CN114576869B - 一种动力吸振与阻尼耗能的低振动碟式太阳能聚光装置 - Google Patents

一种动力吸振与阻尼耗能的低振动碟式太阳能聚光装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种动力吸振与阻尼耗能的低振动碟式太阳能聚光装置，包括由辐射梁阵列支撑的聚光器、支撑桁架、双轴跟踪装置、液动耗能装置、若干阻尼器Ⅲ和阻尼器Ⅰ、若干动力吸振器和若干拉紧器等；液动耗能装置包括固定在支撑桁架末端的箱体Ⅰ、固定在支撑桁架上且靠近双轴跟踪装置顶端铰接点的箱体Ⅱ、控制箱体Ⅰ和箱体Ⅱ液量的液压泵站；动力吸振器分别固定在各辐射梁外端和支撑桁架伸出末端；阻尼器Ⅰ两个分别并列于丝杆驱动装置两侧且与丝杆轴线平行，其两端铰接轴分别与丝杆驱动装置的两端铰接销轴共轴。本发明通过增加阻尼器和拉紧器，在结构大振幅位置增加动力吸振器和液动耗能装置，低成本的实现风载作用下碟式聚光装置的结构减振。

Description

一种动力吸振与阻尼耗能的低振动碟式太阳能聚光装置
技术领域
本发明属于太阳能聚光热发电领域，尤其是涉及一种动力吸振与阻尼耗能的低振动碟式太阳能聚光装置。
背景技术
太阳能是清洁环保和分布广泛的可再生能源。碟式/斯特林热发电是通过抛物碟式聚光系统将太阳光能聚集到接收器上，加热接收器内流体工质，进而驱动斯特林热机并带动发电机进行发电的新能源清洁发电技术。它具有光-电转换效率高、布置灵活和模块化程度高等优点，既可用于大规模集成并网供电，又可用于分布式独立供电，特别适合偏远与边防地区，是目前太阳能高品位光热发电的重要方式之一。
碟式太阳能聚光装置是为斯特林热机提供高品质能量源泉的光学聚能装置，但其迎风面积大且结构质量重，服役时易受风载作用产生结构变形而降低聚光精度，造成聚焦能量分布品质恶化，显著降低整机的发电效率，更为严重的将导致接收器局部产生高温而烧穿管壁等安全问题，已成为制约碟式热发电系统安全高效发电运行的重要瓶颈。现有技术中（例如中国专利申请号201220209967.7和申请号201410288615.9），典型结构的碟式聚光装置通常包括聚光器、一端与聚光器的中心固定体固定连接的支撑桁架、固定于地基的支撑立柱、安装在支撑立柱顶部的高度-方位双轴跟踪装置；该聚光器包括沿中心固定体圆周阵列固定的若干辐射梁、连接相邻辐射梁的连接杆、安装在辐射梁和连接杆上的若干反射镜单元；该高度-方位双轴跟踪装置包括连接在支撑立柱顶端的方位旋转装置、安装在方位旋转装置另一端并同轴布置的可动支撑柱，可动支撑柱的顶端与支撑桁架销轴铰接、两端分别与可动支撑柱的下方侧面和支撑桁架进行销轴铰接的丝杆驱动装置，从而形成三角形俯仰机构，驱动聚光器高度角的改变。而用于热能-机械能-电能转换的斯特林热发电装置安装在支撑桁架另一末端且位于聚光器反射镜面焦点位置。由于现有技术中碟式聚光装置的结构阻尼小，在脉动风载荷作用下其振动明显，对聚光性能影响显著。同时，现有结构设计时更多关注其结构强度问题和静变形问题，对振动及其减振关注很少。因此，从风载作用下结构减振的角度，发明创造风载作用下低振动的碟式太阳能聚光装置，“稳定”聚光装置的聚光精度性能，对实现碟式热发电系统安全、高效发电运行尤为重要，也是产业发展亟需解决的重要瓶颈问题之一。