專利名稱：定日鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及太陽能利用跟蹤聚光技術(shù)，是太陽能利用關(guān)鍵技術(shù)之一。 二.
背景技術(shù)：
目前定日鏡，普遍采用在水平轉(zhuǎn)軸之上疊加垂直轉(zhuǎn)軸，雙轉(zhuǎn)軸驅(qū)動構(gòu)成T型定日 鏡傳動系統(tǒng)。如美國加州、西班牙PSA實驗基地等，該結(jié)構(gòu)外觀如圖24所示。這種定日鏡結(jié) 構(gòu)看似簡單，但其傳動系統(tǒng)存在問題。眾所周知，定日鏡為遠距離轉(zhuǎn)動式跟蹤，由于受到以 投射距離為半徑的巨大扇形放大作用。導致傳動系統(tǒng)角位移跟蹤控制尺度，被壓縮到很微 小的工作區(qū)間；而系統(tǒng)傳動誤差，卻被放大到數(shù)千倍之大。由于太陽運行速度十分緩慢，為 了達到超低速精確跟蹤，定日鏡需要一套高倍數(shù)齒輪減速傳動系統(tǒng)。由于齒輪傳動，存在著 耦合間隙，而耦合間隙會產(chǎn)生傳動誤差。當傳動誤差被放大到幾百或數(shù)千倍之后，就會引起 定日鏡跟蹤效果嚴重失常。結(jié)果造成定日鏡整體聚光效率下降。若要消除傳動誤差對跟蹤 效果的嚴重影響，就必須做到齒輪無間隙耦合，這就等于要做到齒輪加工絕對精密。然而， 要想做到齒輪無間隙耦合，其精密加工難度之大，是可想而知的。欲求得加工精度的甚微進 展，都得要付出艱難的努力和巨大的代價。目前，定日鏡傳動系統(tǒng)制作，正面臨跟蹤精度上 不去，制作成本下不來的兩難處境。幾十年來，受齒輪配合精度限制，定日鏡始終處于跟蹤 精度不足，傳動效率低，抗風能力差。在風荷載下運行，光斑晃動較為嚴重。因此，這種定日 鏡只能在無風或弱風的環(huán)境下才能運行。就目前加工能力而言，采用齒輪傳動方式，并不適 合于T型雙轉(zhuǎn)軸驅(qū)動定日鏡傳動系統(tǒng)?？墒请x開了齒輪傳動，又別無他法可求。為了擺脫齒 輪傳動的尷尬局面，近年來，已經(jīng)有一些定日鏡改用液壓傳動方式。但液壓傳動也同樣存在 著其自身弱點，這里就不再詳述。此外，目前所研制出來的定日鏡，都不具備聚光調(diào)節(jié)能力， 面對太陽每日運動，所引起定日鏡反射光斑大小的波動變化，卻無能為力，從而導致聚光效 果不理想，造成太陽能流失較為嚴重，設(shè)備利用率下降，發(fā)電成本上升。在定日鏡場中，分布 著數(shù)百甚至上千臺定日鏡，每臺定日鏡的位置參數(shù)各不相同。在定日鏡沒有聚光控制的情 況下，塔式太陽能發(fā)電的總體設(shè)計，將會受到聚光條件的捆綁約束。為了獲取高密度太陽 能，定日鏡場需要有很高的聚光倍數(shù)。如果每臺定日鏡，都采用平面鏡聚光，則需要大量增 加定日鏡臺數(shù)，才能達到聚光倍數(shù)要求。但是，隨著定日鏡數(shù)量增多，就會引起定日鏡相互 遮擋光線，為避免這種情況發(fā)生，就必須要加高加大中心塔的建筑規(guī)模。其結(jié)果又加重了中 心塔的投資比例。反之，如果每臺定日鏡都采用曲面鏡作固定式聚光，雖然可以減少定日鏡 數(shù)量。但如此一來，整個定日鏡機群，就需要配置數(shù)量眾多焦距多樣的曲面反射鏡。由于大 面積曲面反射鏡，其模具制作極其困難，所需造價十分昂貴。因此，多開模具，就意味著制鏡 成本大幅攀升，造成制作費用難以承受。在定日鏡的安裝調(diào)試過程中，如果沒有聚光控制， 將會使安裝調(diào)試工作，變得異常繁瑣復雜。每一臺定日鏡都由二、三十面反射分鏡組成，面 對上千臺定日鏡，若要進行逐臺安裝調(diào)試，就等于要面對數(shù)萬個反射分鏡，在人工高空作業(yè) 的情況下，進行安裝與調(diào)試?？上攵绱酥蟮亩ㄈ甄R的安裝工程，需要耗費不少的人 力、物力、財力，以及許久的工期。總之，目前定日鏡在制作方面，由于各項耗費開支太大，造成單機造價居高不下，導致塔式太陽能發(fā)電成本過高，遲遲未能與商業(yè)化市場運作接軌。國 情需要和市場期待的是低造價、抗風能力強、跟蹤精度高、自動聚光調(diào)節(jié)、安裝維護便捷等 等。顯然，現(xiàn)有設(shè)計與國情需要，還存在著一定的差距。
三.發(fā)明內(nèi)容為克服上述定日鏡傳動系統(tǒng)的技術(shù)缺陷，本實用新型提供一種設(shè)計思路，具體辦 法是采用超大直徑傳動輪直接驅(qū)動采光器水平方位角轉(zhuǎn)動和垂直高度角轉(zhuǎn)動，通過放大 傳動輪的角位移控制量，從而達到提高定日鏡跟蹤精度和縮小系統(tǒng)誤差目的。其基本結(jié)構(gòu) 如下在立柱支架上，安裝可水平轉(zhuǎn)動的T型軸，T型軸的垂直軸，與立柱支架構(gòu)成水平轉(zhuǎn)動 聯(lián)接，T型軸的水平軸，通過垂直轉(zhuǎn)動軸承，與豎梁支架構(gòu)成轉(zhuǎn)動聯(lián)接，在T型軸的水平軸后 側(cè)中線上，水平安裝水平傳動半輪，在立柱支架上，固定安裝水平驅(qū)動裝置支架，在水平驅(qū) 動裝置支架上，固定安裝水平驅(qū)動裝置，在水平驅(qū)動裝置的驅(qū)動控制下，水平傳動半輪可作 水平轉(zhuǎn)動，采光器可作水平方位角轉(zhuǎn)動，采光器由反射鏡及反射鏡支撐系統(tǒng)組成。