GR20190100100A

GR20190100100A - Damper for aerodynamic and aeroelastic stability of solar trackers

Info

Publication number: GR20190100100A
Application number: GR20190100100A
Authority: GR
Inventors: Διονυσιος Ιωαννη Σκαμνακης
Original assignee: Διονυσιος Ιωαννη Σκαμνακης
Priority date: 2019-02-27
Filing date: 2019-02-27
Publication date: 2020-09-16

Abstract

The present invention refers to a stiff damper to correct dynamic behavior of solar trackers and to avoid aeroelastic instabilities, directly related to the natural frequencies of the construction. To avoid operation in instable conditions, a sufficiently stiff damper may be accommodated, not aiming to damping but to changing the dynamics and aeroelastic behavior. In such case significant stiff dampers are in need. For increased stiffness of a viscous damper significant small and long orifice must be used. Such orifice is hard to manufacture, especially in proper tolerances, and although technically feasible, significant expensive in production. In the proposed damper, the necessary throttling is achieved through easily and productively manufactured grooves. Piston is grooved on the side surface while sealing and guides are installed above the groove(s).

Description

ΑΠΟΣΒΕΣΤΗΡΑΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΕΡΟΔΥΝΑΜΙΚΗ ΚΑΙ ΑΕΡΟΕΛΑΣΤΙΚΗ ΕΥΣΤΑΘΕΙΑ ΗΛΙΟΣΤΑΤΩΝ ANTI-SPOILER FOR THE AERODYNAMIC AND AERO-ELASTIC STABILITY OF SOLAR PANELS

ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ DESCRIPTION

Η παρούσα εφεύρεση αφορά σε έναν σκληρό αποσβεστήρα για την διόρθωση της δυναμικής συμπεριφοράς ηλιοστατών και την αποφυγή αεροελαστικής αστάθειας. The present invention relates to a hard damper for correcting the dynamic behavior of heliostats and avoiding aeroelastic instability.

Οι ηλιοστάτες, αναφερόμενοι κυρίως σε φωτοβολταϊκά, είναι μηχανολογικές διατάξεις στις οποίες εγκαθίστανται τα φωτοβολταϊκά στοιχεία, και μέσω μηχανισμού αυτά προσανατολίζονται κατάλληλα σε σχέση με τη θέση του ήλιου ώστε να μεγιστοποιείται η παραγωγή. Η κίνηση του μηχανισμού είναι αργή, αντίστοιχη με την κίνηση του ήλιου, πραγματοποιώντας έναν κύκλο ανά ημέρα. Υπάρχουν αρκετά σχέδια ηλιοστατών τα οποία μπορούν να κατηγοριοποιηθούν με την επιλογή του άξονα ή των αξόνων που χρησιμοποιούν για τον προσανατολισμό των φωτοβολταϊκών στοιχείων. Heliostats, mainly referring to photovoltaics, are mechanical devices in which the photovoltaic elements are installed, and through a mechanism they are properly oriented in relation to the position of the sun in order to maximize production. The movement of the mechanism is slow, corresponding to the movement of the sun, making one cycle per day. There are several designs of heliostats which can be categorized by the choice of axis or axes they use to orient the photovoltaic cells.

Οι ηλιοστάτες, υπό ορισμένες συνθήκες ανέμου επέρχονται σε αεροελαστική αστάθεια με καταστροφικές συνέπειες. Το φαινόμενο είναι άμεσα συνδεδεμένο με την γεωμετρία και τις ιδιοσυχνότητες της κατασκευής. Για την αποφυγή λειτουργίας σε συνθήκες αστάθειας, είτε ο ηλιοστάτης σχεδιάζεται μικρότερος με μεγαλύτερη ιδιοσυχνότητα, είτε από ένα όριο ταχύτητας ανέμου και πάνω ο ηλιοστάτης προγραμματίζεται να πηγαίνει σε μία θέση όπου δεν υπάρχει αεροελαστική αστάθεια. Στην πρώτη περίπτωση, ο ηλιοστάτης χρησιμοποιεί τα ενεργά μέρη του για μικρότερη επιφάνεια, ενώ στη δεύτερη τα στατικά αεροδυναμικά φορτία που προκύπτουν είναι μεγαλύτερα. Και στις δύο περιπτώσεις μπορεί να εγκαθίστανται αποσβεστήρες για καλύτερη και σταθερότερη συμπεριφορά της κατασκευής. Heliostats, under certain wind conditions, undergo aeroelastic instability with disastrous consequences. The phenomenon is directly related to the geometry and natural frequencies of the structure. To avoid operating in unstable conditions, either the heliostat is designed smaller with a higher natural frequency, or above a wind speed limit the heliostat is programmed to go to a position where there is no aeroelastic instability. In the first case, the heliostat uses its active parts for a smaller surface, while in the second the resulting static aerodynamic loads are greater. In both cases, dampers may be installed for better and more stable behavior of the structure.

