CN110530036A - 一种复合结构支撑臂及采用该支撑臂的槽式太阳能集热器 - Google Patents
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Abstract
本发明属于太阳能热发电利用领域，具体涉及一种复合结构支撑臂及采用该支撑臂的槽式太阳能集热器。本发明支撑臂具有楔形形状且由两部分组成，第一部分是由模具冲压而成的具有网格框架结构的第二支撑段，第二部分是由轻型型钢焊接而成的第一支撑段，两部分间通过固定铆接或焊接方式连接。由于本发明支撑臂采用了第二支撑段和第一支撑段组合的形式，较采用纯第一支撑段的槽式集热器支撑臂易加工、精度高、重量轻，减少了焊接量，能降低采用该支撑臂的槽式太阳能集热器成本。此外本发明通过在第二支撑段与第一支撑段铆接，减小了第一支撑段的尺寸，易于加工和运输。
Description
技术领域
本发明属于太阳能光热发电利用领域，具体涉及一种复合结构支撑臂及采用该支撑臂的槽式太阳能集热器。
背景技术
槽式太阳能热发电技术中，集热器是将太阳辐射能转换为热能的核心设备，主要原理是利用集热器上的反射镜将太阳光反射至位于反射镜焦线处的集热管表面。为保证反射镜能稳定的将太阳光反射至集热管，一般反射镜背面都设置有钢结构支撑，保证在各种运行工况下的反射镜弧度。目前钢结构支撑的大多方案是采用不同类型型钢(如方钢、扁钢、工字钢或钢管等)通过焊接、螺栓或铆接连接的方式制成具有一定形状的支撑臂。这种结构抗扭性强，能够满足集热器在风载及重力条件下的刚度要求，但同时存在三个影响成本的因素：1)重量较重，钢材耗量较大；2)工厂焊接量大，加工精度要求高，组装工艺流程复杂；3)较难在加工中获得一致性很好并能满足反射镜弧度的形状，造成集热器组装调试时的工作量较大。如上所述特点造成目前集热器组装流程复杂，成本较高。
针对上述问题，已有方案提出了采用冲压件代替上述焊接件作为支撑臂的思路，如中国专利CN 101305247 A和美国专利US 2009/0194657 A1。由于冲压件重量轻、生产效率高、控制精度好，很好的解决了焊接件支撑臂的诸多缺点。但此方案仍然存在不足，此方案仅针对固定尺寸的集热器及其支撑臂，当集热器开口尺寸增大后，对大开口尺寸集热器的支撑臂如果还需要采用冲压件时，冲压机很难保证生产效率及精度以及成本控制要求。此外，由于目前市场上集热器尺寸多种多样，造成了支撑臂尺寸并不一致，目前的冲压件支撑臂方案仅能满足一种尺寸的集热器，对于其他尺寸集热器的支撑臂，由于尺寸不一致，需要重新开发模具，造成冲压件无法享受规模效应带来的成本降低。
因此，针对目前存在问题，设计一个低成本，普适性的支撑臂及其集热器是亟待解决的问题。
发明内容
为解决现有技术的支撑臂不能适用多种集热器的问题，本发明提供一种复合结构支撑臂及采用该支撑臂的槽式太阳能集热器。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种复合结构支撑臂，用于支撑槽式太阳能集热器，所述支撑臂包括第一支撑段和第二支撑段；第二支撑段设置在第一支撑段的端部；
所述第一支撑段是由多个型钢焊接而成的网格框架，第一支撑段上设置有若干个用于支撑反射镜的点型支撑件；若干点型支撑件通过高度不同以适配反射镜的弧度；
所述第二支撑段是由板件冲压而成的型材框架，第二支撑段上部形状为与反射镜相匹配的弧线；第二支撑段上设置有若干个用于支撑反射镜的支撑件。
优选地，所述第一支撑段包括：
第一端，第一端包括第一型钢，第一型钢上设置所述点型支撑件；
第二端，第二端包括第二型钢，第二型钢上设置有至少两个与第二支撑段连接的第一连接点；