在采光器 的橫梁支架上，固定安裝垂直傳動半輪支架，在垂直傳動半輪支架上，垂直安裝垂直傳動半 輪，在T型軸的水平軸后側(cè)，固定安裝垂直驅(qū)動裝置支架，在垂直驅(qū)動裝置支架上，固定安 裝垂直驅(qū)動裝置，在垂直驅(qū)動裝置控制下，垂直傳動半輪可作垂直轉(zhuǎn)動，采光器可作垂直高 度角轉(zhuǎn)動。由此，采光器在水平驅(qū)動和垂直驅(qū)動的雙重控制下，可以同時進行水平方位角和 垂直高度角的二維球面跟蹤運動。采用超大直徑雙傳動輪驅(qū)動的定日鏡傳動系統(tǒng)，以下簡稱大輪傳動系統(tǒng)，與原有 T型轉(zhuǎn)軸驅(qū)動定日鏡傳動系統(tǒng)相對比，在驅(qū)動方面，前者是通過大輪驅(qū)動采光器，傳動效率 高，扭力杠桿作用合理，負載能力強；而后者是通過轉(zhuǎn)軸驅(qū)動面積龐大的采光器，傳動效率 低，扭力杠桿作用倒掛，負載能力差。在動態(tài)與靜態(tài)支撐方面，前者為周邊驅(qū)動、周邊支撐， 所構(gòu)成的是面驅(qū)動、面支撐；而后者為雙轉(zhuǎn)軸驅(qū)動、雙轉(zhuǎn)軸支撐，所構(gòu)成的是中心驅(qū)動、中心 支撐。這樣，在驅(qū)動性能及抗風性能方面，兩者優(yōu)劣截然分明。采用大輪傳動系統(tǒng)，具有如 下優(yōu)勢1.大輪傳動，單級變速比高，所需變速級數(shù)低。因此，可以提高傳動效率，節(jié)省驅(qū)動 能耗。2.采用大輪傳動，所構(gòu)成的是周邊驅(qū)動和平面支撐。這種傳動結(jié)構(gòu)，驅(qū)動扭力杠桿作 用大，抗風能力強。3.由于大輪傳動，從圓周到圓心，受傘形收縮作用，可使系統(tǒng)固有的傳動 誤差，比原有的傳動系統(tǒng)，要縮小十數(shù)倍；反之，從圓心到圓周，受傘形擴大作用，可使大輪 角位移調(diào)節(jié)度，比原有的要放大十數(shù)倍。因此，風載荷光斑晃動影響減小，而跟蹤精度卻得 到提高。4.大輪傳動系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單，制作容易，常規(guī)制作，即可滿足使用要求。從而降低傳 動系統(tǒng)制作成本，提高產(chǎn)能產(chǎn)量。總之，采用大輪驅(qū)動定日鏡傳動系統(tǒng)，克服了原有定日鏡 傳動系統(tǒng)，受齒輪加工精度限制，導致跟蹤精度難以提高，以及制作費用高和制作難度大的 根本問題。為了克服目前定日鏡沒有聚光調(diào)節(jié)系統(tǒng)的缺陷，本實用新型提供一種定日鏡反射 聚光調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計思路，具體辦法是采用多單元橫向聚光幅度調(diào)節(jié)加縱向光斑會聚調(diào)節(jié) 的辦法，來實現(xiàn)采光器可變聚光的目的。其基本結(jié)構(gòu)如下根據(jù)聚光倍數(shù)需要，將整個矩形 采光面，橫向分隔為若干個寬幅矩形采光單元，采光單元構(gòu)成如下寬幅矩形反射鏡，固定 安裝在反射鏡鏡框內(nèi)，反射鏡鏡框固定安裝在彈性框架上，彈性框架懸掛安裝在反射鏡轉(zhuǎn) 動支架上，反射鏡轉(zhuǎn)動支架，由反射鏡支架轉(zhuǎn)軸、回形支架、活動關(guān)節(jié)固定支架、絲桿伸縮機支架組成，反射鏡支架轉(zhuǎn)軸與彈性框架長度相等，反射鏡支架轉(zhuǎn)軸，通過固定安裝在兩根豎 梁支架上的支架轉(zhuǎn)軸軸承，橫向穿過兩根豎梁支架，并與兩根豎梁支架構(gòu)成轉(zhuǎn)動聯(lián)接，在反 射鏡支架轉(zhuǎn)軸水平兩端，各固定聯(lián)接著一個縱向放置的回形支架，在反射鏡支架轉(zhuǎn)軸水平 兩端各四分之一處，各固定聯(lián)接著一個縱向放置的活動關(guān)節(jié)固定支架，在反射鏡支架轉(zhuǎn)軸 垂直中線上，固定聯(lián)接著縱向放置的絲桿伸縮機支架，在兩邊回形支架的四個邊角支點上， 通過旋轉(zhuǎn)滑動支撐組件，對彈性框架的四個邊角，構(gòu)成懸掛安裝，在兩邊活動關(guān)節(jié)固定支架 的四個支點上，通過可控活動關(guān)節(jié)，對彈性框架的相應(yīng)支點，構(gòu)成懸掛安裝，為了實現(xiàn)橫向 反射聚光調(diào)節(jié)，在彈性框架的垂直中線位置上，固定安裝上牽引支架，并在絲桿伸縮機支架 上，安裝雙聯(lián)絲桿伸縮機，雙聯(lián)絲桿伸縮機的兩根絲桿頂端，固定聯(lián)接在上牽引支架的中點 位置，為了實現(xiàn)縱向光斑會聚調(diào)節(jié)，在反射鏡支架轉(zhuǎn)軸上，安裝傳動臂，在豎梁支架上，安裝 絲桿伸縮機，在對所有采光單元雙聯(lián)絲桿伸縮機和絲桿伸縮機的統(tǒng)一驅(qū)動控制下，實現(xiàn)采 光器橫向聚光調(diào)整和縱向光斑會聚調(diào)整，從而實現(xiàn)定日鏡整體光斑大小連續(xù)可調(diào)。 采用上述聚光系統(tǒng)雙重調(diào)節(jié)，它的優(yōu)勢在于1.平面鏡取材容易，價格便宜；雙重 調(diào)整機，構(gòu)造簡單，造價低廉。用于取代價格昂貴的曲面鏡，可以降低反射鏡制作費用，節(jié)省 采光系統(tǒng)開支。2.使定日鏡安裝調(diào)試趨于簡化，只需在地面上進行鍵盤操作，即可完成單機 定位和聚光調(diào)節(jié)。