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种结构简单的动力吸振与阻尼耗能的低振动碟式太阳能聚光装置，它是通过在高度角驱动的丝杆驱动装置并列阻尼器，在聚光装置的大振幅位置增加动力吸振器和液动减振箱；并将聚光器外端与支撑桁架通过带阻尼的拉紧器进行相连接，即增加了结构刚度又增加了阻尼，低成本的实现风载作用下碟式太阳能聚光装置的结构减振，“稳定”其聚光精度性能。
本发明采用的技术方案是：一种动力吸振与阻尼耗能的低振动碟式太阳能聚光装置，包括聚光器、一端与聚光器的中心固定体固定连接的支撑桁架、安装在支撑桁架伸出末端并接收聚光器聚集太阳光能的吸热器或斯特林热发电装置、固定于地基的支撑立柱、安装在支撑立柱顶部的高度-方位双轴跟踪装置；所述的聚光器包括沿中心固定体圆周阵列固定的若干辐射梁、连接相邻辐射梁的连接杆、安装在辐射梁和连接杆上的若干反射镜单元；所述的高度-方位双轴跟踪装置包括连接在支撑立柱顶端的方位旋转装置、安装在方位旋转装置另一端并同轴布置的可动支撑柱，可动支撑柱的顶端与支撑桁架销轴铰接、两端分别与可动支撑柱的下方侧面和支撑桁架进行销轴铰接的丝杆驱动装置；它还包括液动耗能装置、采用阻尼耗能的若干阻尼器Ⅲ和阻尼器Ⅰ、若干动力吸振器和若干拉紧器；所述的液动耗能装置包括固定在支撑桁架伸出末端附近的箱体Ⅰ、固定在支撑桁架上且靠近可动支撑柱的顶端铰接点的箱体Ⅱ、为箱体Ⅰ和箱体Ⅱ提供液体并对其液量进行调节的液压泵站；所述的动力吸振器分别固定安装在聚光器中各辐射梁的最外端和支撑桁架的伸出末端附近，用于吸收风载荷引起的结构振动能量；所述的阻尼器Ⅲ的两端分别与辐射梁末端下方和最外环连接杆的中心进行球铰接；所述的阻尼器Ⅰ有两个，分别并列于丝杆驱动装置的左右两侧且与丝杆轴线平行，阻尼器Ⅰ两端的铰接轴分别与丝杆驱动装置的两端铰接销轴共轴，用于增加高度角驱动机构的阻尼；所述的拉紧器的两端分别与辐射梁的末端和支撑桁架连接，且各辐射梁的末端均设有拉紧器。
上述的动力吸振与阻尼耗能的低振动碟式太阳能聚光装置中，所述的中心固定体的内部设置若干隔板形成若干封闭的容腔，各容腔与液压泵站连通并由其提供液压介质。
上述的动力吸振与阻尼耗能的低振动碟式太阳能聚光装置中，所述的拉紧器为棒杆或管杆结构，或在杆结构中间安装有阻尼器Ⅱ增强振动能量耗散。
上述的动力吸振与阻尼耗能的低振动碟式太阳能聚光装置中，所述的拉紧器为钢索结构，或在钢索中间安装有阻尼器Ⅱ增强振动能量耗散。
上述的动力吸振与阻尼耗能的低振动碟式太阳能聚光装置中，所述的各阻尼器采用的是液压型的粘滞阻尼器。
上述的动力吸振与阻尼耗能的低振动碟式太阳能聚光装置中，所述的辐射梁中靠近末端的腹杆采用矩形管或圆形管等截面封闭的型材与上下弦杆密封焊接，且腹杆的管内填充有阻尼颗粒；所述的支撑桁架靠近伸出末端的腹杆采用矩形管或圆形管型材，且该腹杆的管内填充有阻尼颗粒。
上述的动力吸振与阻尼耗能的低振动碟式太阳能聚光装置中，所述的斯特林热发电装置的冷却器采用箱体Ⅱ中的液体介质进行换热控温，箱体Ⅱ中被加热的液体介质对外进行供热，用于生活供热或工业供热。
