SU1019186A1 - Гелиостат - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к гелиотехнике , в маетности, гелиостатам солненых установок энергетического или технологического назначени .

Известен гелиостат, содержащий несущую раму с фацетами и приводами поворота, двухкоординатную систему слежени , св занную с приводами поворота , и аналоговый преобразова- . тель.

В этом гелиостате аналоговым преобразователем служат эталонное зеркало и ЭВМ с помощью которых может быть осуществлена концентраци  потока солнечной радиации гелиостатного пол  на общем приемнике излучени  1 J.

Однако концентраци  потока радиации в пределах одного гелиостата ограничена отсутствием адаптивности его отражательной поверхности.

Целью изобретени   вл етс  повышение коэффициента концентрации.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что гелиостат, содержащий несущую раму с фацетам:1 и приводами поворота, двухкоординатную систему слежени , св занную с приводами поворота , и аналоговый преобразователь , снабжен датчиками скоростей слежени  и приводами поворота фацет , причем датчики электрически соединены с входами аналогового преобразовател , а приводы поворота фацет - с его выходами.

На фиг. 1 показана функциональна  блок-схема гелиостата; на фиг. 2 вид Отражающей поверхности гелиостата , образованной фацетами, сгруппированными по горизонтальным и вертикальным р дам; на фиг. 3.- функциональна  зависимость поворота фа-, цет в зависимости от угловых скоростей W и Wg слежени  гелиостата, соответственно, по зениту и азимуту.

Гелиостат содержит несущую раму 1 с фацетами 2 и приводами 3 поворота, двухкоординатную систему k слежени , св занную с приводами 3 поворота, и аналоговый преобразователь 5.

Гелиостат снабжен датчиками б скоростей слежени  и приводами 7 поворота фацет 2, причем датчики 6 электрически соединены с входами аналогового преобразовател  5 а привод 7 поворота фацет 2 - с егй выходами .

В состав двухкоординатной систему 4 слежени  вход т четырехквадратный

фотодатчик 8 и усилители 9 мощности ., .

Центральна  фацета 2 гелиостата неподвижно закреплена на несущей 5 раме 1.

Приводы 7 поворота каждой периферийной фацеты 2, подвижно установленной на несущей раме 1, обеспечивают повороты фацеты 2 относительно двух взаимно перпендикул рных осей.

Электрические сигналы фотодатчи . ка 6 системы слежени  с помощью усилителей 9 и приводов 3 обеспечивают повороты несущей рамы 1 гелиостата в соответствии с перемещени ми Солнца.

Электрические сигналы датчиков 6 скоростей слежени  несущей рамы 1 гелиостата через аналоговый преобразователь 5 формирующий закон корректировки положени  фацет 2 поступают на приводы 7.

Горизонтальные группы фацет 2 (фиг. 2) - 1-1У, вертикальные - У-УШ. 5 Кажда  из групп фацет 2 занимает такое положение, которое с достаточным приближением соответствует части теоретической концентрирующей поверхности адаптивного гелиостата. 0 Группировка фацет 2 гелиостата по заданному закону фокусировани  производитс  исход  из следующих предпосылок.

Отражающа  поверхность след щего гелиостата представл ет непрерывно измен емую -форму поверхности двойной кривизны, так как  вл етс  оптимальной поверхностью внеосеаой вырезки из параболоида Причем эа0 данный закон текущего фокусировани  отраженного пучка на объект облучеЧни  определ етс  услови ми непрерывного регулировани  оптимальной поверхности гелиостата как в течение дневного цикла слежени , так и в течение года.

На пр моугольной несущей раме 1 гелиостата фацеты 2 размещаютс  р дами параллельно соответствующим ос м симметрии несущей рамы 1, пересекающимс  с главной оптической осью гелиостата, на которой находитс  точка фокуса и приемник излучени  , Кажда  фацета 2 имеет возможность автоматического поворота вокруг двух взаимно перпендикул рных осей, совпадающих с ос ми соответствующих р дов. Р д характеризуетс  общим дл  оси фацет 2 одного р да рассто нием до соответствующей параллельной оси симметрии несущей рамы К Это рассто ние, какодин из параметров оптической системы при неизменном удалении гелиостата от объекта облучени , обуславливает характер текущего изменени  величины угла наклона группы фацет 2 по такому закону, по которому отраженные от фацет лучи в ходе слежени  гелиостата непрерывно ориентированы в точку фокуса в пределах допустимой погрешности.