從而減輕人員高空作業(yè)負擔，也免去搭建無數(shù)野外作業(yè)平臺之煩惱。提 高工作效率，縮短工程周期。3.實現(xiàn)聚光系統(tǒng)計算機智能化控制管理，只需輸入相應(yīng)的控制 程序，就可以進行光斑大小的操作與控制。通過聚光倍數(shù)自動補償控制，可以消除由于每日 太陽運動，所造成光斑大小的波動影響，有效地提高太陽能利用，增加產(chǎn)出電量，降低發(fā)電 成本。4.由于定日鏡，每臺、每個單元的制作參數(shù)完全一致，容易實現(xiàn)標準化批量生產(chǎn)。只 有投入大規(guī)模批量生產(chǎn)，才能最大限度地降低單機造價。5.掌握了聚光倍數(shù)調(diào)節(jié)，就等于 抓住了能量密度控制權(quán)；抓住了能量密度控制權(quán)，就等于抓住了塔式發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計主動權(quán)。 使塔式發(fā)電的總體設(shè)計，變得更加靈活自如。如聚光倍數(shù)與定日鏡數(shù)量，接收器與塔高設(shè) 計，裝機容量與儲熱方式等等綜合設(shè)計，都可以重新找到更多更好的資源配置方案。從而， 在宏觀整體布局上，優(yōu)化系統(tǒng)組合，提高整體效率，降低運行成本。總之，聚光系統(tǒng)的雙重調(diào) 節(jié)，是通過對聚光光斑合理的分解組合，從而得到有利的制作途徑和應(yīng)用開發(fā)。
四.
[0007]圖1為大輪驅(qū)動定日鏡側(cè)視圖。[0008]圖2為圖IA局部放大的水平驅(qū)動和垂直驅(qū)動示意圖。[0009]圖3為圖IB局部放大的采光單元側(cè)視圖。[0010]圖4為定日鏡框架結(jié)構(gòu)主視圖。[0011]圖5為定日鏡主梁結(jié)構(gòu)主視圖。[0012]圖6為定日鏡傳動系統(tǒng)側(cè)視圖。[0013]圖7為圖6C局部放大的水平驅(qū)動裝置結(jié)構(gòu)剖視圖。[0014]圖8為圖6D局部放大的垂直驅(qū)動裝置結(jié)構(gòu)剖視圖。[0015]圖9為圖6E局部放大的T型軸與立柱轉(zhuǎn)動聯(lián)接剖視圖。[0016]圖10為傳動系統(tǒng)俯視圖。[0017]圖11為圖IOF局部放大的水平驅(qū)動和垂直驅(qū)動示意圖。[0018]圖12為圖IOG局部放大的垂直轉(zhuǎn)軸安裝剖視圖。圖13(a)、(b)、(c)、(d)為采光單元曲率調(diào)整示意圖。圖14為圖13H局部放大的伸縮組件側(cè)視圖。圖15為圖13H局部放大的伸縮組件主視圖。圖16為圖131局部放大的可控活動關(guān)節(jié)示意圖。圖17為圖13J局部放大的旋轉(zhuǎn)滑動支撐組件主視圖。圖18為圖13J局部放大的旋轉(zhuǎn)滑動支撐組件側(cè)視圖。圖19為采光單元縱向會聚調(diào)節(jié)機構(gòu)示意圖。圖20為圖19K局部放大的縱向會聚調(diào)節(jié)機構(gòu)傳動聯(lián)接示意圖。圖21 (a)、(b)為可控活動關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)示意圖。圖22為傳動半輪齒輪耦合示意圖。圖23(a)、(b)為傳動半輪兩側(cè)傳動軸密封系統(tǒng)示意圖。圖24為雙軸驅(qū)動T型結(jié)構(gòu)定日鏡后視圖。上述圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6、圖7、圖8、圖9、圖11、圖12、圖13、圖14、圖 15、圖16、圖17、圖18、圖19、圖20、圖21、圖22中1.立柱支架，2. T型軸，3.水平傳動半
輪，4.垂直傳動半輪，5.水平輪托，6.垂直輪托，7.水平傳動半輪防塵罩，8.垂直傳動半輪 防塵罩，9.水平驅(qū)動裝置，10.垂直驅(qū)動裝置，11.垂直驅(qū)動裝置支架，12.水平驅(qū)動裝置支 架，13.三角支架，14.豎梁支架，15.橫梁支架，16.垂直轉(zhuǎn)動軸承，17. T型軸推力軸承，18. T 型軸軸承，19.垂直傳動半輪支架，20.垂直轉(zhuǎn)軸，21.法蘭盤，22.彈性框架，23.反射鏡鏡 框，24.反射鏡，25.反射鏡支架轉(zhuǎn)軸，26.支架轉(zhuǎn)軸軸承，27.上牽引支架，28.回形支架， 29.旋轉(zhuǎn)滑動支撐組件，30.反射鏡支架，31.下牽引支架，32.制動器支架，33.可控活動關(guān) 節(jié)，34.電磁失電制動器，35.可控活動關(guān)節(jié)支架，36.雙聯(lián)絲桿伸縮機，37.絲桿，38.絲桿防 塵波紋管，39.絲桿伸縮機支架，40.絲桿伸縮機輸入轉(zhuǎn)軸，41.旋轉(zhuǎn)滑動支撐組件下支座， 42.滑動軸支座，43.直線軸防塵波紋管，44.直線軸，45.滑動軸，46.直線軸承，47.滑動軸 軸承，48.直線軸承套，49.絲桿，50.絲桿伸縮機，51.傳動臂，52.軸銷，53.滑塊，54.滑槽， 55.靠輪，56.傳動軸，57.傳動半輪齒輪，58.蝸輪，59.蝸桿，60.蝸桿聯(lián)動齒輪，61.變速 箱輸出齒輪，62.變速箱，63.機殼，64.緩沖軸，65.緩沖軸軸承，66.傳動軸軸承，67.機座， 68.海棉密封條，69.密封滑片，70.傳動軸密封滑塊，71.緩沖間隙控制組件。