第三端；第三端包括第三型钢，第二型钢连接第一型钢和第三型钢；
及第四端，第四端是由第一型钢和第三型钢的端部构成的用于连接至中央连接件的连接处。
优选地，所述第一支撑段还包括第四型钢和第五型钢，第四型钢一端和第五型钢一端分别连接第三型钢的端部，第四型钢另一端和第五型钢另一端连接后并与第一型钢连接。
优选地，所述第二支撑段包括：
第一边，第一边上设置有若干个用于支撑反射镜的支撑件；第一边形状为与反射镜相匹配的弧线；
第二边，边上设置有至少两个与第一连接点连接的第二连接点，该连接点对应第一支撑段的第一连接点；
及第三边，第三边连接第一边和第二边。
优选地，所述第二支撑段上至少包括一个三角形或梯形或圆形或其他不规则形状的贯穿孔。
优选地，所述支撑臂的第一支撑段部分的俯视图中投影宽度为5-30mm；第二支撑段部分的投影宽度为1-3mm；所述支撑臂的投影总长度为a，其中第一支撑段的投影长度为0.25a～0.75a。
一种采用所述复合结构支撑臂的槽式太阳能集热器，还包括中央连接件、反射镜、集热管支撑和集热管；多个所述复合结构支撑臂的第一支撑段与中央连接件连接，反射镜设置在第一支撑段和第二支撑段上；集热管支撑设置在中央连接件上，集热管设置在集热管支撑上；所述反射镜具有弧度，能将太阳光反射至集热管表面。
优选地，所述中央连接件为与第一支撑段的第四端连接的扭矩框结构，且扭矩框与第一支撑段连接侧的边长不大于第二支撑段第四端的边长。
优选地，所述集热器还包括用于支撑包括支撑臂、中央连接件、反射镜、集热管支撑和集热管的立柱和用于驱动集热器跟踪太阳运动的液压驱动装置。
优选地，所述集热管包括内部金属管和外部玻璃管，经反射镜反射的太阳辐射透过玻璃管，汇聚在吸热管内管金属管外表面，金属管外表面有吸收涂层。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
与纯第一支撑段方案相比，本发明靠近中央连接件扭矩框的内段支撑臂使用第一支撑段，远离中央连接件扭矩框的外段支撑臂使用第二支撑段，降低了支撑臂的钢材总用量，控制了外端支撑臂的变形，降低了整个支撑臂的尺寸从而降低了支撑臂运输成本。此外由于内侧反射镜对整个集热器光热转化的贡献高于外侧反射镜，在内侧支撑臂上使用沿集热器弧线方向较小尺寸的焊接结构，相对全部采用焊接结构，可以较易控制内端支撑臂的焊接精度，减少反射镜因面型误差造成的光学效率降低。与纯第二支撑段相比，本发明仅在支撑臂的外侧部分采用第二支撑段，由于第二支撑段尺寸较小，对冲压机模具的要求降低。当集热器或支撑臂尺寸变化时，无需再改变第二支撑段的尺寸，重新设计冲压机，仅需将内部第一支撑段的尺寸拉长或缩短，支撑臂的适应性大幅增加。当第一支撑段和第二支撑段间利用固定铆接，可在拟建设的电站组装车间现场完成。因此无需在生产支臂的工厂中将整片支撑臂制成，可分片运至现场组装，以降低运输成本。
采用该支撑臂的槽式太阳能集热器，由于本发明支撑臂采用了第二支撑段和第一支撑段组合的形式，较采用纯第一支撑段的槽式集热器支撑臂易加工、精度高、重量轻，减少了焊接量，能降低采用该支撑臂的槽式太阳能集热器成本。此外本发明通过在第二支撑段与第一支撑段铆接，减小了第一支撑段的尺寸，易于加工和运输。
附图说明
图1为本发明支撑臂的示意图。
图2为本发明第一支撑段示意图。
图3为本发明第二支撑段的示意图。
图4为采用本发明支撑臂的集热器示意图。
图5为支撑臂及其俯视图。
具体实施方式
本发明提供了一种复合结构支撑臂，及采用该支撑臂的槽式太阳能集热器，下面结合具体实施方式对本发明做进一步说明。
实施例1
