UA141324U

UA141324U - AUTOMATIC EXECUTIVE MECHANISM OF TRACKING OF A MIRROR REFLECTOR FOR HELIOSTATION

Info

Publication number: UA141324U
Application number: UAU201906058U
Authority: UA
Inventors: Олег Борисович Мелентьєв; Микола Савич Корець; Станіслав Іванович Ткачук
Original assignee: Уманський Державний Педагогічний Університет Імені Павла Тичини
Priority date: 2019-05-31
Filing date: 2019-05-31
Publication date: 2020-04-10

Abstract

Автоматичний виконавчий механізм відслідковування дзеркального рефлектора для геліостанції містить панель, яка зорієнтовується і установлюється на осі азимутного обертання, та два телескопічних термоприводи. Містить основу 1, опори 2, телескопічний штатив 3, кульову опору 4, консоль 5, стійку 6, кульову опору стійки 7, втулки з тягами 8, опору важеля з віссю 9, вісь штока 10, шток із поршнем 11, сонячні елементи 12, циліндр із ефіром та електронагрівальною спіраллю 13, електричне з'єднання сонячних елементів 14, теплоізолятор 15, станину 16, дзеркало 17, опорну платформу 18, важіль 19.The automatic tracking mechanism of the mirror reflector for the solar station contains a panel that is oriented and mounted on the axis of azimuth rotation, and two telescopic thermal actuators. Contains a base 1, a support 2, a telescopic tripod 3, a ball bearing 4, a console 5, a rack 6, a ball bearing of a rack 7, bushings with rods 8, a lever support with an axis 9, a rod axis 10, a piston rod 11, solar cells 12, cylinder with ether and electric heating coil 13, electrical connection of solar cells 14, thermal insulator 15, frame 16, mirror 17, support platform 18, lever 19.

Description

Корисна модель належить до геліотехнічних пристроїв, що забезпечують орієнтацію об'єкта відповідно до Сонця.The useful model belongs to the heliotechnical devices that ensure the orientation of the object according to the Sun.

Умовно усі системи автоматичного спостереження за Сонцем можна розділити на два класи. До першого належать конструкції що споживають непоновлювальну енергію й у загальному випадку містять електричні двигуни, окремо для зенітного й азимутного обертання, а також електронний блок, пов'язаний з обчислювальним комплексом. Літературні джерела відзначають високу точність таких систем і, разом з тим, - значні витрати на їх створення й експлуатацію, витраті енергії, а також малу надійність. До другого класу належать пристрої, у яких робота приладу проводиться за рахунок енергії самого Сонця, і в цьому сенсі вони є автономними й порівняно недорогими.Conventionally, all systems of automatic observation of the Sun can be divided into two classes. The first includes structures that consume non-renewable energy and, in general, contain electric motors, separately for zenith and azimuth rotation, as well as an electronic unit connected to a computing complex. Literary sources note the high accuracy of such systems and, at the same time, significant costs for their creation and operation, energy consumption, as well as low reliability. The second class includes devices in which the operation of the device is carried out at the expense of the energy of the Sun itself, and in this sense they are autonomous and relatively inexpensive.

Так відомий пристрій для орієнтації сонячного перетворювача, що містить опорну стійку, пов'язану з нею за допомогою шарніра, що орієнтується, підставкою та пружною тяги, що взаємодіє з термочутливими елементами, що закріплені на стійці. Елементи, що піддаються деформації при нагріванні, закріплені на консолі по колу, симетрично вертикалі, яка проходить через центр сферичного шарніра. При косому падінні сонячних променів на основу освітленість елементів, що попарно перебувають у протилежних точках кола, неоднакова через круговий виступ, що відкидає тінь на більш вилучені від сонця елементи. Внаслідок цього між попарними елементами виникає перепад температур, у результаті чого вони по різному міняють свою форму й впливають на сполучені тяги таким чином, що виникає крутний момент, що забезпечує поворот підстави в напрямку до Сонця.Such a known device for orientation of the solar converter, which contains a support rack connected to it by means of an orientable hinge, a stand and an elastic traction, which interacts with heat-sensitive elements fixed on the rack. Elements subject to deformation when heated are fixed on the console in a circle, symmetrical to the vertical, which passes through the center of the spherical joint. When the sun's rays fall obliquely on the base, the illumination of the elements located in pairs at opposite points of the circle is unequal due to the circular projection, which casts a shadow on the elements more removed from the sun. As a result, there is a temperature difference between the paired elements, as a result of which they change their shape in different ways and affect the combined thrusts in such a way that a torque occurs, which ensures the rotation of the base in the direction of the Sun.