五.具體實施方式
大輪驅(qū)動T型結(jié)構(gòu)定日鏡如圖1、圖4、圖5、圖6所示，在立柱支架(1)頂端，設(shè)置 可水平轉(zhuǎn)動的T型軸(2)，T型軸(2)由水平軸和垂直軸固定聯(lián)接組成。如圖5、圖6所示， T型軸(2)的垂直軸，通過水平轉(zhuǎn)動軸承(12)與立柱(1)構(gòu)成水平轉(zhuǎn)動聯(lián)接。在實際應(yīng)用 中，由于采光器的面積有大有小。因此，T型軸(2)的水平軸，與采光器的兩根豎梁支架(14) 之間，存在著兩種不同的聯(lián)接方式。當采光器面積較小的時候，如圖5所示，T型軸(2)的水 平軸是穿過豎梁支架(14)，通過安裝在豎梁支架(14)上的垂直轉(zhuǎn)動軸承(16)，與豎梁支架 (14)構(gòu)成垂直轉(zhuǎn)動聯(lián)接。當采光器面積較大的時候，如圖4、圖10所示，T型軸(2)的水平 軸兩端，通過垂直轉(zhuǎn)動軸承(16)、垂直轉(zhuǎn)軸(20)、法蘭盤(21)，與豎梁支架(14)構(gòu)成垂直轉(zhuǎn) 動聯(lián)接。T型軸(2)的水平軸，與豎梁支架(14)所構(gòu)成的兩種垂直轉(zhuǎn)動聯(lián)接方式。主要是為了滿足水平傳動半輪(3)，在T型軸(2)上的安裝條件，就是T型軸(2)的水平軸長度，必 須大過水平傳動半輪(3)直徑。為方便敘述，以下規(guī)定日鏡的前后方向為定日鏡在工作狀 態(tài)下，向陽面為前，背陽面為后。為了獲得水平轉(zhuǎn)動控制，如圖10所示，在T型軸(2)的水 平軸后側(cè)水平中線上，安裝超大直徑水平傳動半輪(3)及水平輪托(5)。水平傳動半輪(3) 的軸心線，與T型軸(2)的垂直軸軸心線完全重合。如圖6所示，水平傳動半輪(3)，受水平 驅(qū)動裝置(9)控制，可使采光器作水平< 180°范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動。如圖1、圖6所示，水平驅(qū)動裝 置(9)，固定安裝在水平驅(qū)動裝置支架(12)上，水平驅(qū)動裝置支架(12)，固定安裝在立柱支 架(1)上。為了加強水平傳動半輪(3)的水平支撐，如圖6所示，在T型軸(2)的垂直軸后 側(cè)中線位置上，固定聯(lián)接三角支架(13)，三角支架(13)的水平挑出端，聯(lián)接于水平輪托(5) 的內(nèi)圓弧中點上。如圖5、圖6所示，為了獲得垂直轉(zhuǎn)動控制，在橫梁支架(15)上，固定安 裝垂直傳動半輪支架(19)，在垂直傳動半輪支架(19)上，固定安裝超大直徑垂直傳動半輪 (4)及垂直輪托(6)，垂直傳動半輪(4)的軸心線，與T型軸(2)的水平軸軸心線完全重合。 垂直傳動半輪(4)及垂直輪托(6)，可以安裝在立柱(1)的兩旁任選一的垂直半圓盤空間， 并且該空間位置，垂直穿過水平傳動半輪(3)的圓內(nèi)預留空間位置。本例選擇安裝在后視 立柱(1)的右側(cè)位置上。受垂直驅(qū)動裝置(10)的控制，可使采光器進行垂直15°至90° 范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動。如圖6、圖10所示，垂直驅(qū)動裝置(10)，固定安裝在垂直驅(qū)動裝置支架(11) 上，垂直驅(qū)動裝置支架(11)，固定安裝在T型軸(2)的水平軸后側(cè)。由此，采光器在水平驅(qū) 動和垂直驅(qū)動的雙重控制下，可以同時進行水平方位角和垂直高度角的二維球面跟蹤。圖7、圖8分別為定日鏡水平驅(qū)動裝置(9)和垂直驅(qū)動裝置(10)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)剖視 圖。水平驅(qū)動裝置(9)與垂直驅(qū)動裝置(10)內(nèi)部結(jié)構(gòu)相似，兩者工作原理完全相同。由變 速箱(62)，將電機轉(zhuǎn)速降低，通過變速箱輸出齒輪(61)與蝸桿聯(lián)動齒輪(60)耦合，驅(qū)動蝸 桿(59)轉(zhuǎn)動，進而帶動兩側(cè)蝸輪(58)同步異向轉(zhuǎn)動，兩側(cè)蝸輪(58)通過兩側(cè)傳動軸(56)， 使兩側(cè)傘形齒靠輪(55)聯(lián)動，由兩側(cè)傘形齒靠輪(55)同步異向轉(zhuǎn)動，帶動傳動半輪齒輪 (57)轉(zhuǎn)動。傳動半輪齒輪(57)，名義上包括水平傳動半輪(3)和垂直傳動半輪(4)。如圖 22所示，采用雙側(cè)靠輪傳動，可以使傳動半輪齒輪(57)，在與雙側(cè)靠輪(55)耦合傳動過程 中，所產(chǎn)生出來的雙側(cè)軸向推力，相互抵消，以避免增加軸向擺動。由于傳動半輪(57)，在加 工制作或安裝過程中，都有可能會產(chǎn)生出齒輪徑向誤差和軸向誤差。如果誤差值波動太大， 就會妨礙到齒輪耦合傳動。本例針對齒輪徑向誤差，所采取的兼容辦法是，把超大直徑的傳 動半輪齒輪(57)和雙側(cè)靠輪(55)，都加工制作成傘形齒輪。利用傳動半輪齒輪(57)傘形 齒的徑向深度長，以及齒與齒之間平行度高的特點，可以允許齒輪耦合雙邊，在很小的范圍 內(nèi)出現(xiàn)徑向相對移動，以此兼容徑向誤差。