一種立柱式太陽跟蹤系統(tǒng)水平旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置及其設(shè)計方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于太陽位置跟蹤系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種立柱式太陽跟蹤系統(tǒng)水平旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置，還涉及上述裝置的設(shè)計方法。
【背景技術(shù)】
[0002]單立柱式太陽跟蹤系統(tǒng)廣泛的應(yīng)用于太陽能光伏發(fā)電和太陽能光熱發(fā)電領(lǐng)域。
[0003]在太陽能光伏發(fā)電領(lǐng)域:
[0004]太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中電池板的安裝分為固定式和跟蹤式，光伏跟蹤系統(tǒng)可以減小電池板法線與太陽入射光之間的夾角，從而提高發(fā)電效率。跟蹤式又分為單軸和雙軸跟蹤系統(tǒng)。所謂立柱式跟蹤系統(tǒng)是指在一個垂直安裝的立柱或支架的頂端設(shè)置水平旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置，用于跟蹤太陽的方位角。如果水平旋轉(zhuǎn)裝置之上不再設(shè)置太陽高度角跟蹤裝置則系統(tǒng)為垂直單軸跟蹤系統(tǒng)，如果在水平旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置之上還安裝電池板俯仰角度調(diào)節(jié)裝置用于跟蹤太陽高度角則系統(tǒng)為雙軸跟蹤系統(tǒng)。
[0005]在太陽能光熱發(fā)電領(lǐng)域:
[0006]太陽能光熱發(fā)電分為槽式光聚熱發(fā)電，蝶式光聚熱發(fā)電和塔式光聚熱發(fā)電三種，單立柱太陽跟蹤系統(tǒng)可用于蝶式和塔式光聚熱發(fā)電兩種系統(tǒng)。當(dāng)單立柱跟蹤系統(tǒng)應(yīng)用與上述兩種光聚熱發(fā)電時必須采用雙軸跟蹤方式。
[0007]在蝶式光聚熱發(fā)電中，聚光碟需要始終面向太陽，使聚光碟法線始終指向太陽。在塔式太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)中定日鏡需要將入射到聚光鏡上的太陽光反射到塔上的吸熱器上。
[0008]在這幾種太陽跟蹤系統(tǒng)中雖然太陽跟蹤角度的計算有所差別，所承載的上部設(shè)備也不相同。但是這些系統(tǒng)的共同特點是在一個垂直的立柱頂端安裝水平旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置用于跟蹤太陽的方位角變化，并在其上承載上部設(shè)備。因此我們將其統(tǒng)一稱為“立柱式太陽跟蹤系統(tǒng)”，目前在這一類立柱式太陽跟蹤系統(tǒng)的水平旋轉(zhuǎn)驅(qū)動中，廣泛采用的是盤式減速機技術(shù)。
[0009]盤式減速機包括外盤和內(nèi)盤，外盤渦輪在內(nèi)盤連接的蝸桿驅(qū)動下產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)驅(qū)動力矩，內(nèi)外盤組裝在一起成為一個整體結(jié)構(gòu)。在立柱式光伏跟蹤系統(tǒng)中，盤式減速機的外盤和內(nèi)盤分別連接在垂直支撐立柱上和立柱上部的跟蹤機構(gòu)及電池板或反射鏡上。提供旋轉(zhuǎn)驅(qū)動與結(jié)構(gòu)支撐功能。
[0010]但用盤式減速機作為立柱式太陽跟蹤系統(tǒng)的方位角驅(qū)動部件存在以下的具體問題:
