UA150733U

UA150733U - Large-diameter film spherical vacuum reflector with variable surface curvature and two-axis tracking system

Info

Publication number: UA150733U
Application number: UAU202104410U
Authority: UA
Inventors: Олег Борисович Мелентьєв; Марія Олександрівна Медведєва; Володимир Петрович Стеценко; Оксана Василівна Жмуд; Віра Олексіївна Колмакова; Сергій Васильович Паршуков
Original assignee: Уманський Державний Педагогічний Університет Імені Павла Тичини
Priority date: 2021-07-29
Filing date: 2021-07-29
Publication date: 2022-04-06

Abstract

The large-diameter film spherical vacuum reflector with variable surface curvature and two-axis tracking system contains a reflector housing covered with a metallized polymer film. The metallized polymer film is attached to the housing by a ring which stretches the film by screws and forms a sealed chamber into which fittings with valves and manometers are inserted, through which air is pumped (or added), where an exhaustion (vacuum) is formed, the degree of which is controlled and provides the metallized film with a spherical concave surface with a certain focus of beam concentration.

Description

Корисна модель належить до оптичного приладобудування, геліотехніки і світлотехніки і може бути використана у фокусуючих оптичних системах при виготовленні криволінійних віддзеркалювальних поверхонь, наприклад при виготовленні оптичних поверхонь дзеркал, елементів адаптивної оптики, телескопів, геліоконцентраторів і т.д.The useful model belongs to optical instrumentation, solar engineering and lighting engineering and can be used in focusing optical systems in the manufacture of curvilinear reflecting surfaces, for example in the manufacture of optical surfaces of mirrors, elements of adaptive optics, telescopes, solar concentrators, etc.

В даний час проблема створення дешевих, технологічних фокусуючих оптичних систем, з криволінійною віддзеркалювальною поверхнею встала достатньо гостро. Пов'язано це з тим, що існуючі фокусуючі оптичні системи з криволінійною віддзеркалювальною поверхнею виготовляються за допомогою дорогої, трудомісткої і тривалої за часом технології, наприклад точінням, і подальшого шліфування, полірування і доведення криволінійної поверхні, що вимагають спеціального високотехнологічного і дорогого устаткування для обробки криволінійних поверхонь, а також висококваліфікованого персоналу, спеціально підготовленого для роботи з виготовлення криволінійних поверхонь на такому устаткуванні.Currently, the problem of creating cheap, high-tech focusing optical systems with a curved reflecting surface has become acute enough. This is due to the fact that the existing focusing optical systems with a curved reflecting surface are manufactured using an expensive, labor-intensive and time-consuming technology, such as turning, and subsequent grinding, polishing and finishing of the curved surface, which require special high-tech and expensive processing equipment curved surfaces, as well as highly qualified personnel specially trained to work on the production of curved surfaces on such equipment.

Відомий геліостат, що містить станину, виконану у вигляді азимутно-поворотної платформи зі встановленими на ній горизонтальними поворотними валами, і встановлені на ній рядами зенітально-поворотні плоскі фацети, що створюють кругле в плані дзеркало, при цьому фацети кожного ряду закріплені на відповідному валу з утворенням фокусуючої дзеркальної смуги, а смуги розміщені з утворенням дзеркала Френеля (М. Кл. Е 24 у 2/16, авт. свід. СРСР М 1603151, 1988).A known heliostat containing a frame made in the form of an azimuth-rotating platform with horizontal rotary shafts installed on it, and zenith-rotating flat facets mounted on it in rows, creating a circular mirror in plan, while the facets of each row are fixed on a corresponding shaft with by the formation of a focusing mirror strip, and the strips are placed with the formation of a Fresnel mirror (M. Cl. E 24 in 2/16, aut. svid. USSR M 1603151, 1988).

Недоліком відомого аналога є те, що в ньому плоскі фацети виконують з пристроями регулювання положення їх відповідних віддзеркалювальних поверхонь для утворення криволінійної поверхні заданої форми, що забезпечує фокусування падаючого на віддзеркалювальну поверхню випромінювання в строго заданій ділянці простору, що значно здорожує і ускладнює конструкцію геліостата в цілому.The disadvantage of the known analogue is that in it flat facets are performed with devices for adjusting the position of their respective reflecting surfaces to form a curvilinear surface of a given shape, which ensures focusing of the radiation falling on the reflecting surface in a strictly defined area of space, which significantly increases the cost and complicates the design of the heliostat as a whole .

Відомий аналог-геліоконцентратор О.С. Назарова, (опис до авторського свідоцтваThe well-known analog solar concentrator O.S. Nazarova, (description to author's certificate

Мо 1812538 МПК ЕР 24 у) 2/18, 24 02 В 5/13) містить увігнуте дзеркало, виконане у вигляді надувного тіла з еластичних плівок - прозорої і плівки з покриттям, що відображає, з боку прозорої плівки, сполучених один з одним по краях елементом кріплення, виконаним у вигляді жорсткого кільця, а отвір в увігнутому дзеркалі герметично закритий оправою з прозорим елементом, виконаним з високотемпературного матеріалу, прикріпленого до плівки з покриттям,Mo 1812538 MPK ER 24 у) 2/18, 24 02 В 5/13) contains a concave mirror, made in the form of an inflatable body made of elastic films - transparent and film with a reflective coating, on the side of the transparent film, connected to each other by edges with a fastening element made in the form of a rigid ring, and the hole in the concave mirror is hermetically closed by a frame with a transparent element made of high-temperature material attached to a film with a coating,

Зо що відображає, і елемента кріплення, у фокусі розташовано розсіююче дзеркало.From what reflects, and the mounting element, a diffusing mirror is located in the focus.