如图1至图3所示，本发明一种用于槽式太阳能集热器的复合结构支撑臂，所述支撑臂具有楔形形状且由两部分组成，第一部分是型钢焊接而成的第一支撑段1，第二部分是模具冲压而成的具有网格框架结构的第二支撑段2，两部分间通过固定铆接或焊接或螺栓方式连接。
所述支撑臂包括第一支撑段1和第二支撑段2；第二支撑段2设置在第一支撑段1的端部；
所述第一支撑段1是由多个型钢焊接而成的框架，第一支撑段1上设置有若干个用于支撑反射镜4的点型支撑件101；若干点型支撑件101通过高度不同以适配反射镜4的弧度；
所述第二支撑段2是由板件冲压而成的框架，第二支撑段2上部形状为与反射镜4相匹配的弧线；第二支撑段2上设置有若干个用于支撑反射镜4的支撑件201。
其中，所述第一支撑段1形状具有：
所述第一支撑段1包括：
第一端10，第一端10包括第一型钢，第一型钢上设置所述点型支撑件101；
第二端13，第二端13包括第二型钢，第二型钢上设置有至少两个与第二支撑段2连接的第一连接点131；
第三端12；第三端12包括第三型钢，第二型钢连接第一型钢和第三型钢；
及第四端11，第四端11是由第一型钢和第三型钢的端部构成的用于连接至中央连接件3的连接处。
所述第一支撑段1还包括第四型钢和第五型钢，第四型钢一端和第五型钢一端分别连接第三型钢的端部，第四型钢另一端和第五型钢另一端连接后并与第一型钢连接。进而形成由多个三角形构成的第一支撑段1。
所述第二支撑段2形状具有：
第一边20，边上设置有2-4个支撑反射镜的面型支撑件201；
第二边21，边上设置有至少2个与第二支撑段1连接的第二连接点211，该连接点对应第一支撑段1的第一连接点131；
及第三边22。
所述第一支撑段1的组成部件型钢为圆钢、方钢、扁钢、槽钢中或其他形状截面型钢的一种或其任意组合。
所述第二支撑段2网格至少包括一个三角形或梯形或圆形或其他不规则形状的贯穿孔。所述第一支撑段第一端10适配通过面型支撑件101连接的反射镜4的弧度。所述第二支撑段2为压制成型的具有支撑肋作用的板件。所述第二支撑段2第一边20、第二边21和第三边22之间为冲压成型的不规则多边形的冲压孔。所述面型支撑件201的高度为固定值，第二支撑段第一边20具有抛物线弧线，以适配反射镜4的弧度。所述第一支撑段1第二端13上的第一连接点131和第二支撑段2第二边21上的第二连接点211位置能够重合，以使支撑臂第一支撑段1和第二支撑段2通过固定铆接或焊接或螺栓方式连接，保证整个支撑臂具有满足反射镜弧度的形状。所述第一支撑段1和第二支撑段2的材料为热镀锌碳钢或其他防腐工艺的金属材料。
所述支撑臂的第一支撑段1部分的俯视图中投影宽度为5-30mm；第二支撑段2部分的投影宽度为1-3mm。所述支撑臂的投影总长度为a，其中第一支撑段1的投影长度为0.25a～0.75a。
实施例2
如图4至图5所示，本发明还公开了一种采用所述支撑臂的槽式太阳能集热器，还包括中央连接件3、反射镜4、集热管支撑5、集热管6。
所述中央连接件为可与第一支撑段第四端11连接的扭矩框结构或扭矩管结构，且扭矩框或扭矩管与第一支撑段1连接侧的边长不大于第二支撑段第四端的边长。当第一支撑段1和第二支撑段2位置调换后，即当内部半段支撑翼采用第二支撑段，外部采用第一支撑段，所述中央连接件3可与调换位置后的第二支撑段1第四端11连接扭矩框3是由若干片扭矩片通过焊接或铆接成截面具有一定形状的扭矩框，所述扭矩框的截面形状为正方形或长方形或其他多边形。