Ένας εναλλακτικός τρόπος όπου η προτεινόμενη συσκευή μπορεί να χρησιμοποιηθεί, είναι η εγκατάσταση αρκούντως σκληρού αποσβεστήρα, στοχεύοντας όχι στην απόσβεση αλλά στην αλλαγή της δυναμικής και της αεροελαστικής συμπεριφοράς. Η εγκατάσταση ενός απείρως σκληρού αποσβεστήρα, δηλαδή με πολύ μεγάλη αντίδραση για πολύ μικρή ταχύτητα, ισοδυναμεί πλην της αμιγώς στατικής περίπτωσης, με σταθερή στήριξη και αλλαγή της δυναμικής και αεροελαστικής συμπεριφοράς. Σε συνδυασμό με το ότι ο ηλιοστάτης λειτουργεί με πολύ χαμηλές ταχύτητες, η αντίδραση ενός αρκούντως σκληρού αποσβεστήρα για την αλλαγή της δυναμικής συμπεριφοράς, δεν έχει σημαντική αντίδραση στις εξαιρετικά χαμηλές ταχύτητες λειτουργίας. An alternative way where the proposed device can be used is to install a sufficiently stiff damper, aiming not at damping but at changing the dynamics and aeroelastic behavior. The installation of an infinitely stiff damper, i.e. with a very large reaction for a very small speed, is equivalent, except in the purely static case, to a fixed support and a change in the dynamic and aeroelastic behavior. Coupled with the fact that the heliostat operates at very low speeds, the response of a sufficiently stiff damper to change the dynamic behavior does not have a significant response at extremely low operating speeds.

Για την εφαρμογή αποσβεστήρων σε ηλιοστάτες, είναι κοινή πρακτική η χρήση γραμμικών αποσβεστήρων ιξώδους, αποτελούμενοι από μία διάταξη με βασικά στοιχεία έναν κύλινδρο και ένα έμβολο όπου με την κίνηση εκτοπίζεται κάποιο ρευστό, συνήθως λάδι. Το ρευστό περνάει από μία στένωση, ένα ακροφύσιο κατάλληλα διαμορφωμένο για την επίτευξη της επιθυμητής σκληρότητας. For the application of dampers in heliostats, it is common practice to use linear viscosity dampers, consisting of an arrangement with the basic elements of a cylinder and a piston where some fluid, usually oil, is displaced by the movement. The fluid passes through a constriction, a nozzle suitably shaped to achieve the desired hardness.

Για την αύξηση της σκληρότητας ενός αποσβεστήρα ιξώδους, στα επίπεδα της προτεινόμενης συσκευής, απαιτείται ακροφύσιο σημαντικά μικρό σε διαστάσεις και σημαντικού μήκους συγκριτικά με τη διάμετρο της οπής. Ένα τέτοιο ακροφύσιο είναι δύσκολο στην κατασκευή με τις σωστές ανοχές και, αν και τεχνικά εφικτό, σημαντικά ακριβό σε παραγωγική διαδικασία. To increase the stiffness of a viscous damper to the levels of the proposed device, a nozzle significantly small in size and significantly long compared to the bore diameter is required. Such a nozzle is difficult to manufacture to the correct tolerances and, although technically feasible, significantly expensive to manufacture.

Στον προτεινόμενο αποσβεστήρα, η απαιτούμενη στένωση επιτυγχάνεται μέσω αυλάκωσης η οποία μπορεί να πραγματοποιηθεί εύκολα και παραγωγικά. Αντί για διάτρηση οπής ή επιπρόσθετων εξαρτημάτων, χρησιμοποιούνται δύο επιφάνειες σε συναρμογή όπου η μία ή και οι δύο φέρουν αυλακώσεις που αποτελούν τη στένωση του αποσβεστήρα. In the proposed damper, the required constriction is achieved through grooving which can be easily and productively performed. Instead of drilling a hole or additional components, two mating surfaces are used where one or both of them have grooves that form the constriction of the damper.

Ειδικότερα, στο έμβολο του αποσβεστήρα πραγματοποιείται αυλάκωση κατά μήκος τις κυλινδρικής του επιφάνειας ενώ τοποθετούνται κανονικά όλα τα απαιτούμενα στεγανοποιητικά, καθώς και οι οδηγοί πάνω από την αυλάκωση. Η περιορισμένη ροή γίνεται κάτω από τα στεγανοποιητικά και τους οδηγούς που είναι τοποθετημένοι στο έμβολο και μέσα από την αυλάκωση. In particular, a groove is made on the piston of the shock absorber along its cylindrical surface, while all the required seals, as well as the guides, are normally placed above the groove. The restricted flow is under the seals and guides mounted on the piston and through the groove.

Η κατασκευή μίας αυλάκωσης μικρών διαστάσεων είναι πιο εύκολη και παραγωγική είτε η παραγωγή γίνεται με χύτευση, είτε με μηχανουργική κατεργασία είτε με ηλεκτροδιάβρωση. Manufacturing a small dimension groove is easier and more productive whether the production is by casting, machining or EDM.

Claims

1. Viscosity damper for aerodynamic and aeroelastic stability of heliostats characterized by restriction of the flow of the damper medium, through constriction by engineered grooves in mating surfaces.

2. Damper for the aerodynamic and aeroelastic stability of heliostats as stated in claim 1 characterized by making a groove in the piston by placing over the groove seals and guides of the piston.