Недоліки даного аналога: повторне віддзеркалення сонячного світла, що ускладнює конструкцію і призводить до втрати енергії.Disadvantages of this analog: repeated reflection of sunlight, which complicates the design and leads to energy loss.

Найбільш близьким аналогом є надувний сонячний рефлектор автор Бухман Т.Н. МПКThe closest analogue is the inflatable solar reflector author Buchman T.N. IPC

Е2422/36, Б24о02/08, ВО 2244884 С1, від 14.05.2003, виготовлений з двох шарів полімерної плівки, один з яких прозорий, а інший металізований, шари плівки герметично скріпляють (зварені) по двох колах, внутрішнє коло при її заповненні повітрям набуває форми лінзи і металізована поверхня її служить увігнутим дзеркалом, при заповненні зовнішньої камери повітрям через окремий штуцер вона виконує роль надувного каркаса, тобто конструкція не містить жорстких деталей, вона згортається (накручується на циліндрову основу) для легкості зберігання і транспортування. Різний ступінь наповнення повітрям внутрішньої камери дозволяє змінювати фокусну відстань. Рефлектор містить два штуцери, що герметично закриваються.Е2422/36, Б24о02/08, VO 2244884 C1, dated 14.05.2003, made of two layers of polymer film, one of which is transparent and the other metallized, the layers of the film are hermetically fastened (welded) in two circles, the inner circle when it is filled with air takes the shape of a lens and its metallized surface serves as a concave mirror, when the outer chamber is filled with air through a separate fitting, it acts as an inflatable frame, i.e. the structure does not contain rigid parts, it is folded up (winded onto a cylindrical base) for easy storage and transportation. The different degree of air filling of the inner camera allows you to change the focal length. The reflector contains two fittings that are hermetically closed.

Недоліком найближчого аналога є: недостатня геометрична округлість надувної конструкції, що викликає формування нечіткої фокальної плями та неповну концентрацію сонячного світла.The disadvantage of the closest analogue is: the insufficient geometric roundness of the inflatable structure, which causes the formation of a vague focal spot and incomplete concentration of sunlight.

Наявність зовнішнього шару прозорої полімерної плівки викликає повторне віддзеркалення сонячного світла, що приводить до втрати енергії.The presence of the outer layer of a transparent polymer film causes repeated reflection of sunlight, which leads to energy loss.

В основу корисної моделі поставлено задачу - усунення вказаних недоліків і досягнення нового технічного результату, зокрема підвищення геометричної точності поверхні (сферичності) рефлектора, якості і точності фокусування його віддзеркалювальної поверхні при підвищенні ефективності використання падаючого випромінювання, легкість конструкції, можливість виготовлення рефлектора великого діаметра.The basis of a useful model is the task of eliminating the indicated shortcomings and achieving a new technical result, in particular, increasing the geometric accuracy of the surface (sphericity) of the reflector, the quality and accuracy of focusing of its reflecting surface while increasing the efficiency of the use of incident radiation, the lightness of the design, the possibility of manufacturing a large-diameter reflector.

Поставлена задача вирішується тим, що плівковий сферичний вакуумний рефлектор великого діаметра із змінною кривизною поверхні та двохосьовою системою відслідковування, що містить корпус рефлектора, покритого металізованою полімерною плівкою, згідно з корисною моделлю, металізована полімерна плівка прикріплена до корпусу кільцем, яке натягає плівку завдяки гвинтам і утворює герметичну камеру, в яку врізані штуцери із клапанами і манометрами, через які відкачується (або додається) повітря, де утворюється розрідження (вакуум), ступінь якого контролюється і надає металізованій плівці сферичну вгнуту поверхню з певним фокусом концентрації променів.The problem is solved by the fact that a film spherical vacuum reflector of large diameter with a variable surface curvature and a biaxial tracking system containing a reflector body covered with a metallized polymer film, according to a useful model, the metallized polymer film is attached to the body with a ring that tightens the film thanks to screws and forms a hermetic chamber, into which fittings with valves and manometers are inserted, through which air is pumped out (or added), where a rarefaction (vacuum) is formed, the degree of which is controlled and gives the metallized film a spherical concave surface with a certain focus of the concentration of rays.