針對軸向誤差的解決辦法是，將驅(qū)動裝置的殼體 支撐部位，設(shè)置在背離靠輪(55)的另外一端。在驅(qū)動裝置機殼(63)與機座(67)之間，通 過緩沖軸(64)，構(gòu)成轉(zhuǎn)動聯(lián)接。緩沖軸(64)的軸向，與傳動半輪齒輪(57)的軸向相互垂 直。當靠輪(55)在傳動過程中，出現(xiàn)微弱的軸向位移波動時，則可通過緩沖軸(64)的微小 擺動加以吸收。為了限制緩沖幅度，如圖2所示，分別在水平驅(qū)動裝置支架(12)和垂直驅(qū) 動裝置支架(11)上，安裝緩沖間隙控制組件(71)。下面以水平方位角跟蹤為例，對大輪傳動系統(tǒng)的跟蹤運行狀況，作如下敘述如圖 4所示，假設(shè)定日鏡采光器高12m，寬10m，面積120m2。如果兩個豎梁支架(14)之間最佳距 離為4m，那么，水平超大直徑傳動半輪(3)的直徑，最多可以取到4m，本例暫取3m，換算成毫米單位為3000mm，假設(shè)靠輪(55)的直徑為40mm。那么，兩種齒輪直徑比為3000 40 =75倍。以下為了便于敘述，將水平傳動半輪(3)簡稱為大齒輪，靠輪(55)簡稱為小齒 輪。根據(jù)光學原理得知，定日鏡反射角度每調(diào)整1°，太陽光入射光線與反射光線之間夾角 就會發(fā)生2°變化。因此，定日鏡總是以二分之一太陽運行角速度進行跟蹤。以下簡稱這 一原理，為半角跟蹤原理。若定日鏡采用連續(xù)跟蹤方式，則大齒輪和小齒輪平均線速度計 算為3000mmX ji + (24小時X2) +60分鐘 3. 2725mm/min，式中(24小時X2)項，是根 據(jù)半角跟蹤原理而來，大齒輪轉(zhuǎn)過一圈需要48小時；小齒輪每分鐘轉(zhuǎn)速計算為3. 2725mm/ min+ (40mmX ji ) 0. 026r/min ；假設(shè)水平驅(qū)動裝置末級變速比為120，那么，變速箱輸出 齒輪(59)的轉(zhuǎn)速計算為0. 026r/minX120 = 3. 12r/min。如果定日鏡采用間歇式跟蹤，每 10秒鐘跟蹤調(diào)整一次。那么10秒鐘光斑移動夾角計算為360度+24小時+3600秒X 10 秒=0. 041667度；在每10秒內(nèi)，大齒輪和小齒輪共同轉(zhuǎn)過弧長計算為3. 2725mm/min + 60 秒X 10秒 0. 5454mm ；大齒輪每度弧長計算為3000mmX ji +360度 26. 1799mm/ 度。那么，大齒輪轉(zhuǎn)過弧長0. 5454mm時，所對應(yīng)的角位移為0. 5454mm+26. 1799mm/ 度 0.0208 °。若齒輪耦合間隙總和為0.5mm，則大齒輪角位移誤差值計算為 0.5mm+26. 1799mm/度 0.019°。通過以上計算如結(jié)果表明，采用連續(xù)跟蹤方式，則定日 鏡跟蹤精度，若以系統(tǒng)誤差大小而定。那么，水平角位移跟蹤精度為0.019° ；若定日鏡投射 距離為300m，則光斑水平移動誤差計算為tanO. 019° X 300000mm ^ 100mm ；若考慮二分之 一提前量，那么，在風載荷下運行，光斑水平波動值約為士 50mm。如果采用間歇式跟蹤，則 定日鏡跟蹤精度估算，應(yīng)加上10秒鐘太陽光斑移動夾角，那么，此時水平角位移跟蹤精度 為0. 041667° +0. 019° 0. 0607° ；若定日鏡投射距離為300m，則光斑水平移動誤差計 算為tan0. 0607° X 300000mm 318mm，若考慮二分之一提前量，那么，在風載荷下運行， 光斑水平波動值約為士 159mm。對于大輪傳動系統(tǒng)而言，傳動半輪直徑越大，則跟蹤精度越 高，系統(tǒng)誤差越小。由于直徑增大，制作費用也會有所增加。因此，對于傳動半輪的直徑取 值，應(yīng)根據(jù)實際控制需要而定，以適用為度。根據(jù)定日鏡半角跟蹤原理得知，水平傳動半輪
(3)最大跟蹤范圍小于90°，而垂直傳動半輪(4)，考慮前后排定日鏡俯仰角跟蹤范圍大致 為60°。因此，為了減輕傳動半輪的齒輪加工負擔。僅對水平傳動半輪(3)中間90°，所 對應(yīng)的弧長部分作有齒加工；對垂直傳動半輪(4)其中60°角，所對應(yīng)的弧長部分作有齒 加工。若水平傳動半輪(3)直徑為3000mm，則有齒部分弧長約為2356mm ；若垂直傳動半輪
(4)直徑為2400mm；則有齒部分弧長約為1256mm。采光器實施例一定日鏡聚光系統(tǒng)如圖4所示。將整個矩形采光鏡面，橫向分隔成九等分。如前所 述的采光器面積為120m2，則生成九個橫向長度為10m，縱向高度約為1. 3m的寬幅矩形采光 單元。本例采光器的聚光倍數(shù)調(diào)節(jié)范圍為1至69倍。此處聚光倍數(shù)最大值的規(guī)定算法是， 當采光單元聚光光斑達到正方形時，獨立采光單元聚光倍數(shù)約為7.7 ；當九個采光單元光 斑同時重疊會聚在一起時，則采光器聚光倍數(shù)最大值為7. 7X9 69倍。如圖13(a)、(b)、 (c)、(d)、圖14、圖17所示，采光單元構(gòu)成由寬幅矩形平面反射鏡(24)，鑲嵌在反射鏡鏡框 (23)內(nèi)，反射鏡鏡框(23)固定安裝在同樣大小的矩形彈性框架(22)上。如圖14、圖15、圖 16、圖17所示，彈性框架(22)，通過雙聯(lián)絲桿伸縮機(36)、可控活動關(guān)節(jié)(33)、旋轉(zhuǎn)滑動支 撐組件(29)，這三種銜接構(gòu)件，懸掛安裝在反射鏡轉(zhuǎn)動支架上。