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CN106575126A - 太阳跟踪器的方位角旋转机构 - Google Patents

太阳跟踪器的方位角旋转机构 Download PDF

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CN106575126A CN201580039808.3A CN201580039808A CN106575126A CN 106575126 A CN106575126 A CN 106575126A CN 201580039808 A CN201580039808 A CN 201580039808A CN 106575126 A CN106575126 A CN 106575126A
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Abstract

一种用于太阳跟踪器的方位角旋转机构，包括竖向的基座(1)，保持太阳能电池板(7)的旋转支承器(2)被安装在所述基座上，所述太阳能电池板借助于位于相同水平面中的至少三个液压缸(4、5和6)被致动并且借助于第一可动的竖轴(18)通过筒被铰接至所述旋转支承器(2)，而所述三个缸的活塞杆穿过所述旋转支承器的壁并且借助于第二固定的竖向旋转轴(21)在相同高度处被铰接至所述基座。

Description

太阳跟踪器的方位角旋转机构
技术领域
本发明涉及一种由竖向基座构成类型的太阳跟踪器的方位角旋转机构，所述竖向基座上安装有具有围绕基座的轴旋转能力的旋转支承器，所述旋转支承器保持太阳能电池板并且借助于通过相应的竖轴而铰接至所述支承器和基座的液压缸致动。
更具体地，本发明的机构用于T形的太阳跟踪器，其随着结构的运动相对于固定基座将其反射表面保持在方位角和升降轴(elevator shaft)中。
背景技术
目前，存在许多用于太阳跟踪器结构的支承和旋转机构，其可以依据它们提供的角行程、依据就保持和致动两者而言其负载能力和依据跟踪太阳方面的其精度来分级。并且在它们中的全体的明确目标是对于所需特征减低其制造、装配和维修成本。
所述方位角旋转机构是特别难做和昂贵的，对此，以两个液压缸的致动为基础的专利US6123067和WO2013/178850A1可以被引用作背景技术。
专利US6123067的机构的主题包括一种由两个液压缸致动的、围绕基座旋转的旋转框。该机构是复杂的、昂贵的并且展现出需要经常维护的大间隙的问题。
专利申请WO2013/178850A1公开了一种借助于两个附接于相同的公共轴但处于不同高度以便其不会交错的液压缸实现的方位角液压致动机构，其允许太阳能电池板结构相对于支承基座旋转完整的360°。对于该方位角机构的问题是其负载能力太易变了并且在其周向移动期间不平衡，以致为了吸收支承结构可沿任何方向接收的风的负载，对于使结构运动所需的其致动负载能力和在不运动的情况下抵御风两者，其需要显著过大尺寸的整个机构。
除了由通过两个液压缸的致动沿着跟踪器的方位角移动的长度所产生的负载不平衡之外(鉴于它们关于彼此的相对位置并且它们通常被按大约90°的角间距地优化)，由于缸的端部设置成一个在另一个的顶部上并且利用其在轴上引起的额外的弯曲力矩，所以在缸附接于其上的公共轴上产生了另一种不平衡。该负载的不平衡一方面来源于两个缸关于彼此的相对位置，并且另一方面来源于以下事实：所述缸的端部附接于相同的公共轴上但一个在另一个的顶部，这需要在其附接于轴中的这些缸的端部处具有球形的球窝式接头。这些球形的球窝式接头被设置成通过引入不平衡和偏离中心的负载来吸收系统中的变形偏差以防止缸的破裂或者缸和其附接于方位角机构的其余部分的附件的耐用性的显著减低，所述球形的球窝式接头是昂贵的并且占据大量空间。同样，太阳跟踪器的可动部分和固定基座之间的机械旋转元件(其通常是球轴承)由于因缸对其附接的公共轴所传送的不平衡的负载也经受了大很多的负载，从而需要加大该机械旋转元件的尺寸以试图将其在操作中的更大磨损减到最小并且获得可接受的耐久度，该机械旋转元件一般是球轴承或者轴颈轴承。