上述的动力吸振与阻尼耗能的低振动碟式太阳能聚光装置中，所述的箱体Ⅰ和箱体Ⅱ内部填充相变材料，吸热器加热后工质的多余热能通过箱体Ⅰ和箱体Ⅱ的相变材料进行储热，所述的箱体Ⅰ和箱体Ⅱ外部包裹有保温层。
上述的动力吸振与阻尼耗能的低振动碟式太阳能聚光装置中，所述的动力吸振器为弹性钢梁和质量体组成的弹簧-质量装置，该弹性钢梁一端与质量体固定，另外一端用于与待减振作用结构固定连接；所述的弹性钢梁的截面为轴对称形状。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1）本发明在支撑桁架伸出末端附近安装箱体Ⅰ、在支撑桁架上且靠近可动支撑柱的顶端铰接点安装箱体Ⅱ、并将中心固定体的内部设置若干隔板形成若干封闭的容腔；采用液压泵站为箱体Ⅰ、箱体Ⅱ和中心固定体内部各容腔提供液体介质，并可根据风载振动情况调节液量，上述容器内液体振动可以吸收振动能量，达到减振效果；
2）本发明采用动力吸振器分别固定安装在聚光器中各辐射梁的最外端和支撑桁架的伸出末端附近，用于吸收风载荷引起的结构振动能量；
3）本发明将两个阻尼器Ⅰ分别并列于丝杆驱动装置的左右两侧且与丝杆轴线平行，阻尼器Ⅰ两端的铰接轴分别与丝杆驱动装置的两端铰接销轴共轴，用于增加高度角驱动机构的阻尼，实现减振；
4）本发明将拉紧器的两端分别与辐射梁的末端和支撑桁架连接，且各辐射梁的末端均设有拉紧器，即增加了结构刚度又增加了阻尼，低成本的实现风载作用下碟式太阳能聚光装置的结构减振，“稳定”其聚光精度性能；
5）本发明的辐射梁中靠近末端的腹杆采用矩形管或圆形管等截面封闭的型材与上下弦杆密封焊接，且腹杆的管内填充有阻尼颗粒；支撑桁架靠近伸出末端的腹杆采用矩形管或圆形管型材，且该腹杆的管内填充有阻尼颗粒，通过振动状态下管内的弹性颗粒碰撞吸收振动能量，实现结构减振。
附图说明
图1为本发明的动力吸振与阻尼耗能的低振动碟式太阳能聚光装置结构示意图。
图2为现有技术的碟式太阳能聚光装置的轴侧图。
图3为本发明的碟式太阳能聚光装置中聚光器轴侧图。
图4为图3中辐射梁的轴侧图。
图5为图3中中心固定体的轴侧图。
图中：1-吸热器或斯特林热发电装置；2-支撑桁架；3-丝杆驱动装置；4-可动支撑柱；5-聚光器；501-辐射梁；502-连接杆；503-中心固定体；504-阻尼器Ⅲ；505-腹杆；506-隔板；507-容腔；6-支撑立柱；7-液动耗能装置；701-箱体Ⅰ；702-箱体Ⅱ；703-液压泵站；801-动力吸振器Ⅰ；802-动力吸振器Ⅱ；9-阻尼器Ⅰ；10-拉紧器；101-拉杆；102-阻尼器Ⅱ；11-方位旋转装置。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
如图1-图3所示，本发明包括聚光器5、一端与聚光器5的中心固定体503固定连接的支撑桁架2、安装在支撑桁架2的伸出末端并接收聚光器5聚集太阳光能的吸热器或斯特林热发电装置1、固定于地基的支撑立柱6、安装在支撑立柱6顶部的高度-方位双轴跟踪装置；所述的聚光器5包括沿中心固定体503圆周阵列固定的若干辐射梁501、连接相邻辐射梁501的连接杆502、安装在辐射梁501和连接杆502上的若干反射镜单元；所述的高度-方位双轴跟踪装置包括连接在支撑立柱6顶端的方位旋转装置11、安装在方位旋转装置11另一端并同轴布置的可动支撑柱4，可动支撑柱4的顶端与支撑桁架2进行销轴铰接、两端分别与可动支撑柱4的下方侧面和支撑桁架2进行销轴铰接的丝杆驱动装置3。