Недоліком даного пристрою є комбінація консольного кріплення термочутливих робочих елементів і пружності пов'язаних з ними тяг. При занадто великому сумарному коефіцієнті жорсткості цих деталей буде різко обмежене кутове переміщення основи, що унеможливить забезпечення необхідної орієнтації. З іншої сторони при низькому сумарному коефіцієнті жорсткості конструкція стає некерованою під впливом ваги основи, що орієнтується, й вітрового тиску (А.С. СРСР 1460552, МПК" Е24) 2/38, 2/40; заявл. 10.04.87; опубл. 23.02.891.The disadvantage of this device is the combination of cantilever mounting of heat-sensitive working elements and the elasticity of the rods associated with them. If the total stiffness coefficient of these parts is too large, the angular movement of the base will be sharply limited, which will make it impossible to provide the necessary orientation. On the other hand, with a low total stiffness coefficient, the structure becomes uncontrollable under the influence of the weight of the orienting base and wind pressure (AS USSR 1460552, MPK" E24) 2/38, 2/40; application 04/10/87; publ. 23.02.891.

Відомий також пристрій для орієнтації геліоустановки (патент РФ 2043583, МПК Е24у 2/38; заявл."15.08.92; опубл. 10.09.951. Пристрій містить два блоки біметалічних елементів, окремо для зенітного й азимутного обертання рами, що орієнтується. Елементи виконані у виглядіA device for orientation of a solar installation is also known (patent RF 2043583, IPC E24u 2/38; application 15.08.92; publ. 10.09.951. The device contains two blocks of bimetallic elements, separately for zenith and azimuth rotation of the orienting frame. The elements are made as

Зо спіралей, які реагують на температуру, звиваючись і розвертаючись відповідно в більш-менш щільну спіраль. Ці рухи спіралей створюють крутний момент, переданий на зенітну й азимутну осі обертання. Температуру спіралей ставлять у залежність від їхнього положення стосовно падаючих променів Сонця за допомогою екранів, що затінюють, у результаті чого крутні моменти від спіралей, передані на відповідні осі обертання, роблять орієнтацію рами на Сонце.From spirals that respond to temperature, twisting and untwisting, respectively, into a more or less dense spiral. These movements of the spirals create a torque transmitted to the zenith and azimuth axes of rotation. The temperature of the spirals is made dependent on their position in relation to the incident rays of the Sun with the help of shading screens, as a result of which the torques from the spirals, transmitted to the corresponding axes of rotation, make the orientation of the frame to the Sun.

Істотним недоліком цього пристрою є незначність тих зусиль, які може розвити біметалічний елемент у ході зміни своєї форми. Це пов'язане з тим, що товщина біметалічної пластини не може перевищувати одного-двох міліметрів, при цьому працювати вони можуть тільки на вигин.A significant drawback of this device is the insignificance of the forces that the bimetallic element can develop during the change of its shape. This is due to the fact that the thickness of the bimetallic plate cannot exceed one or two millimeters, while they can work only for bending.

Із цієї причини елементи, виготовлені з біметалу, використовуються в основному як датчики температури, але не як виконавчі органи, які потрібні в системах орієнтації геліотехнічних пристроїв.For this reason, elements made of bimetal are used mainly as temperature sensors, but not as actuators, which are required in the orientation systems of solar devices.

Найбільш близьким аналогом є сонячна установка (патент РФ 2125686, МПКУ Е24) 2/38; заявл. 15.03.99; опубл. 27.01.99), що має панель, яка зорієнтовується і установлена на осі азимутного обертання, два телескопічних термоприводи, закріплені на панелі, та світловідбиваючі екрани, розташовані між термоприводами, а також дволанковий передавальний механізм, одна з ланок якого з'єднана з віссю обертання. Термоприводи розташовані уздовж осі азимутного обертання, тому при бічному висвітленні панелі один з термоприводів виявляється освітленим, а інший перебуває у тіні екрана. У результаті між термоприводами виникає різниця температур, через що їх гідравлічні штоки виявляються висунутими на різну величину. За рахунок цієї різниці створюється крутний момент на одній з ланок передавального механізму, яка, у свою чергу, передає цей момент на другу ланку, пов'язану з віссю обертання. Вісь при цьому повертається, здійснюючи одночасно поворот панелі в напрямку до Сонця.The closest analog is a solar installation (RF patent 2125686, MPKU E24) 2/38; statement 15.03.99; published 27.01.99), which has a panel that orients itself and is installed on the axis of azimuth rotation, two telescopic thermal drives fixed on the panel, and reflective screens located between the thermal drives, as well as a two-link transmission mechanism, one of the links of which is connected to the axis of rotation . The thermal actuators are located along the axis of azimuth rotation, so when the panel is illuminated from the side, one of the thermal actuators is illuminated, and the other is in the shadow of the screen. As a result, there is a temperature difference between the thermal actuators, due to which their hydraulic rods are pushed out by different amounts. Due to this difference, a torque is created on one of the links of the transmission mechanism, which, in turn, transmits this moment to the second link connected to the axis of rotation. At the same time, the axis turns, simultaneously turning the panel in the direction of the Sun.