所述扭矩管是由焊接钢管组成。所述反射镜4具有一定弧度，能将太阳光反射至集热管表面。所述集热管支撑5可在沿集热管轴线6方向上小幅摆动，满足集热管在温度变化中的热膨胀。所述集热管6设置在集热管支撑5上，集热管6内有水、导热油、熔盐或者其他传热流体流动。集热器还包括用于支撑包括支撑臂1、2、中央连接件3、反射镜4、集热管支撑5和集热管6的立柱和用于驱动集热器跟踪太阳运动的液压驱动装置。
实施例3
如图1至图3所示，本发明的一种复合结构支撑臂，包括靠近中央连接件的内段第一支撑段1和远离中央连接件扭矩框的外段第二支撑段2，二者靠焊接、螺栓或铆接连接。
其中第一支撑段1包括第一端10、第四端11、第三端12和第二端13。第一端10上设置2-4个支撑件101，用以将反射镜连接在支撑臂上；第四端11上设置2个连接装置，使支撑臂可以连接至中央连接件；第二端13上设置有2个与第二支撑段连接的第一连接点131，使第一支撑段和第二支撑段相连。第一支撑段的组成部件型钢为圆钢、方钢、扁钢、槽钢中或其他形状截面型钢的一种或其任意组合。所述材料为热镀锌碳钢或其他防腐工艺的金属材料。
其中，第二支撑段2包括第一边20、第二边21和第三边22。第一边20上设置2-4个支撑件201，用以将反射镜连接在支撑臂上，第一边20还具有抛物线弧线，以适配反射镜的弧度。第二边上设置有21个与第二支撑段连接的第二连接点211，使第一支撑段和第二支撑段相连。第二支撑段网格至少包括一个三角形或梯形或圆形或其他不规则形状的贯穿孔，使之成为具有支撑肋作用的板件。
实施例4
如图4所示，本发明的槽式集热器横断面图，包括由内端第一支撑段1和外端第二支撑段2组合而成的支撑臂，由型钢连接构成的中央连接件扭矩框3，以及集热管支撑5和集热管6。集热器在液压驱动的推动下，跟踪太阳运动，依靠紧固在集热器支撑臂上的反射镜4来反射入射太阳辐射，汇聚在集热管6外壁，集热管6由内部金属管和外部玻璃管构成，经反射镜反射的太阳辐射透过玻璃管，汇聚在吸热管内管金属管外表面，金属管外表面有吸收涂层。集热管内流动的传热流体被加热后升温，收集太阳能。
在工厂内加工图中集热器支撑臂。其中支撑臂内端(指靠近中央连接件3的一侧)的第一支撑段1采用特定的工装夹具完成焊接，以满足在集热器周向和横向的加工精度要求。
同时在工厂内完成第二支撑段2的加工，第二支撑段的尺寸外形等精度依靠模具来控制。
在工厂内焊接加工完成中央扭矩框的加工，中央扭矩框一般由多个扭矩片，具体数量取决于界面形状。本专利附图中中央扭矩框界面为矩形，则有四片扭矩片构成，在工厂内特定工装上焊接完成四个独立的扭矩片的焊接。扭矩片运输至拟建设电站的现场组装车间内。
在工厂内完成反射镜4、集热管支持5以及集热管6等其他部件的加工生产，运输至拟建设电站的现场组装车间内。
在组装车间内完成扭矩框的整体拼装、扭矩框与支撑臂的连接以及集热管支撑件和反射镜的组装，完成检测后，通过专有运输工具，运输至安装集热器的厂址位置，再安装集热管液压驱动等，便可收集太阳能。
本发明支撑臂具有楔形形状且由两部分组成，第一部分是由模具冲压而成的具有网格框架结构的第二支撑段，第二部分是由轻型型钢焊接而成的第一支撑段，两部分间通过固定铆接或焊接方式连接。由于本发明支撑臂采用了第二支撑段和第一支撑段组合的形式，较采用纯第一支撑段的槽式集热器支撑臂易加工、精度高、重量轻，减少了焊接量，能降低采用该支撑臂的槽式太阳能集热器成本。此外本发明通过在第二支撑段与第一支撑段铆接，减小了第一支撑段的尺寸，易于加工和运输。
以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方案进行修改或者等同替换，而这些并未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (10)