Р д фацет 2 объединен в группу с общим заданным законом текущего фокусировани  путем синхронного поворота группы фацет 2 относительно оси данного р да. При этом поворот фацет; 2 данного р да.относительно перпендикул рных к нему осей также характерен закономерными зависимост ми , индивидуальными дл  каждого перпендикул рного р да.

Групповой поворот фацет 2 по аппроксимирующему закону в двух взаимно перпендикул рных направлени х обеспечивает непрерывную адаптацию зеркальной поверхности гелиостата к измен  ющемус  положению Солнца и ориентацию с достаточным приближением направлени  лучей, отраженных от фацет 2, на точку фокуса оптической системы. Групповое управление фацетами 2 упрощает систему автоматической адаптации при практически удовлетворительных оптико-геометрических характеристиках поверхнбсти гелиостата, работающего, например , в составе солнечной энергетической станции при значительных удалени х от приемника.

Поле угловых скоростей слежени  по двум ос м гелиостата (две исходные переменные координаты) закономерно и однозначно определ ют текущий угол поворота фацеты 2 (зависиIма  координата) (фиг, З).

В частности, в качестве иллюстрации имеющейс  функциональной зависимости поворота фацет 2 от скоростей слежени  на графике показано пле скоростей в течение года, полученое при следующих данных: (1ксированой ориентации отраженного луча от центральной фацеты 2 гелиостата , прин той вдоль меридиана север юг; географической широте 1,5 склонении от +23,5° до -23,5.

Основой дл  построени-  графиков прин т часовой угол, общий дл  азимутальной и угломестной скоростей слежени . Точки, обозначенйые кружком , с:оответствуют каждым Ю часового угла от ПОЛУДНЯ до захода Солнца . Поле скоростей в первой половине дн  расположено симметрично относительно горизонтальной оси графика (ось азимутальных скоростей).

Р дом с точками, обозначенными треугольниками, указаны текущие углы поворота фацеты 2 (зависима  координата ) , найденные расчетным путем.

Фацета 2 в данном примере расположена на рассто нии 2 м от горизонтальной и вертикальной осей симмет рии несущей рамы 1, а гелиостат удален от приемника излучени  на 50 м,

В числителе приведены углы поворота фацеты 2 вокруг вертикальной оси, в знаменателе - горизонтальной. Углы поворота фацеты 2 даны в угловых минутах.

Углова  коррекци  данной фацеты 2, как и других фацет 2, осуществл етс  при условии непрерывной фокусировки (ориентации) отраженного от нее светового пучка в фокульную зону

приемника. Функциональные характеристики аналоговых преобразователей 5 воспроизвод т закон у гловой коррекции фацет 2 в соответствии с найденной расчетным путем математическои зависимостью в виде полинома дл  каждой фацеты 2. Заданный закон фокусирой|ни  индивидуально дл  той или иной фацеты 2 с достаточным приближением аппроксимируетс  расчетным полиномом. При этом аналоговым преобразователем реализуетс  функциональна  обработка входных сигналов (угловых скоростей слежени ) в выходную зависимую переменную (угол поворота фацеты 2) согласно расчету. Все единичные фацеты 2 адаптивных гелиостатов дают совмещающиес  изображени  на приемнике независимо от положени  Солнца и координат гелиостата в гелиостатиом поле.

Гелиостат работает следующим образом .