如图1所示，本发明还包括液动耗能装置7、采用阻尼耗能的若干阻尼器Ⅲ504和阻尼器Ⅰ9、若干动力吸振器和若干拉紧器10；所述的液动耗能装置7包括固定在支撑桁架2伸出末端附近的箱体Ⅰ701、固定在支撑桁架2上且靠近可动支撑柱4的顶端铰接点的箱体Ⅱ702、为箱体Ⅰ701和箱体Ⅱ702提供液体并对其液量进行调节的液压泵站703；并可根据风载振动情况调节液量，上述容器内液体振动可以吸收振动能量，达到减振效果。所述的若干动力吸振器包括分别固定安装在聚光器中各辐射梁最外端的动力吸振器Ⅰ801，以及安装在支撑桁架的伸出末端附近的动力吸振器Ⅱ802，用于吸收风载荷引起的结构振动能量；所述的阻尼器Ⅲ504的两端分别与辐射梁501末端下方和最外环连接杆502的中心进行球铰接；所述的阻尼器Ⅰ9有两个，分别并列于丝杆驱动装置3的左右两侧且与丝杆轴线平行，阻尼器Ⅰ9两端的铰接轴分别与丝杆驱动装置3的两端铰接销轴共轴，用于增加高度角驱动机构的阻尼，实现减振。所述的拉紧器10的两端分别与辐射梁501的末端和支撑桁架2连接，且各辐射梁501的末端均设有拉紧器10，即增加了结构刚度又增加了阻尼，低成本的实现风载作用下碟式太阳能聚光装置的结构减振，“稳定”其聚光精度性能。
优选的，如图5所示，所述的中心固定体503的内部设置若干隔板506形成若干封闭的容腔507，各容腔507与液压泵站703连通并由其提供液压介质。
优选的，如图1所示，所述的拉紧器10为棒杆或管杆结构，或在杆结构中间安装有阻尼器Ⅱ102增强振动能量耗散；所述的拉紧器10为钢索结构，或在钢索中间安装有阻尼器Ⅱ102增强振动能量耗散；所述的各阻尼器采用的是液压型的粘滞阻尼器。
优选的，如图2和图4所示，所述的辐射梁501中靠近末端的腹杆505采用矩形管或圆形管等截面封闭的型材与上下弦杆密封焊接，且腹杆的管内填充有阻尼颗粒；所述的支撑桁架2靠近伸出末端的腹杆采用矩形管或圆形管型材，且该腹杆的管内填充有阻尼颗粒，通过振动状态下管内的弹性颗粒碰撞吸收振动能量，实现结构减振。
优选的，所述的斯特林热发电装置1的冷却器采用箱体Ⅱ702中的液体介质进行换热控温，箱体Ⅱ702中被加热的液体介质对外进行供热，用于生活供热或工业供热。
优选的，所述的箱体Ⅰ701和箱体Ⅱ702内部填充相变材料，吸热器1加热后工质的多余热能通过箱体Ⅰ701和箱体Ⅱ702内部的相变材料进行储热，所述的箱体Ⅰ701和箱体Ⅱ702外部包裹有保温层。
优选的，所述的动力吸振器（包含动力吸振器Ⅰ801和动力吸振器Ⅱ802）为弹性钢梁和质量体组成的弹簧-质量装置，该弹性钢梁一端与质量体固定，另外一端用于与待减振作用结构固定连接；所述的弹性钢梁的截面为轴对称形状。

Claims (7)