Недоліками цієї установки є те, що її конструкція не дозволяє здійснювати орієнтацію в зенітному напрямку. Крім того, істотним недоліком є використання як робочого тіла рідини з більшим коефіцієнтом об'ємного розширення. Як правило, у ролі таких рідин виступають певного сорту нафтопродукти, що створює екологічні проблеми, тому що потрібна ретельна герметизація гідроциліндрів. Крім цього завдання герметизація пов'язана з використанням манжет, прокладок і т.п., що пов'язано з малою довговічністю й ненадійністю, особливо при більших сезонних перепадах температур.The disadvantages of this installation are that its design does not allow orientation in the zenith direction. In addition, a significant disadvantage is the use of a liquid with a higher volumetric expansion coefficient as a working medium. As a rule, the role of such liquids is a certain type of oil products, which creates environmental problems, because it is necessary to carefully seal the hydraulic cylinders. In addition to this task, sealing is associated with the use of cuffs, gaskets, etc., which is associated with low durability and unreliability, especially with larger seasonal temperature changes.

В основу корисної моделі поставлена задача створення екологічно чистої установки, що працює без споживання не поновлювальної енергії, що надає пристрою високі експлуатаційні характеристики.The basis of the useful model is the task of creating an environmentally friendly installation that works without the consumption of non-renewable energy, which provides the device with high operational characteristics.

Поставлена задача вирішується тим, що автоматичний виконавчий механізм відслідковування дзеркального рефлектора для геліостанції містить параметричну кругову систему поршнів і тяг з'єднаних із дзеркалом.The task is solved by the fact that the automatic executive mechanism for tracking the mirror reflector for the solar station contains a parametric circular system of pistons and rods connected to the mirror.

Автоматичний виконавчий механізм відслідковування дзеркального рефлектора для геліостанції містить: основу 1, опори 2, телескопічний штатив 3, кульову опору 4, консоль 5, стійку 6, кульову опору стійки 7, втулки з тягами 8, опору важеля з віссю 9, вісь штока 10, шток із поршнем 11, сонячні елементи 12, циліндр із ефіром та електронагрівальною спіраллю 13, електричне з'єднання сонячних елементів 14, теплоізолятор 15, станину 16, дзеркало 17, опорну платформу 18, важіль 19.Automatic mirror reflector tracking actuator for solar station includes: base 1, supports 2, telescopic tripod 3, ball support 4, console 5, rack 6, rack ball support 7, bushings with rods 8, lever support with axis 9, rod axis 10, piston rod 11, solar elements 12, cylinder with ether and electronic heating spiral 13, electrical connection of solar elements 14, heat insulator 15, bed 16, mirror 17, support platform 18, lever 19.

Автоматичний виконавчий механізм відслідковування дзеркального рефлектора для геліостанції працює наступним чином (див. фіг. 1): на основі 1, відкидаються та встановлюються на грунт опори 2, піднімають телескопічний штатив З, а дзеркало 17 вручну виставляється перпендикулярно до променів сонця. Далі процес управління відбувається автоматично, за рахунок автоматичного виконавчого механізму відслідковування дзеркального рефлектора.The automatic executive mechanism for tracking the mirror reflector for the solar station works as follows (see Fig. 1): on the base 1, the supports 2 are folded back and installed on the ground, the telescopic tripod C is raised, and the mirror 17 is manually set perpendicular to the sun's rays. Further, the control process occurs automatically, due to the automatic executive mechanism of tracking the mirror reflector.

Завдяки тому, що до корпуса рефлектора 16 кріпляться втулки з тягами 8 (див. фіг. 1, фіг. 2), які через опору важеля з віссю 9, вісь штока 10, шток із поршнем 11, приєднаний циліндр із ефіром та електронагрівальною спіраллю 13, на якому розташовані сонячні елементи 12, що електрично з'єднані з електронагрівальною спіраллю, яка покрита теплоізолятором 15. На основі 1 (див. фіг. 1) розміщена консоль 5, до якої кріпляться вісім циліндрів із ефіром 21 втулки з тягами 20 (див. фіг. 2) та електронагрівальними спіралями 13 (див. фіг. 1).Due to the fact that bushings with rods 8 (see fig. 1, fig. 2) are attached to the reflector housing 16, which through the support of the lever with the axis 9, the axis of the rod 10, the rod with the piston 11, the attached cylinder with ether and the electronic heating spiral 13 , on which there are solar cells 12, which are electrically connected to an electronic heating spiral, which is covered with a heat insulator 15. On the base 1 (see Fig. 1) there is a console 5, to which are attached eight cylinders with ether 21 bushings with rods 20 (see Fig. 2) and electric heating coils 13 (see Fig. 1).