Системой k слежени  (фиг. 1) непрерывно задаютс  угловые скорости несущей рамы 1 гелиостата в соответствии с перемещением Солнца по небосводу . Угловые скорости азимутальной и угломестной осей гелиостата функционально св заны с географичес51 кой широтой места установки гелиостата , заданной ориентацией его гла ной оптической оси на приемник излучени  относительно направлени  севе юг и угла наклона этой оси к горизонтальной плоскости, а также с величиной угла склонени , определ юще мес ц и день, и с истинным солнечны временем. Угловые скорости двух осе гелиостата (несущей рамы 1)  вл ютс взаимозависимыми величинами, образу ющими в течение года-закономерное по ле скоростей на координатной плоско сти-. Система k гелиостата с непрерывным регулированием процесса слежени  может быть выполнена как автоно ной с индивидуальным фотодатчиком 8 слежени , так и непрерывно управл емой от централизованного командного устройства. В последнем случае гелиоустановка содержит, как правило , множество гелиостатов. В гелиостате угловые скорости не сущей рамы 1 и пропорциональные им сигналы на выходах датчиков 6 прин  ты в качестве исходных переменных координат, т.е. аналоговых сигналов в функции которых с помощью ЭВМ най дены полиномы, аппроксимирующие с достаточным приближением заданный закон текущего поворота индивидуаль но дл  каждой группы фацет 2, непрерывно фокусирующей отраженный пу чок на приемник излучени . Аппроксимаци  непрерывной функцией позвол ет выразить, а затем и реализовать соотношение между входными аналоговыми сигналами и зависимой выходной переменной, задающей с достаточным приближением закон текущего углового поворота группы фацет 2. Аналоговый преобразователь 5, со держащий аналоговые блоки по числу групп фацет 2 на раме 1 гелиостата и выполненный на стандартных операционных усилител х и аналоговых пвре множител х, производит измерение и индивидуальную обработку общих аналоговых сигналов, поступающих от дат чиков 6, При этом в основу функционировани  каждого аналогового блока заложен свой индивидуальный полином аппроксимирующий заданный закон фокусировани  той или иной группы фацет 2. Полином общего вида с целыми показател ми в виде, например квадрат64 ного уравнение может быть прин т дл  схемного построени  всех аналоговых блоков. Индивидуальна  настройка аналогового блока, предназначенного дл  заданной ориентации гелиостата на местности и данной группы фацет 2 на гелиостате, производитс  с помощью установочных регулирующих устройств, позвол ющих обеспечить необходимые величины коэффициентов при независимых переменных в полиноме, полученном расчетным путем. Текущий автоматическими поворот фацет 2 осуществл етс  относительно их исходного положени . Исходное положение фацет 2 целесообразно выставить таким образом, чтобы в истинный полдень и при нулевом отклонении они находились в исходной рабочей позиции. В соответствии с такой позицией выставл етс  также исходное положение не показанного на схеме датчика угла фацет 2, вход щих в группу, осуществл ющего контроль текущего углового положени  группы фацет 2 в автоматическом режиме адаптации . В качестве датчиков угла примен ютс , например, линейные вращающиес  трансформаторы или прецизионные линейные потенциометры, сочлен емые с осью вращени  фацет 2 через согласующий редуктор. Передаточное отношение согласующего редуктора между валом к датчику угла фацет 2 и ее осью вращени  должно обеспечивать полное использование угла поворота датчика , соответствующего рабочему диапазону поворота фацеты 2 в циклах слежени  и адаптации. В этом случае автоматическа  адаптаци  отражающей поверхности гелиостата осуществл етс  в цикле слежени  более точно при сравнительно :Небольшом диапазоне угловых перемещений фацет 2 от их исходного положени . От прин той исходной поверхности гелиостата зависит также вид расчетного полинома и функциональные характеристики аналоговых блоков преобразовател  5. С учетом указанной установки фацет 2 и датчиков угла их поворота в исходные положени  производитс  юстировка фацет 2. Функциональные характеристики аналоговых блоков преобразовател  5 обеспечивают в цикле слежени  непрерывное фокусирование отраженных от фацет 2 пучков В фокальную зону приемника излумени . Поэтому юстировка может быть выполнена в любое врем  года и дн  при включенной в работу автоматике адаптации и в режиме слежени  гелио стата. С этой целью дополнительно к приводам 7 поворота фацет 2, осуществл ющим текущую адаптацию, на ф цетах 2 предусматриваютс  крепежноюстировочные приспособлени , с помо щью которых устанавливаетс  и фикси руетс  их гюложение в нужной сфокусированной позиции. При этом ориентаци  отраженного луча от юстируемо