1.一种复合结构支撑臂，用于支撑槽式太阳能集热器，其特征在于，所述支撑臂包括第一支撑段(1)和第二支撑段(2)；第二支撑段(2)设置在第一支撑段(1)的端部；
所述第一支撑段(1)是由多个型钢焊接而成的网格框架，第一支撑段(1)上设置有若干个用于支撑反射镜(4)的点型支撑件(101)；若干点型支撑件(101)通过高度不同以适配反射镜(4)的弧度；
所述第二支撑段(2)是由板件冲压而成的型材框架，第二支撑段(2)上部形状为与反射镜(4)相匹配的弧线；第二支撑段(2)上设置有若干个用于支撑反射镜(4)的支撑件(201)。
2.根据权利要求1所述的复合结构支撑臂，其特征在于，所述第一支撑段(1)包括：
第一端(10)，第一端(10)包括第一型钢，第一型钢上设置所述点型支撑件(101)；
第二端(13)，第二端(13)包括第二型钢，第二型钢上设置有至少两个与第二支撑段(2)连接的第一连接点(131)；
第三端(12)；第三端(12)包括第三型钢，第二型钢连接第一型钢和第三型钢；
及第四端(11)，第四端(11)是由第一型钢和第三型钢的端部构成的用于连接至中央连接件(3)的连接处。
3.根据权利要求2所述的复合结构支撑臂，其特征在于，所述第一支撑段(1)还包括第四型钢和第五型钢，第四型钢一端和第五型钢一端分别连接第三型钢的端部，第四型钢另一端和第五型钢另一端连接后并与第一型钢连接。
4.根据权利要求1所述的复合结构支撑臂，其特征在于，所述第二支撑段(2)包括：
第一边(20)，第一边(20)上设置有若干个用于支撑反射镜(4)的支撑件(201)；第一边(20)形状为与反射镜(4)相匹配的弧线；
第二边(21)，边上设置有至少两个与第一连接点(131)连接的第二连接点(211)，该连接点对应第一支撑段(1)的第一连接点(131)；
及第三边(22)，第三边(22)连接第一边(20)和第二边(21)。
5.根据权利要求4所述的复合结构支撑臂，其特征在于，所述第二支撑段(2)上至少包括一个三角形或梯形或圆形或其他不规则形状的贯穿孔。
6.根据权利要求1所述的复合结构支撑臂，其特征在于，所述支撑臂的第一支撑段(1)部分的俯视图中投影宽度为5-30mm；第二支撑段(2)部分的投影宽度为1-3mm；所述支撑臂的投影总长度为a，其中第一支撑段(1)的投影长度为0.25a～0.75a。
7.一种采用如权利要求1-6任意一项所述复合结构支撑臂的槽式太阳能集热器，其特征在于，还包括中央连接件(3)、反射镜(4)、集热管支撑(5)和集热管(6)；多个所述复合结构支撑臂的第一支撑段(1)与中央连接件(3)连接，反射镜(4)设置在第一支撑段(1)和第二支撑段(2)上；集热管支撑(5)设置在中央连接件(3)上，集热管(6)设置在集热管支撑(5)上；所述反射镜(4)具有弧度，能将太阳光反射至集热管(6)表面。
8.根据权利要求7所述槽式太阳能集热器，其特征在于，所述中央连接件为与第一支撑段(11)的第四端连接的扭矩框结构，且扭矩框与第一支撑段(1)连接侧的边长不大于第二支撑段第四端(11)的边长。
9.根据权利要求7所述槽式太阳能集热器，其特征在于，所述集热器还包括用于支撑包括支撑臂、中央连接件(3)、反射镜(4)、集热管支撑(5)和集热管(6)的立柱和用于驱动集热器跟踪太阳运动的液压驱动装置。
10.根据权利要求7所述槽式太阳能集热器，其特征在于，所述集热管(6)包括内部金属管和外部玻璃管，经反射镜反射的太阳辐射透过玻璃管，汇聚在吸热管内管金属管外表面，金属管外表面有吸收涂层。
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