在中心塔架和定日镜场(heliostat field)的太阳能热电厂中，降低发电成本的规模经济，导致产生了逐渐更大的电厂，其需要数以千计的大定日镜而导致了塔架周围360°的太阳场结构。对于该类太阳场，定日镜(特别是对于位于地球的北半球的太阳能电厂的向南区域中的定日镜)所需的方位角轴中的角行程是相当高，高到其需要一整转的程度以便一直跟踪太阳并且在工厂运行期间避免停工。在配有限位开关的宽角行程方位角机构中，有效的方位角旋转可以为大约350°，也就是，差不多但不是一整转。在这些情况中并且对于向南的定日镜场，在电厂的运行期间当定日镜跟踪太阳时出现两种奇异性。其中之一是可被称作方位角盲点奇异性的奇异性，这是由于无法转过整转以致当定日镜到达其极限时，其必须回转以能够将其自身定位成再次跟踪太阳从而虽然参与了所述策略却损失了其可用性可能持续大约30分钟。然而，另一个缺陷对向南的场中的定日镜的停工具有更大影响，其在于因向南的场中的定日镜以非常小的仰角(也就是，太水平)地定位自身来跟踪太阳并且以跟踪速度(其必须足够低到以正确的精度地跟踪太阳)将其反射能发射给位于塔架的最高处的接收器而存在失效。在该情况下，定日镜必须通过起动紧急速度(其快很多)来复位自身以寻求其精确跟踪位置来将其停工减到最少。
该停工可以通过当升降旋转范围通常被限于90°或更大时提供具有转过整转(转过360°)的能力的方位角机构来减到最少，以避免使得升降轴上的致动被不必要地复杂化和高成本。
基于液压缸的方位角轴中的液压致动由于其可靠性和低成本并且由于其高负荷能力是非常吸引人的；然而，其物理上的具体化(materialization)是获得高旋转能力(转过360°)以及沿着其旋转的长度以平衡负载能力地工作以优化机构和因而液压缸的尺寸的关键。
发明内容
如以上所提供的，本发明的机构是包括竖向基座类型的，所述竖向基座上安装有具有围绕基座的轴旋转的能力的旋转支承器，所述旋转支承器保持太阳能电池板并且通过借助于相应竖轴铰接至支承器和基座的液压缸致动。
根据本发明，所述机构包括至少3个位于相同水平面的液压缸。这3个液压缸借助于第一可动的竖向旋转轴穿过壳体(casing)被铰接至旋转支承器，所述第一可动的竖向旋转轴位于基座的轮廓外部。另一方面，所述3个缸的活塞杆通过相应开口穿过旋转支承器的壁，并且借助于第二固定的竖向旋转轴在相同高度处被铰接至基座，所述第二固定的竖向旋转轴位于所述基座的轮廓内部。
如上所述的配置允许太阳跟踪器充分地执行其方位角移动以及其在升降轴上从90°(垂直定向)到至少0°(水平定向)的移动。本发明的机构使得可以沿着360°的方位角运动而获得好得多的最佳平衡，不但对于其液压缸，而且还对于其支承结构的整体，使得其更便宜。该更好的平衡继而当跟踪太阳时为其方位角运动提供高很多的调整能力。
另外，相同平面中的三个缸的布置不会产生额外的弯曲运动(如果三个缸(至少三个缸中的两个)被按一个在另一个顶部地设置，则在其所附接的公共轴上将会产生弯曲运动)；这样，可以避免对每个缸在其相对于公共轴的接口的端部处的球形的球窝式接头连同三个缸以120°的配置的需要。同样，负载的该更好平衡允许在可动跟踪器和其固定基座之间使用更简单且更便宜的滚珠轴承作为接口机械旋转元件，或者甚至在不影响所需的足够耐久度的情况下使用摩擦轴承。
优选地，液压缸应该被设置在等角间距的位置中。根据优选实施例，所述机构包括相对于彼此按120°的角度地设置的3个液压缸。
这些缸之间的其他相对的位置组合可以在本发明的范围内，如果它们允许限定出在方位角和升降运动的范围内对于太阳跟踪器具有进一步的运动自由度的更紧凑的机构，甚至当可能失去某些负载均衡时，其无论如何总是比仅具有两个方位角的缸可达到的更好。在3个缸的情况中，一种典型的情况可以将3个缸的定位从所述缸之间的120°的等间距位置修改成它们之间的60°的位置，留出当太阳跟踪器从0°(水平)到90°(竖直)上升时所朝向其运动的区域是空闲的且没有阻碍的，从而使得可能利用其压紧方位角机构。
为了将所述3个液压缸的活塞杆附接至第二竖轴，并且使所述活塞杆处于相同高度，活塞杆的顶部设有可以在其端部被相互联接的结构，通过该结构，所述活塞杆被在相同高度处铰接至第二竖轴。
上述结构至少在液压缸的活塞杆中的两个中可采用交叠叉的形状，其围住第三液压缸的活塞杆的端部。