如圖13(a)、(b)、(c)、(d)所示，反射鏡轉(zhuǎn)動支架，由回形支架(28)、活動關(guān)節(jié)固定支架(35)、絲桿伸縮機支架(39)、反 射鏡支架轉(zhuǎn)軸(25)組成。反射鏡支架轉(zhuǎn)軸(25)為橫向水平放置，其長度與彈性框架(22) 相同。在反射鏡支架轉(zhuǎn)軸(25)水平兩端，縱向固定設(shè)置回形支架(28)；在反射鏡支架轉(zhuǎn)軸 (25)水平兩端各約四分之一處，縱向固定設(shè)置活動關(guān)節(jié)固定支架(35)；在反射鏡支架轉(zhuǎn)軸 (25)垂直中線上，縱向固定設(shè)置絲桿伸縮機支架(39)。反射鏡支架轉(zhuǎn)軸(25)，固定聯(lián)接在 回形支架(28)的后側(cè)水平中線上。同時，反射鏡支架轉(zhuǎn)軸(25)，固定聯(lián)接在活動關(guān)節(jié)固定 支架(35)和絲桿伸縮機支架(39)的前側(cè)水平中線上。反射鏡支架轉(zhuǎn)軸(25)，橫向穿過左 右豎梁支架(14)，并通過固定安裝在豎梁支架(14)上的支架轉(zhuǎn)軸軸承(26)，與豎梁支架 (14)構(gòu)成垂直轉(zhuǎn)動聯(lián)接?；匦沃Ъ?28)和活動關(guān)節(jié)固定支架(35)，與彈性框架(22)的縱 向長度一致?；匦沃Ъ?28)的四個邊角，分別與彈性框架(22)的四個邊角，通過旋轉(zhuǎn)滑動 支撐組件(29)，構(gòu)成兩邊支架相互銜接；活動關(guān)節(jié)固定支架(35)的四個支點，分別與彈性 框架(22)的四個對應(yīng)支點，通過可控活動關(guān)節(jié)(33)相互銜接；絲桿伸縮機支架(39)，通過 雙聯(lián)絲桿伸縮機(36)，與安裝在彈性框架(22)垂直中線上的上牽引支架(27)的中點，構(gòu)成 相互銜接。本例中間采光單元，不設(shè)反射鏡轉(zhuǎn)動支架。它是通過橫向固定安裝在豎梁支架 (14)上的兩條反射鏡支架(30)，為彈性支架(22)提供懸掛支撐。反射鏡支架(30)與彈性 框架(22)等長。各種銜接構(gòu)件安裝，與其他采光單元一致。有所區(qū)別的是，在兩條反射鏡 支架(30)的中點連線位置上，固定安裝下牽引支架(31)，在下牽引支架(31)的中點位置 上，安裝雙聯(lián)絲桿伸縮機(36)。在雙聯(lián)絲桿伸縮機(36)的牽引下，彈性框架(22)被迫發(fā)生 弧形彎曲，使固定安裝在彈性框架(22)上的反射鏡(24)，也隨之發(fā)生弧形彎曲。由反射鏡 (24)的曲率變化，導致采光單元橫向聚光幅度發(fā)生變化。通過對雙聯(lián)絲桿伸縮機(36)的 驅(qū)動控制，可實現(xiàn)采光單元反射鏡的曲率變化連續(xù)可調(diào)。在反射鏡(24)聚光調(diào)節(jié)過程中， 由于彈性框架(22)四個邊角支點的運動軌跡，可以分解為直線運動加平面轉(zhuǎn)動。所以，在 彈性框架(22)的四個邊角上，設(shè)置旋轉(zhuǎn)滑動支撐組件(29)。如圖17、圖18所示，旋轉(zhuǎn)滑動 支撐組件(29)構(gòu)成如下在直線軸固定支座(41)上，固定安裝直線軸(44)，在直線軸(44) 上，安裝直線軸承(46)，在直線軸承(46)上，安裝直線軸承套(48)，如圖18所示，在直線軸 承套(48)兩側(cè)垂直中線上，固定聯(lián)接滑動軸(45)，滑動軸(45)的另一端，固定安裝在滑動 軸軸承(47)內(nèi)，滑動軸軸承(47)安裝在滑動軸支座(42)上，使滑動軸支座(42)，可在直線 軸(44)上，作旋轉(zhuǎn)滑動運動?；瑒虞S(45)與直線軸(44)相互垂直，滑動軸(45)與反射鏡 (24)相互平行。直線軸固定支座(41)，與回形支架(28)緊固聯(lián)接；滑動軸支座(42)，與彈 性框架(22)邊角緊固聯(lián)接。當彈性支架(22)發(fā)生形變時，其四個邊角，通過旋轉(zhuǎn)滑動支撐 組件(29)，可在橫向平面運動中，獲得縱向固定支撐。除此之外，在彈性框架(22)兩端各約 四分之一處，安裝可控活動關(guān)節(jié)(33)，也起到的動態(tài)懸掛支撐作用。如圖19所示，為了取得 采光單元反射光斑縱向會聚增量調(diào)節(jié)，在豎梁支架(14)上，固定安裝絲桿伸縮機(50)；在 靠近豎梁支架(14)的反射鏡支架轉(zhuǎn)軸(25)上，固定安裝傳動臂(51)。絲桿(49)的前端， 通過軸銷(52)，與傳動滑塊(53)構(gòu)成轉(zhuǎn)動聯(lián)接。傳動滑塊(53)，放置于傳動臂(51)末端 的滑槽(54)內(nèi)，滑槽(54)的走向與傳動臂(51)徑向一致。如圖20所示，當絲桿(49)伸 縮運動時，傳動滑塊(53)在滑槽(54)內(nèi)，略微作徑向移動，使傳動臂(51)的推動支點，鎖 定在絲桿伸縮機(50)的直線運行軌跡上。采用長臂傳動，是為了增大轉(zhuǎn)動扭矩和角位移控 制細分。由絲桿(49)的伸縮運動，帶動傳動臂(51)作來回擺動，進而帶動反射鏡轉(zhuǎn)動支架及反射鏡(24)作來回轉(zhuǎn)動。