塔式太阳能热发电中定日镜的设计及性能分析

塔式太阳能热发电是利用批量定日镜将阳光反射至吸热器上，吸热器工质吸收高倍聚焦太阳能将光能转换成热能，通过换热器产生高温高压过热蒸汽推动汽轮机发电，从而将太阳能转化为电能。定日镜是太阳能塔式热发电系统中的重要聚光元件，它通过双轴转动实现追日，并将阳光反射至吸热器。因此，对定日镜的传动精度、镜子反射光斑的合理性提出了较高的要求。同时，由于定日镜为塔式太阳能热发电站的主要组成元件，其制作、安装和维护成本应成为主要设计约束条件。

国内外对多种定日镜结构进行了设计和研究，通过大量实验，最后都普遍采用将定日镜的主体结构设计成T型结构 ，即-根垂直轴支撑-根水平轴做主框架，并将此两轴做为转动轴。多数定日镜为保证有效反射面积，将镜面和定 日镜重心偏离水平轴 。此类设计提高了负载，最终提高了传动部件的设计要求，也增加了定日镜运行损耗。

本文介绍-种在水平轴和方位轴均达到静平衡的定日镜，该定日镜采用电动推杆、-齿差传动、两片间隔式的镜子支架结构等。本文将从传动性能、反射光斑、成本、角度计算等方面对该定日镜进行分析、设计和论证。

二 定日镜系统设计塔式太阳能热发电中，定日镜功能设计目标为可实现高精度校正、追日以及将合理光斑反射至吸热器。本文给出满足以上功能设计目标的定日镜，如图1所示。该定日镜由镜子支架、水平轴传动、垂直轴传动、底座4大部件组成。

该定日镜水平轴传动机构采用电动推杆，使镜子支架绕水平轴转动(高度角工作范围0。～90。)；- - - - SOLAR ENERGY 17圪D13架图 1定 日镜垂直轴传动机构采用-齿差传动机构 ，使镜子支架绕垂直轴转动(方位工作范围0。～360。)。驱动镜子支架绕两轴传动，从而实现镜面法线方向能指向工作范围内的任意方向。

- 般定日镜设计过程中，将传动部件的选型约束条件设定为输出力矩大于自重负载与极限风抗负载之和。本文给出定 日镜在高度角和方位角均实现静平衡，即镜子支架的两轴转动轴线均通过重心～定日镜自重负载理论值降为零，驱动力仅需大于风抗负载，从而减小塔式太阳能热发电中定 日镜的运行负荷 ，降低传动部件生产成本以及提高传动性能。

镜子支架设计过程中，主要需从三方面考虑(1)刚性和强度满足长期稳定反射合理光斑的要求；(2)结构实现两轴通过镜子支架重心；(3)镜子支架转动惯量满足传动加速性能。

三 高度角传动设计图2为定 日镜水平轴力学分析图。由图2可知，结构设计时将镜子支架重心放置在水平轴中心，镜子支架实现力学静平衡 ，即电动推杆选型时，仅图2水平轴传动需选定电动推杆额定力矩大于镜面风抗负载即可。

电动推杆为标准设备，且仅选用普通轧制丝杆即可满足传动精度要求。所以水平轴传动的生产和安装均能满足批量生产要求。

对图2进行力学分析，可得出电动推杆额定力矩与风抗负载的关系，表达式为：2M 风S≥ )式中，F电为电动推杆额定力矩； 风为转化到水平轴上的风抗力矩；Z 、f2、 分别为水平轴轴心和电动推杆上两个旋转轴心三者之间的距离。校核电动推杆的输出力矩时，需仿真计算出定日镜多角度的风抗负载 (即提取出水平轴风抗力矩 )，从而按式(1)计算出电动推杆所需最小输出力。

四 方位角传动设计方位角传动采用了蜗杆传动与-齿差传动两级传动 。其中，蜗杆传动可实现自锁、大传动比；二级传动为-齿差传动 ，如图3所示，其具备传动比大和体型小的特点。综上特点，可将垂直轴传动部件与垂直轴集成为-体。该垂直传动体型小，便于安装、拆卸，且又保证了整体刚性。

镜子支架的重心处于垂直轴上，即垂直轴输出力矩仅需大于极限风抗转化至垂直轴的力矩。

图 3 -齿差传 动五 角度计算将电动推杆代替常规齿轮传动后，电机输入与镜子支架转动角度转变为非线性关系。通过建模计算(图4)，可建立电动推杆上电机及垂直轴蜗杆上电机转动角度与镜子支架转动角度的关系，表达式为：- - - ～ S0LAR ENERGY 17 013计、能源计量、实验方法等多方面涵盖了太阳能热利用从产品生产到工程安装售后等各个环节。2013年行业正在积极建立3项国标和2项行业新标准：壁挂热水器设计安装与验收标准、搪瓷水箱生产标准。严格执行这些标准将大大促进产品质量和性能的提高。为此，我们应紧紧以质量标准体系为依托，对所制定的标准搞好宣贯工作 ，企业应认真贯彻执行。同时要采取切实可行的办法 ，对执行标准的情况进行有效监管，从而使产品质量有法可依、有据可依。

质量和效益是相辅相成、相互依赖的，在稳中求进的基础上，要把更多的精力放到经济增长的质量和效益上。目前我们经济增长的质量和效益亟待提高，要在提高企业发展质量和效益上下功夫。在市抄济条件下，企业存在的根本目的就是获取效益(或利润)。随着我国市抄济体系逐步确立和经济的飞速发展，大多数商品市场逐渐转变为买方市场，产品供过于求，企业之间的竞争也日趋激烈。竞争不仅使有利可图的行业生产规模迅速扩大，也推动着技术创新和成本降低。为了占领市场，企业需要不断开发新产品，生产出性能更高、价格更低的产品。要提高经济效益，就必须加强企业的产品质量管理和成本管理，因此，在建立现代化制度中强调质量管理和成本管理尤为重要。

(接第20页)镜成本较低，因其选型、制造与安装无特殊要求。

八.结论本文针对降负载、优化选型、降单镜成本等目标，设计了-套定日镜。通过计算输入输出的关系，论证了其开闭控制的可行性。给出了镜子支架的设计及仿真计算流程，确立了该定日镜的镜子支架形式。其能够满足追 日功能，且结构简单、安装简便、负载孝成本低，具备开发和应用价值。