Плівковий сферичний вакуумний рефлектор великого діаметра із змінною кривизною бо поверхні та двохосьовою системою відслідковування (див. фіг. 1, фіг. 2.) містить металізовану полімерну плівку 1, яка покриває корпус рефлектора 2 і кріпиться кільцем 11, яке натягає плівку завдяки гвинтам 10. В корпус рефлектора 2 врізаний штуцер 3 з ніпельним клапаном та манометром 4, через який відкачується повітря з корпусу рефлектора 2.A film spherical vacuum reflector of large diameter with variable curvature of the surface and a two-axis tracking system (see Fig. 1, Fig. 2.) contains a metallized polymer film 1, which covers the body of the reflector 2 and is attached by a ring 11, which tightens the film thanks to screws 10. A fitting 3 with a nipple valve and a pressure gauge 4 is cut into the housing of the reflector 2, through which air is pumped out of the housing of the reflector 2.

При відкачуванні повітря з корпуса рефлектора 2, утворюється вакуум, ступінь якого контролюється манометром 4, і металізована плівка 1 під дією розрідження приймає сферичну вгнуту форму з певним фокусом концентрації променів.When air is pumped out of the housing of the reflector 2, a vacuum is formed, the degree of which is controlled by the manometer 4, and the metallized film 1 under the effect of rarefaction takes a spherical concave shape with a certain focus of the concentration of rays.

При необхідності зміни кривизни поверхні рефлектора в корпус рефлектора врізаний інший штуцер з манометром і краном 9, завдяки якому можна міняти тиск - тобто міняти фокусну відстань концентрації променів.If it is necessary to change the curvature of the reflector surface, another fitting with a pressure gauge and a tap 9 is cut into the reflector body, thanks to which you can change the pressure - that is, change the focal distance of the concentration of rays.

Для стабілізації геометричної форми рефлектора, корпус рефлектора 2 має силовий сталевий каркас 5, який підтримує днище корпусу і кріпить рефлектор до поворотної платформи 12.To stabilize the geometric shape of the reflector, the reflector housing 2 has a power steel frame 5, which supports the bottom of the housing and fastens the reflector to the rotary platform 12.

Поворотні платформи 12 і 13 знаходяться на осях, які обертаються у підшипниках 6. Осі з платформами обертають мотори-редуктори 7, 16, які управляються комутаторами 8, 15 їі складають двохосьову систему відслідковування світила.Rotary platforms 12 and 13 are located on axes that rotate in bearings 6. Axes with platforms are rotated by motors-reducers 7, 16, which are controlled by switches 8, 15 and make up a two-axis system for tracking the light.

Вся конструкція плівкового сферичного вакуумного рефлектора великого діаметра із змінною кривизною поверхні монтується на каркасній сталевій опорі 14, яка забезпечує стійкість. Завдяки невеликій вазі сферичного рефлектора порівняно із скляними, його можливо виготовити великим діаметром до 100 метрів. Він може бути застосований як в геліостанціях, так ів оптичних телескопах.The entire structure of the film spherical vacuum reflector of large diameter with variable surface curvature is mounted on a frame steel support 14, which ensures stability. Due to the low weight of the spherical reflector compared to glass reflectors, it can be manufactured with a large diameter of up to 100 meters. It can be used both in solar stations and optical telescopes.

Завдяки великому діаметру рефлектор може збирати значні потужності сонячної енергії і забезпечувати енергією невеликі населені пункти. При використанні рефлектора як нагрівального приладу можливе отримання потужності в літній час в середніх широтах до 1 кВт/м 2 тобто 7850 кВт з одного дзеркала діаметром 100 м. Такий рефлектор може працювати з акумулятором тепла, парогенератором та електричним генератором в складі електричної геліостанціїDue to its large diameter, the reflector can collect significant solar power and provide energy to small settlements. When using a reflector as a heating device, it is possible to obtain power in the summer in mid-latitudes up to 1 kW/m 2, i.e. 7850 kW from one mirror with a diameter of 100 m. Such a reflector can work with a heat accumulator, a steam generator and an electric generator as part of an electric solar station

При використанні плівкового сферичного вакуумного рефлектора великого діаметра із змінною кривизною поверхні та двохосьовою системою відслідковування у оптичній астрономії є реальна можливість створювати телескопи з легким мобільним головним дзеркаломWhen using a film spherical vacuum reflector of large diameter with variable surface curvature and a two-axis tracking system in optical astronomy, there is a real possibility to create telescopes with a light mobile main mirror

Зо (рефлектором) до 100 метрів на відміну від існуючих сьогодні діаметром до 10 метрів, що приведе до прориву у оптичній астрономії.Zo (reflector) up to 100 meters in contrast to existing today with a diameter of up to 10 meters, which will lead to a breakthrough in optical astronomy.

Claims

USEFUL MODEL FORMULA

A large-diameter spherical vacuum film reflector with variable surface curvature and a biaxial tracking system, comprising a metallized polymer film-coated reflector body, characterized in that the metallized polymer film is attached to the body by a ring that tightens the film by means of screws and forms an airtight chamber into which cut-in fittings with valves and manometers, through which air is pumped out (or added), where a rarefaction (vacuum) is formed, the degree of which is controlled and gives the metallized film a spherical concave surface with a certain focus of the concentration of rays.

i Ki MAU chaff DOZ) peony

Fig. 1 p and:

Fig. 2