фацеты 2 на приемник излучени  производитс  по визуальному наблвдению аа приемником и положением фокуо руемого луча на нем. Наблюдение за удалённым приемником г юйзводитс , например, с помощью зрительной труб При использований приводов 7 выпо}зненных в виде реверсивных шаговых микродвигателей, отрабатываютс  синхронные повороты группы фацет 2 по текущим командным сигналам , формируемым на выходах блоков аналогового преобразовател  5. Текущий командный сигнал формируетс  в виде числа импульсов, соответству ющего повороту фацет 2 в заданное положение и заданному общему числу шагов микродвигател . Число командных импульсов в каждый момент времени представл ет алгебраическую разность между текущим командным си налом и фактическим интегральным числом шагов, отработанных микродви гателем, начина  от исходного отъюс тированного положени  группы фацет 2, Шаговый микродвигатель присоединен к понижающему редуктору, передающему угловой поворот фацет 2, Передаточное число редуктора прин то по условию обеспечени  требуемой точности единичного углового поворота фацет 2, приход щегос  на один шаг микродвигател . Понижающий редуктор имеет промежуточный выходной валик,, присоедин емый к датчику угла поворота фацеты 2, т,е понижающий редуктор может использов .атьс  одновременно и как согласующий редуктор к датчику угла. Сигнал с выхода датчика угла подаетс  на преобразователь (не показан ), выдаший сигнал, например, в виде числа импульсов, пропорционального углу поворота фацет 2 или числу шагов, отработанных микродвигателем от исходного положени  фацет 2, Выход преобразовател  датчи-ка угла подключен к устройству выполн етцему алгебраическое сравнение числа командных импульсов на выходе аналогового преобразовател  5 о числом импульсов, вырабатываемых преобразователем датчика угла. Дл  солнечных энергетических установок , в составе которых основным элементом концентрирующей системы может использоватьс  адаптивный гелиостат, фокальное п тно на поверхности приемника формируетс  многократным наложением световых лучков от плоских зеркальных фанет 2 на одну и ту же приемную поверхность. Геометрические размеры п тна существенно определ ютс  углом раскрыти  плоской фацеты 2, который зависит от удаленности гелиостата от приёмни а и видимого углового размера диска Солнца, от размеров фацеты 2, Увеличение плоскости и стабильности , солнечной радиации на при емной поверхности энергоустановки достигаетс  благодар  непрерывной автоматической адаптации зеркальных фацет 2 в цикле слежени  множества гелиостатов, обеспечива  повышение температуры процес,са трансформации солнечной радиации в тепло рабочего тела и повышение КПД уст,ановки . Применение фацет 2 в)гнутой формы позвол ет сократить размеры отраженного пучка на объекте облучени  в пределе до габаритов светового отверсти  фацеты 2, Гелиостатх адаптивной поверхностью, образуемой низкопрофильными вогнутыми фацетами 2, обеспечивает повышение плотг- ности сконцентрированной радиации на приемнике. Кроме того, количе .ство вогнутых фацет 2 по сравнению с плоскими может быть уменьшено в тех случа х, когда солнечна  установка предусматриваетс  на заданную плотность сконцентрированного излу - чени , .Использование сигналов, вырабатываемых датчиками 6 угловых скоростей несущей рамы 1 гелиостата, в качестве аналоговых сигналов позвол ет автоматизировать процесс адаптации фацет 2 в жесткой функциональной зависимости от текущих скоростей слежени  гелиостата. Посто нство прючих параметров, завис щих, например, от ориентации гелиостата на местности.

направлени  его оптической оси на приемник и пр, позвол ет единожды ввести эти параметры в аналоговый преобразователь 5 как установочные индивидуальные дл  каждого гелиостата.

В ходе поворота раны 1 гелиостата как в течение дневного цикла слежени  так и в течение года поле скоростей слежени  по двум ос м гелио стата закономерно и однозначно рпре

|г Ш т т

дел ет текущий угол поворота каждой группы фацет 2. Автоматическа  адаптаци  зеркальной поверхности гелиостата к измен ющемус  положению Солнца на небосводе обеспечивает непрерывную фокусировку отраженного пучка от каждой фацез1Ы в фокальную камеру приемника при высокой степени концентрации излучени  и его стабильности

Claims (1)

1. ГЕЛИОСТАТ, содержащий несущую раму с фацетами и приводами поворота, двухкоординатную систему слежения, связанную с приводами поворота, и аналоговый преобразователь, отличающийся тем, что, с целью повышения коэффициента концентрации, он снабжен датчиками скоростей слежения и при-водами поворота фацет, причем датчики электрически соединены с входами аналогового преобразователя, а приводы поворота фацет - с его выходами. .