所述旋转支承器可以是由圆筒形壁的壳体构成的，圆筒形壁的壳体包括用于3个液压缸的活塞杆通过的开口。该圆筒形壁在其基部处借助于2个三角形的平行板被关闭，所述三角形平行板至少在其角形部分中相对于圆筒形壁突伸出，形成了液压缸的外壳通过第一竖轴被铰接至其之间的突出部对，下部板至少根据圆筒形壁的轮廓地开口，目的是以允许第二竖轴通过，三个缸的活塞杆被铰接于相同高度处。
附图说明
附图显示了作为非限制性实例的本发明的方位角机构的可能实施例。
-图1显示了太阳跟踪器的侧视图，具有处于竖向位置的太阳能电池板，包括本发明的机构。
-图2显示了类似于图1的视图，具有处于水平位置的太阳能电池板。
-图3从更高透视率显示了本发明的机构。
-图4是相同机构的侧视图。
-图5从更高透视率显示了本发明的机构的旋转支撑器。
-图6以透视法显示了为本发明的机构的一部分的三个液压缸配置。
-图7是本发明的机构的不同部件的分解透视图。
-图8A到8F显示了由三个液压缸的致动所得到的机构的连续位置的平面图。
具体实施方式
图1和2显示了由固定的竖向基座(1)构成的太阳跟踪器，竖向基座上安装有旋转支承器(2)并且所述旋转支承器可以围绕竖轴旋转，所述竖轴与竖向基座(1)的轴一致。所述旋转支承器(2)的旋转借助于优选设置在等间距的角位置中并且位于相同水平面中的三个液压缸(3、4和5)的联合致动而获得。
所述旋转支承器(2)保持其上安装有反光镜(7)的结构(6)，所述反光镜接受太阳射线的直接作用。随着升降缸(9)的致动，所述结构(6)可在图1的竖向位置和图2的水平位置之间围绕水平轴(8)枢转，所述升降缸的壳体(casing)被铰接在联接到一起的支承器(2)的突出部之间。
借助于升降缸(9)，反光镜(7)可占据图1的竖向位置和图2的水平位置之间的任一位置。另一方面，借助于三个液压缸(3、4和5)的联合致动，机构可从图8A的位置运动至任何方位角的中间位置，如以下将参照图8A到8F说明的。
图3显示了由圆柱体(10)和附接于圆柱体(10)上的头部(11)组成的竖向基座(1)，其总体上形成了竖轴基座(1)。
旋转支承器(2)被安装在基座(1)上并且具有借助于任何已知的旋转支承系统(例如通过插入的旋转枢轴轴承(12)，图4和7)围绕所述基座的竖轴旋转的能力。
支承器(2)的旋转借助于液压缸(3、4和5)的致动来实现。
在图4、5和7中所示的实例的实施例中，旋转支承器是由圆筒形壁(13)和在匹配位置附接至所述圆筒形壁并且至少在角形部分(16)处从所述圆筒形壁突出的两个三角形平行板(14和15)构成的，所述角形部分具有用作第一竖轴(18)的通道的竖向定位的开口(17)，所述第一竖轴起到缸(3、4和5)的壳体至旋转支承器的铰接(articulate)器件的作用。三个竖轴(18)位于基座(1)的轮廓的外部并且可沿垂直于所述轴的方向成角度地运动。
两个向外突出部(19)被附接至圆筒形壁(13)，液压缸(9)的壳体被铰接至它们之间。
所述圆筒形壁(13)具有三个开口(20)，液压缸(3、4和5)通过所述开口穿入旋转支承器(2)中以在相同高度处将其活塞杆的端部铰接至与基座(1)联接到一起的第二固定的竖向旋转轴(21)。该第二固定的竖向旋转轴(21)位于基座的轮廓内部。
如图6和7中最佳地示出，液压缸(3、4和5)的活塞杆在顶部具有可相互联接到一起的结构，所述结构还可以采用叉形件(22)的形状。对于如上所述的布置，至少旋转支承器(2)的下部板(15)应该在其中心区开口以允许第二竖向的旋转轴(21)通过并且用于其被附接至基座(1)。同样，上部板(14)可如图(3和7)中所示地在其中心部分开口。
优选地，液压缸(3、4和5)应该被设置在相同水平面中的等角间距位置中，以使得在三个缸的情况中所述缸应该相互分开120°。
图8A到8F描绘了旋转支承器(2)通过液压缸(3、4和5)的致动的不同的角位置。
图8A描绘了0°的方位角位置，以其为基准描绘了连续的方位角位置。图8B中60°的、图8C中120°的、图8D中180°的、图8E中240°的和图8F中300°的。
在所有情况中，第二竖轴(21)位于相同的位置，因为其被附接至基座(1)，然而缸(3、4和5)在长度方面变化以及(和第一竖轴(18))在位置方面变化，从而促使保持所述框架(6)的旋转支承器(2)的旋转，所述框架保持反光镜(7)以用于定向目的。