Так як температура у циліндрах із ефіром та електронагрівальною спіраллю 13 однакова, то і тиск у них однаковий, а штоки із поршнем 11 опущені і знаходяться на одному рівні, тому стійка"б6 знаходиться вертикально, а станина 16 строго горизонтально. При падінні сонячних променів 22 (див. фіг. 2.) на сонячні елементи 12 (див. фіг. 1.), в них починає протікати електрострум через електричне з'єднання сонячних елементів 14, та електронагрівальні спіралі 13 (див. фіг. 4), що викликає нагрів циліндра та випаровування ефіру у ньому, це викликаєSince the temperature in the cylinders with ether and the electronic heating spiral 13 is the same, the pressure in them is the same, and the rods with the piston 11 are lowered and are at the same level, therefore the rack "b6" is vertical, and the bed 16 is strictly horizontal. When the sun's rays fall 22 (see Fig. 2.) to solar cells 12 (see Fig. 1.), an electric current begins to flow in them through the electrical connection of solar cells 14, and electric heating spirals 13 (see Fig. 4), which causes heating cylinder and the evaporation of the ether in it, it causes

Зо зростання тиску у циліндрах, і призводить до переміщення штоків 11, які за допомогою важелів 19 нахиляють станину 16, із стійкою б та дзеркалом 17. Нахил дзеркала буде пропорційний виділеній електроенергії на сонячних елементах 12 (див. фіг. 2). При цьому рефлектор нахиляється у сторону Сонця.From the increase in pressure in the cylinders, and leads to the movement of the rods 11, which with the help of levers 19 tilt the frame 16, with the rack b and the mirror 17. The tilt of the mirror will be proportional to the allocated electricity on the solar cells 12 (see Fig. 2). At the same time, the reflector tilts towards the Sun.

У міру руху Сонця, воно нагріває сильніше той циліндр із ефіром, на який падають промені більш перпендикулярно, що підвищує напругу на електронагрівальних спіралях 13, та відповідно теплоутворення і тиск у цьому циліндрі, а інша частина циліндрів буде затінятись і штоки будуть знаходитись нижче. Такий процес у циліндрах, на які падають промені Сонця, викликає переміщення штоків та змушує рефлектор повертатись на Сонце як по широті, так і по довготі. Для ізолювання циліндрів із ефіром від зовнішнього впливу пониженої температури, вони вкриті теплоїзолятором 15. Кількість ефіру та температура електронагрівальної спіралі визначається на виробництві дослідним шляхом.As the Sun moves, it heats more strongly that cylinder with ether, on which the rays fall more perpendicularly, which increases the voltage on the electric heating coils 13, and accordingly the heat generation and pressure in this cylinder, and the rest of the cylinders will be shaded and the rods will be lower. Such a process in the cylinders, on which the Sun's rays fall, causes the rods to move and causes the reflector to return to the Sun both in latitude and longitude. To isolate cylinders with ether from the external influence of low temperature, they are covered with a heat insulator 15. The amount of ether and the temperature of the electric heating coil are determined experimentally at the production site.

Автоматичний виконавчий механізм відслідковування дзеркального рефлектора для геліостанції є компактним, має невелику кількість складальних вузлів, може бути застосований як в космічних геліостанціях, так і для управління концентраторами сонячного світла (лінзи, рефлектори).The automatic executive mechanism for tracking a mirror reflector for a solar station is compact, has a small number of components, can be used both in space solar stations, and for controlling sunlight concentrators (lenses, reflectors).

Claims

UTILITY MODEL FORMULA An automatic mirror reflector tracking actuator for a heliostation comprising a panel that is oriented and set on an axis of azimuth rotation and two telescopic thermal actuators, characterized in that it comprises a base 1, supports 2, a telescopic tripod 3, a ball bearing 4, console 5, rack 6, rack ball support 7, bushings with rods 8, lever support with axis 9, rod axis 10, rod with piston 11, solar cells 12, cylinder with ether and electronic heating coil 13, electrical connection of solar cells 14 , heat insulator 15, bed 16, mirror 17, support platform 18, lever 19.

same, and in - SAME 17 M a p. we and z/ 3 En-4 / , ; и ч | h

Fig. 1

-0 21 22 чь --к U Ye ni svy gu ish y Kl ooo shchi Her (en, HM ze i choi chu | se)) I (Su i d keo)) y

Fig. 2 11 IV S 12 I mo Al, V, ska

Fig. From the eyes of I

Fig. 4