反射镜按照太阳光入射角度进行相应转动，同时通过连接杆带动滚珠在曲线调节底架中的凸轮曲线槽上滚动，由于滚珠与凸轮曲线槽之间的滚动改变弹簧的形变量，使平面反射镜在弹簧弹力的作用下通过连接杆完成对反射镜曲率的随动调节。
一种实现所述太阳能线性菲涅尔反射镜随动调节方法的太阳能线性菲涅尔反射镜随动调节机构，其特征在于，该调节机构包括一镜架、一平面反射镜和若干调节装置；每一所述调节装置均包括一连接杆、一滚珠、一弹簧和一曲线调节底架；所述镜架向外延伸设置一连接轴，所述连接轴固定连接一驱动装置，所述驱动装置的外壳与一固定架固定连接；所述镜架顶部两侧对称设置有用于对所述平面反射镜进行支撑的若干调节支撑杆；每一所述连接杆顶部固定连接一用于固定连接所述平面反射镜的支撑板，每一所述连接杆的下部穿过所述镜架底部并活动穿设所述弹簧，所述弹簧的一端通过所述镜架限位，所述弹簧的另一端通过一紧固螺母限位，每一所述连接杆的底部均固定设置一所述滚珠，每一所述滚珠滚动设置在所述曲线调节底架顶部，所有所述曲线调节底架均通过所述固定架支撑固定。
进一步地，所述镜架包括若干倒三角镜框、两顶部连接管和一底部连接管，所有所述倒三角镜框纵向间隔平行设置，所有所述倒三角镜框的两侧分别固定连接一所述顶部连接管，两所述顶部连接管上对称设置有若干用于穿设固定所述调节支撑杆的通孔，每一所述倒三角镜框均包括两斜杆和一横杆，两所述斜杆的一端通过所述底部连接管固定连接，两所述斜杆的另一端分别固定连接所述横杆的两端，所述底部连接管上还间隔设置有与所述连接杆数量相同且用于供所述连接杆穿过的贯穿孔。
进一步地，每一所述曲线调节底架均包括一凸轮曲线槽和一固定座，所述滚珠放置在所述凸轮曲线槽的顶部，所述凸轮曲线槽的底部通过所述固定座固定连接所述固定架，所述凸轮曲线槽的曲线根据实际所需对所述平面反射镜调节的曲率进行确定。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于在镜架旋转的同时调节平面反射镜曲率的大小，使反射光斑宽度始终比较窄，大大减轻二次聚光器的漏光问题。2、本发明由于平面反射镜的弧度可以根据平面反射镜回转角度的变化而发生改变，因此可以保证在各种角度下的太阳入射光经反射后都能汇聚到集热管附近，提高系统的聚光效率。3、本发明的曲线调节底架采用滚珠与凸轮曲线槽接触，可以减小摩擦力给驱动装置带来的额外负载。4、本发明由于采用机械变形的方法制备微弧反射镜，且采用弹性元件弹簧改变平面反射镜的初始曲率，与现有的热弯技术相比，降低加工成本，且提高平面反射镜曲率的精确度，本发明可以广泛用于太阳能光热发电中。
附图说明
图1是本发明的太阳能线性菲涅尔反射镜随动调节机构的结构示意图；
图2是图1去除固定架后的侧视示意图。
具体实施方式
以下结合附图来对本发明进行详细的描绘。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。
如图1～2所示，本发明的太阳能线性菲涅尔反射镜随动调节机构包括一镜架1、两连接轴2、一固定架3、若干调节支撑杆4、一平面反射镜5和若干调节装置，每一调节装置包括一连接杆6、一支撑板7、一弹簧8、一紧固螺母9、一滚珠10和一曲线调节底架11；
镜架1为三棱柱体，镜架1两端均向外延伸设置一连接轴2，其中一连接轴2固定连接驱动装置，另一连接轴2固定连接轴承座2-1，轴承座2-1和驱动装置的外壳2-2固定连接固定架3；镜架1顶部的前后两侧对称设置有若干调节支撑杆4，平面反射镜5放置在所有调节支撑杆4的顶部，调节支撑杆4用于支撑平面反射镜5使平面反射镜5两侧始终处于同一平面，每一连接杆6的一端固定连接一用于固定平面反射镜5的支撑板7，每一连接杆6的另一端穿过镜架1底部并活动穿设弹簧8，弹簧8的一端通过镜架1限位，弹簧8的另一端通过紧固螺母9限位，每一连接杆6的底部均固定设置一滚珠10，使用时，每一滚珠10放置在一曲线调节底架11的顶部，通过滚珠10与曲线调节底架11之间的滚动压缩弹簧8进而改变平面反射镜5的曲率，另外，所有曲线调节底架11均可以通过固定架3进行支撑固定，固定架3可以采用任何形式，在此不再赘述。
在一个优选的实施例中，镜架1包括若干倒三角镜框1-1、两顶部连接管1-2和一底部连接管1-3，所有倒三角镜框1-1纵向间隔平行设置，所有倒三角镜框1-1的两侧分别固定连接一顶部连接管1-2，两顶部连接管1-2上对称设置有若干用于穿设固定调节支撑杆4的通孔1-4；每一倒三角镜框1-1均包括两斜杆1-1-1和一横杆1-1-2，两斜杆1-1-1的一端通过底部连接管1-3固定连接，两斜杆1-1-1的另一端分别固定连接横杆1-1-2的两端，底部连接管1-3上还间隔设置有与连接杆6数量相同且用于供连接杆6穿过的贯穿孔。