1.一种动力吸振与阻尼耗能的低振动碟式太阳能聚光装置，包括聚光器、一端与聚光器的中心固定体固定连接的支撑桁架、安装在支撑桁架伸出末端并接收聚光器聚集太阳光能的吸热器或斯特林热发电装置、固定于地基的支撑立柱、安装在支撑立柱顶部的高度-方位双轴跟踪装置；所述的聚光器包括沿中心固定体圆周阵列固定的若干辐射梁、连接相邻辐射梁的连接杆、安装在辐射梁和连接杆上的若干反射镜单元；所述的高度-方位双轴跟踪装置包括连接在支撑立柱顶端的方位旋转装置、安装在方位旋转装置另一端并同轴布置的可动支撑柱，可动支撑柱的顶端与支撑桁架销轴铰接、两端分别与可动支撑柱的下方侧面和支撑桁架进行销轴铰接的丝杆驱动装置；其特征在于：它还包括液动耗能装置、采用阻尼耗能的若干阻尼器Ⅲ和阻尼器Ⅰ、若干动力吸振器和若干拉紧器；所述的液动耗能装置包括固定在支撑桁架伸出末端附近的箱体Ⅰ、固定在支撑桁架上且靠近可动支撑柱的顶端铰接点的箱体Ⅱ、为箱体Ⅰ和箱体Ⅱ提供液体并对其液量进行调节的液压泵站；所述的动力吸振器分别固定安装在聚光器中各辐射梁的最外端和支撑桁架的伸出末端附近，用于吸收风载荷引起的结构振动能量；所述的阻尼器Ⅲ的两端分别与辐射梁末端下方和最外环连接杆的中心进行球铰接；所述的阻尼器Ⅰ有两个，分别并列于丝杆驱动装置的左右两侧且与丝杆轴线平行，阻尼器Ⅰ两端的铰接轴分别与丝杆驱动装置的两端铰接销轴共轴，用于增加高度角驱动机构的阻尼；所述的拉紧器的两端分别与辐射梁的末端和支撑桁架连接，且各辐射梁的末端均设有拉紧器；所述的中心固定体的内部设置若干隔板形成若干封闭的容腔，各容腔与液压泵站连通并由其提供液压介质；所述的动力吸振器为弹性钢梁和质量体组成的弹簧-质量装置，该弹性钢梁一端与质量体固定，另外一端用于与待减振作用结构固定连接；所述的弹性钢梁的截面为轴对称形状。
2.根据权利要求1所述的动力吸振与阻尼耗能的低振动碟式太阳能聚光装置，其特征是：所述的拉紧器为棒杆或管杆结构，或在杆结构中间安装有阻尼器Ⅱ增强振动能量耗散。
3.根据权利要求1所述的动力吸振与阻尼耗能的低振动碟式太阳能聚光装置，其特征是：所述的拉紧器为钢索结构，或在钢索中间安装有阻尼器Ⅱ增强振动能量耗散。
4.根据权利要求1或2或3所述的动力吸振与阻尼耗能的低振动碟式太阳能聚光装置，其特征是：所述的各阻尼器采用的是液压型的粘滞阻尼器。
5.根据权利要求1所述的动力吸振与阻尼耗能的低振动碟式太阳能聚光装置，其特征是：所述的辐射梁中靠近末端的腹杆采用矩形管或圆形管等截面封闭的型材与上下弦杆密封焊接，且腹杆的管内填充有阻尼颗粒；所述的支撑桁架靠近伸出末端的腹杆采用矩形管或圆形管型材，且该腹杆的管内填充有阻尼颗粒。
6.根据权利要求1所述的动力吸振与阻尼耗能的低振动碟式太阳能聚光装置，其特征是：所述的斯特林热发电装置的冷却器采用箱体Ⅱ中的液体介质进行换热控温，箱体Ⅱ中被加热的液体介质对外进行供热，用于生活供热或工业供热。
7.根据权利要求1所述的动力吸振与阻尼耗能的低振动碟式太阳能聚光装置，其特征是：所述的箱体Ⅰ和箱体Ⅱ内部填充相变材料，吸热器加热后工质的多余热能通过箱体Ⅰ和箱体Ⅱ的相变材料进行储热，所述的箱体Ⅰ和箱体Ⅱ外部包裹有保温层。
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