由反射鏡(24)的來回轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)單元反射鏡(24)聚光光斑縱 向會聚可控調(diào)節(jié)。在對所有采光單元曲率調(diào)節(jié)和光斑會聚調(diào)節(jié)的統(tǒng)一控制下，采光器獲得 多單元整體聚光效果，實現(xiàn)整體聚光光斑大小連續(xù)可調(diào)。本例采光單元取奇數(shù)個的益處，是為了節(jié)省中間采光單元的轉(zhuǎn)動設(shè)施。由于中間 采光單元不需要縱向會聚調(diào)節(jié)裝置，因此，只設(shè)置曲率調(diào)整機構(gòu)。如圖4所示，本例各采光 單元的分布結(jié)構(gòu)為，在兩根豎梁支架(14)上，縱向排列，左右對稱，各采光單元相互之間留 有轉(zhuǎn)動間隙。除中間單元外，其余八個單元，都可以作垂直方向小角度轉(zhuǎn)動。為了使反射鏡 (24)彎曲弧度，接近于聚光曲線，如拋物曲線或雙曲線等。在彈性框架(22)的制作選材 上，采用彈性塑鋼或其他彈性輕質(zhì)材料加以制作。而且，將彈性框架(22)的兩條長邊，制作 成中間厚兩邊逐漸變薄的分布形狀。采用塑鋼制作彈性框架的好處是，質(zhì)地輕、彈性好、價 格低，耐用?？紤]定日鏡將處于風沙較大的環(huán)境中運行，就必須具備應(yīng)有的防塵措施，和抵御 強風的能力。本例采光器，采用多單元設(shè)計，可以使風力作用得到有效地分解。如圖13(a) 所示，風力作用面積，經(jīng)過中間伸縮組件的固定支撐，分解為二分之一單元面積。二分之一 風力作用面積，再經(jīng)過可控活動關(guān)節(jié)(33)的固定支撐，再行分解到四分之一單元面積。這 樣使彈性支架(22)，整體抗風變形能力得到增強。如圖21所示，在可控活動關(guān)節(jié)(33)的 中間軸銷與曲臂之間，安裝微型電磁失電制動器(34)。在失電狀態(tài)下，可控活動關(guān)節(jié)(33) 被限制伸縮運動，成為一種固定支撐。只有在曲率調(diào)整期間，在制動器通電的情況下，可控 活動關(guān)節(jié)(33)才能展開自由伸縮運動。在防風沙保護方面，如圖14、圖17所示，在雙聯(lián)絲 桿伸縮機(36)和旋轉(zhuǎn)滑動支撐組件(29)上，設(shè)置絲桿防塵波紋管(38)和直線軸防塵波紋 管(43)，特別加以密封保護。如圖2、圖6、圖7所示，在傳動半輪齒輪(57)的兩側(cè)傘形齒面 上，加設(shè)水平傳動半輪防塵罩(7)和垂直傳動半輪防塵罩(8)。如圖2、圖7、圖23(a)、(b) 所示，在防塵罩與傳動軸(56)相對運動的軌道上，設(shè)置橡膠海綿密封條(68)。在海綿密封 條(68)與傳動軸(56)的移動交接處，設(shè)置傳動軸密封滑塊(70)，其正面形似橄欖狀，兩頭 尖，中間寬，有利于在上下海綿密封條(68)交接縫中的滑動和密封。為了加強該處密封，在 傳動軸密封滑塊(70)里外兩面，安裝密封滑片(69)。采光器實施例二上述定日鏡聚光系統(tǒng)設(shè)計，屬于太陽跟蹤聚光技術(shù)，具有太陽跟蹤聚光通用性。因 此，可將其用途上作進一步的開發(fā)。對于上述定日鏡，在主體框架格局不作任何改變的情況 下，只需將原來可調(diào)節(jié)的部分，都改成固定式結(jié)構(gòu)。并且，將傳動半輪上的有齒部分加長。如 果需要提高聚光倍數(shù)，可以將采光單元反射鏡，再橫向分隔出更多反射分鏡，而后將采光單 元內(nèi)所有反射分鏡，按橫向固定聚光安裝，使得分鏡光斑聚成正方形；縱向以會聚排列，使 得各分鏡光斑重疊。組成固定式多分鏡聚光會聚采光單元。如此一來，就可以把原來的定 日鏡，改裝成高倍聚光太陽跟蹤裝置。這樣的改裝，簡單易行，造價更低。改裝后的整個鏡 面依然是矩形反射鏡，其聚光倍數(shù)可以任意設(shè)定。如高度12m，寬度10m，面積為120m2平 方米的矩形采光器鏡面。若將其橫向分隔為九等分，則可生成九個采光單元。若每個采光 單元，再橫向分隔為六等分，則得到每個反射分鏡尺寸約為10mX0.2m。由六個反射分鏡， 分別固定在六個彈性支架上，每個彈性支架都以一定的會聚角度和相同的曲率，固定安裝 在原來的反射鏡轉(zhuǎn)動支架上，構(gòu)成采光單元固定式聚光。若單元聚光會聚光斑形成面積為0. 2mX0. 2m，則此時采光器整體聚光倍數(shù)可以達到50X54 = 2700倍。高倍數(shù)聚光，主要 應(yīng)用于聚光光伏發(fā)電、碟式太陽能發(fā)電、冶煉金屬、單晶生長、制取氫氣、海水淡化等等各 種高溫清潔能源應(yīng)用場合。
權(quán)利要求一種由超大直徑傳動輪驅(qū)動的水平方位角轉(zhuǎn)動疊加垂直高度角轉(zhuǎn)動，所構(gòu)成的定日鏡裝置，其特征結(jié)構(gòu)為在立柱支架(1)上，安裝可水平轉(zhuǎn)動的T型軸(2)，T型軸(2)的垂直軸，與立柱支架(1)構(gòu)成水平轉(zhuǎn)動聯(lián)接，T型軸(2)的水平軸，通過垂直轉(zhuǎn)動軸承(16)，與豎梁支架(14)構(gòu)成轉(zhuǎn)動聯(lián)接，在T型軸(2)的水平軸后側(cè)中線上，水平安裝水平傳動半輪(3)，在立柱支架(1)上，固定安裝水平驅(qū)動裝置支架(12)，在水平驅(qū)動裝置支架(12)上，固定安裝水平驅(qū)動裝置(9)，在水平驅(qū)動裝置(9)的驅(qū)動控制下，采光器可作水平方位角轉(zhuǎn)動，在橫梁支架(15)上，固定安裝垂直傳動半輪支架(19)，在垂直傳動半輪支架(19)上，垂直安裝垂直傳動半輪(4)，在T型軸(2)的水平軸后側(cè)，固定安裝垂直驅(qū)動裝置支架(11)，在垂直驅(qū)動裝置支架(11)上，固定安裝垂直驅(qū)動裝置(10)，在垂直驅(qū)動裝置(10)控制下，采光器可作垂直高度角轉(zhuǎn)動。