在一个优选的实施例中，每一曲线调节底架11均包括一凸轮曲线槽11-1和一固定座11-2，滚珠10放置在凸轮曲线槽11-1的顶部，凸轮曲线槽11-1的下部活动连接固定座11-2，凸轮曲线槽11-1可以在固定座11-2上横向或纵向移动，固定座11-2的底部固定连接固定架3，凸轮曲线槽11-1的曲线根据实际所需对平面反射镜5调节的曲率进行确定。
下面通过具体实施例详细说明本发明的太阳能线性菲涅尔反射镜随动调节方法：
1)通过紧固螺母9压缩弹簧8带动连接杆6对平面反射镜5的初始曲率进行调节，平面反射镜5的曲率可以通过现行的弦高测量装置进行测量；
2)根据平面反射镜5的随动曲率调节需求，通过凸轮曲线槽11-1与固定座11-2之间的滑动调整曲线调节底架11与平面反射镜5的位置关系，并将凸轮曲线槽11-1固定在固定座11-2上。
3)通过现有的控制系统控制驱动装置使平面反射镜5按照太阳光入射角度进行相应转动，同时，通过连接杆6带动滚珠10在凸轮曲线槽11-1上滚动，由于滚珠10与凸轮曲线槽11-1之间的滚动改变弹簧8的形变量，使平面反射镜5在弹簧8弹力的作用下通过连接杆6完成对平面反射镜5曲率的随动调节。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (7)

1.一种太阳能线性菲涅尔反射镜随动调节方法，其特征在于包括以下步骤：
1)设置一包括有平面反射镜、镜架、调节装置和驱动装置的太阳能线性菲涅尔反射镜随动调节机构；所述调节装置设置有连接杆、滚珠、弹簧和曲线调节底架，所述连接杆的下部穿设所述弹簧，所述连接杆的底部固定设置所述滚珠，所述滚珠滚动设置在所述曲线调节底架顶部，所述曲线调节底架通过固定架支撑固定；
2)通过镜架调节平面反射镜的初始曲率；
3)根据平面反射镜的随动曲率调节需求，确定调节装置的位置；
4)驱动装置驱动镜架旋转进而控制平面反射镜跟踪太阳，同时完成对反射镜曲率的随动调节，实现太阳光收集。
2.如权利要求1所述的一种太阳能线性菲涅尔反射镜随动调节方法，其特征在于，通过镜架调节平面反射镜的初始曲率的具体过程为：通过调节一紧固螺母压缩弹簧，带动连接杆对平面反射镜的初始曲率进行调节。
3.如权利要求1所述的一种太阳能线性菲涅尔反射镜随动调节方法，其特征在于，确定调节装置的位置，完成对反射镜曲率的随动调节的具体过程为：根据平面反射镜的随动曲率调节需求，确定曲线调节底架与平面反射镜的位置关系，并将曲线调节底架进行固定。
4.如权利要求1所述的一种太阳能线性菲涅尔反射镜随动调节方法，其特征在于，驱动装置驱动镜架旋转进而控制平面反射镜跟踪太阳，同时完成对反射镜曲率的随动调节，实现太阳光收集，具体过程为：驱动装置驱动镜架转动使得平面反射镜按照太阳光入射角度进行相应转动，同时通过连接杆带动滚珠在曲线调节底架中的凸轮曲线槽上滚动，由于滚珠与凸轮曲线槽之间的滚动改变弹簧的形变量，使平面反射镜在弹簧弹力的作用下通过连接杆完成对反射镜曲率的随动调节。
5.一种实现如权利要求1～4任一项所述太阳能线性菲涅尔反射镜随动调节方法的太阳能线性菲涅尔反射镜随动调节机构，其特征在于，该调节机构包括一镜架、一平面反射镜和若干调节装置；每一所述调节装置均包括一连接杆、一滚珠、一弹簧和一曲线调节底架；
所述镜架向外延伸设置一连接轴，所述连接轴固定连接一驱动装置，所述驱动装置的外壳与一固定架固定连接；所述镜架顶部两侧对称设置有用于对所述平面反射镜进行支撑的若干调节支撑杆；
每一所述连接杆顶部固定连接一用于固定连接所述平面反射镜的支撑板，每一所述连接杆的下部穿过所述镜架底部并活动穿设所述弹簧，所述弹簧的一端通过所述镜架限位，所述弹簧的另一端通过一紧固螺母限位，每一所述连接杆的底部均固定设置一所述滚珠，每一所述滚珠滚动设置在所述曲线调节底架顶部，所有所述曲线调节底架均通过所述固定架支撑固定。
6.如权利要求5所述的一种太阳能线性菲涅尔反射镜随动调节机构，其特征在于，所述镜架包括若干倒三角镜框、两顶部连接管和一底部连接管，所有所述倒三角镜框纵向间隔平行设置，所有所述倒三角镜框的两侧分别固定连接一所述顶部连接管，两所述顶部连接管上对称设置有若干用于穿设固定所述调节支撑杆的通孔，每一所述倒三角镜框均包括两斜杆和一横杆，两所述斜杆的一端通过所述底部连接管固定连接，两所述斜杆的另一端分别固定连接所述横杆的两端，所述底部连接管上还间隔设置有与所述连接杆数量相同且用于供所述连接杆穿过的贯穿孔。
7.如权利要求5所述的一种太阳能线性菲涅尔反射镜随动调节机构，其特征在于，每一所述曲线调节底架均包括一凸轮曲线槽和一固定座，所述滚珠放置在所述凸轮曲线槽的顶部，所述凸轮曲线槽的底部通过所述固定座固定连接所述固定架，所述凸轮曲线槽的曲线根据实际所需对所述平面反射镜调节的曲率进行确定。
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