Claims (6)

1.一种用于太阳跟踪器的方位角旋转机构，所述方位角旋转机构包括竖向基座，所述竖向基座上安装有能够围绕所述基座的轴旋转的旋转支承器，所述旋转支承器保持太阳能电池板并且借助于通过相应竖轴铰接至所述旋转支承器和所述基座的液压缸来致动，其特征在于，所述方位角旋转机构包括：
-位于相同水平面中的至少三个液压缸；
-所述至少三个液压缸借助于位于所述基座的轮廓外部的第一可动的竖向旋转轴通过壳体而铰接至所述旋转支承器；
-所述至少三个液压缸的活塞杆通过相应开口而穿过所述旋转支承器的壁，并且借助于位于所述基座的轮廓内部的第二固定的旋转轴在相同高度处被铰接至所述基座。
2.根据权利要求1所述的方位角旋转机构，其特征在于，所述至少三个液压缸的活塞杆的端部具有相互联接到一起的结构，并使得这些液压缸位于相同水平面中，通过该结构，所述活塞杆在相同高度处被铰接至第二竖轴。
3.根据权利要求1所述的方位角旋转机构，其特征在于，所述液压缸被等角间距地布置。
4.根据权利要求1和3所述的方位角旋转机构，其特征在于，所述方位角旋转机构包括相对于彼此以120°角度布置的三个液压缸。
5.根据权利要求1和3所述的方位角旋转机构，其特征在于，所述液压缸中的至少两个液压缸的活塞杆在顶部呈能交叠的叉形件的形状，并围住第三个液压缸的活塞杆的端部。
6.根据权利要求3所述的方位角旋转机构，其特征在于，所述旋转支承器包括圆筒形的壁和两个三角形的平行板，所述圆筒形的壁包括用于所述至少三个液压缸的活塞杆通过的开口，所述平行板被附接在与所述圆筒形的壁的基部重合的位置中，相对于所述位置，所述平行板至少在其角形部分中突伸，在所述角形部分之间，所述液压缸的壳体通过第一竖轴被铰接，下部板根据所述圆筒形的壁的轮廓开口以用于铰接有所述至少三个液压缸的活塞杆的第二竖轴通过。
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