2.按照權(quán)利要求1所述的定日鏡裝置，其特征在于垂直傳動半輪(4)與水平傳動半 輪(3)，空間位置的相對關(guān)系，垂直傳動半輪(4)，設(shè)置在采光器后側(cè)，靠近立柱(1)兩旁任 選一的垂直半圓盤空間，并且該垂直半圓盤空間，是從水平傳動半輪(3)半圓平面內(nèi)預留 空檔處垂直穿過。
3.按照權(quán)利要求1所述的定日鏡裝置，其特征在于對傳動半輪齒輪(57)的耦合及驅(qū) 動方式，為雙側(cè)傘形齒輪(55)耦合，單蝸桿(59)與雙蝸輪(58)，同步異向雙側(cè)驅(qū)動。
4.按照權(quán)利要求1所述的定日鏡裝置，其采光系統(tǒng)由若干采光單元，所構(gòu)成的定日鏡 可變聚光裝置，其特征結(jié)構(gòu)為將整個矩形采光面，橫向分隔為若干個寬幅矩形采光單元， 采光單元構(gòu)成如下寬幅矩形反射鏡(24)，固定安裝在反射鏡鏡框(23)內(nèi)，反射鏡鏡框 (23)固定安裝在彈性框架(22)上，彈性框架(22)懸掛安裝在反射鏡轉(zhuǎn)動支架上，反射鏡轉(zhuǎn) 動支架，由反射鏡支架轉(zhuǎn)軸(25)、回形支架(28)、活動關(guān)節(jié)固定支架(35)、絲桿伸縮機支架 (39)組成，反射鏡支架轉(zhuǎn)軸(25)與彈性框架(22)長度相等，反射鏡支架轉(zhuǎn)軸(25)，通過固 定安裝在兩根豎梁支架(14)上的支架轉(zhuǎn)軸軸承(26)，橫向穿過兩根豎梁支架(14)，并與兩 根豎梁支架(14)構(gòu)成轉(zhuǎn)動聯(lián)接，在反射鏡支架轉(zhuǎn)軸(25)水平兩端，各固定聯(lián)接著一個縱向 放置的回形支架(28)，在反射鏡支架轉(zhuǎn)軸(25)水平兩端各四分之一處，各固定聯(lián)接著一個 縱向放置的活動關(guān)節(jié)固定支架(35)，在反射鏡支架轉(zhuǎn)軸(25)垂直中線上，固定聯(lián)接著縱向 放置的絲桿伸縮機支架(39)，在回形支架(28)的四個邊角支點上，通過旋轉(zhuǎn)滑動支撐組件 (29)，對彈性框架(22)的四個邊角，構(gòu)成懸掛安裝，在活動關(guān)節(jié)固定支架(35)的四個支點 上，通過可控活動關(guān)節(jié)(33)，對彈性框架(22)的相應(yīng)支點，構(gòu)成懸掛安裝，為了實現(xiàn)橫向反 射聚光調(diào)節(jié)，在彈性框架(22)的垂直中線位置上，固定安裝上牽引支架(27)，并在絲桿伸 縮機支架(39)上，安裝雙聯(lián)絲桿伸縮機(36)，雙聯(lián)絲桿伸縮機(36)的兩根絲桿頂端，固定 聯(lián)接在上牽引支架(27)的中點位置，為了實現(xiàn)縱向光斑會聚調(diào)節(jié)，在反射鏡支架轉(zhuǎn)軸(25) 上，安裝傳動臂(51)，在豎梁支架(14)上，安裝絲桿伸縮機(50)，在對所有采光單元雙聯(lián)絲 桿伸縮機(36)和絲桿伸縮機(50)的統(tǒng)一驅(qū)動控制下，實現(xiàn)采光器橫向聚光調(diào)整和縱向光 斑會聚調(diào)整，從而實現(xiàn)定日鏡整體光斑大小連續(xù)可調(diào)。
5.按照權(quán)利要求1或4所述的定日鏡裝置，其特征在于反射鏡轉(zhuǎn)動支架通過銜接組 件雙聯(lián)絲桿伸縮機(36)、可控活動關(guān)節(jié)(33)、旋轉(zhuǎn)滑動支撐組件(29)，對彈性支架(22)構(gòu) 成動態(tài)懸掛支撐，使彈性支架(22)在縱向上，獲得固定支撐，在橫向平面方向上，獲得弧形 彎曲的變形控制。
專利摘要一種由大輪傳動及聚光連續(xù)可調(diào)所構(gòu)成的定日鏡，屬于太陽能利用跟蹤技術(shù)領(lǐng)域。其基本結(jié)構(gòu)為在立柱支架上，設(shè)置T型軸為水平轉(zhuǎn)軸，T型軸的水平軸兩端，與采光器豎梁支架構(gòu)成垂直轉(zhuǎn)動聯(lián)接，在T型軸的水平軸上安裝超大直徑水平傳動半輪，在采光器支架上安裝超大直徑垂直傳動半輪，在水平驅(qū)動裝置和垂直驅(qū)動裝置的控制下，采光器可作水平方位角轉(zhuǎn)動和垂直高度角轉(zhuǎn)動。采光器縱向分布九個橫幅采光單元，每個采光單元都有獨立的橫向聚光曲率調(diào)整機構(gòu)和縱向光斑會聚調(diào)整機構(gòu)，雙重聚光調(diào)節(jié)，構(gòu)成采光器聚光倍數(shù)可調(diào)范圍為1至69倍。
文檔編號F24J2/54GK201621889SQ200920183409
公開日2010年11月3日 申請日期2009年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月23日
發(fā)明者劉奇靈 申請人:劉奇靈