[0011]①盤式減速機的結(jié)構(gòu)設(shè)計主要用于輸出較大的旋轉(zhuǎn)扭矩，但是立柱式跟蹤系統(tǒng)在水平旋轉(zhuǎn)方向的扭矩需求比較小，盤式減速機旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的功能并未完全發(fā)揮，浪費了成本，導(dǎo)致跟蹤系統(tǒng)整體價格升高。
[0012]②盤式減速機容易在風(fēng)載荷作用下?lián)p壞，當(dāng)跟蹤支架上的電池板或者反射鏡承受較大的水平風(fēng)載荷時，盤式減速機內(nèi)外盤之間除了正常的旋轉(zhuǎn)扭矩和垂直承載力之外還會產(chǎn)生傾側(cè)方向的強大傾側(cè)扭轉(zhuǎn)力，由于盤式減速機的厚度較小導(dǎo)致抗傾側(cè)的力臂短，該扭力會形成較大的破壞性扭矩，引起盤式減速機損壞。
[0013]③盤式減速機一旦損壞，維修更換不便，由于立柱與上部跟蹤支架的所有連接均以盤式減速機為節(jié)點，維修更換盤式減速機時必須把上部結(jié)構(gòu)全部拆除或者吊離，檢修維護(hù)不方便。
[0014]④對于塔式光聚熱發(fā)電，中大型定日鏡的跟蹤精度要求較高，采用普通盤式減速機無法滿足跟蹤精度要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]本發(fā)明的目的是提供一種立柱式太陽跟蹤系統(tǒng)水平旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置，解決現(xiàn)有立柱式太陽跟蹤系統(tǒng)中使用的盤式減速機容易損壞且性價比低的問題。
[0016]本發(fā)明的目的還在于提供上述裝置的設(shè)計方法。
[0017]本發(fā)明所采用的第一種技術(shù)方案是，一種立柱式太陽跟蹤系統(tǒng)水平旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置的設(shè)計方法，首先設(shè)置垂直于地面的內(nèi)支撐立柱及與內(nèi)支撐立柱同軸的外支撐筒，外支撐筒套在內(nèi)支撐立柱的外部，然后內(nèi)支撐立柱和外支撐筒的上部設(shè)置有承載部，外支撐筒的下部設(shè)置有驅(qū)動部用于驅(qū)動外支撐筒帶動其上安裝的上層設(shè)備旋轉(zhuǎn)，外支撐筒的下部還設(shè)置有下部支撐架構(gòu)，將承載部、驅(qū)動部、下部支撐架構(gòu)分離設(shè)置。
[0018]本發(fā)明的第一種技術(shù)方案的特點還在于:
[0019]承載部包括軸承座，軸承座上設(shè)置有軸承，軸承上方設(shè)置有軸承蓋，軸承座設(shè)置在內(nèi)支撐立柱的上部，軸承蓋設(shè)置在外支撐筒的上部。
[0020]軸承為推力軸承，主要用于承載外支撐筒上垂直向下的載荷。
[0021]軸承座和軸承蓋上設(shè)置有傳感器支座，軸承座和軸承蓋的其中一個安裝傳感器的固定部分，另一個安裝傳感器的旋轉(zhuǎn)部分，當(dāng)外部支撐筒旋轉(zhuǎn)時帶動軸承蓋上的傳感器支座旋轉(zhuǎn)，從而轉(zhuǎn)動角度傳感器，實現(xiàn)外部支撐筒的旋轉(zhuǎn)角度測量。
[0022]驅(qū)動部包括內(nèi)圈齒環(huán)及與內(nèi)圈齒環(huán)相嚙合的第一驅(qū)動齒輪，內(nèi)圈齒環(huán)套接在內(nèi)支撐立柱的外部，第一驅(qū)動齒輪與第一驅(qū)動電機相連接，第一驅(qū)動電機固接在外支撐筒上。
[0023]與第一驅(qū)動齒輪呈一定角度還設(shè)置有第二驅(qū)動齒輪，第二驅(qū)動齒輪與內(nèi)圈齒環(huán)相嚙合，第二驅(qū)動齒輪與第二驅(qū)動電機相連接，第二驅(qū)動電機固接在外支撐筒上。
[0024]下部支撐架構(gòu)包括下定位環(huán)，下定位環(huán)固定套接在內(nèi)支撐立柱的外部，下定位環(huán)與外支撐筒之間安裝有密封滑環(huán)，密封滑環(huán)的下方設(shè)置有用于向上壓緊密封滑環(huán)的密封蓋，密封蓋通過外定位環(huán)與外支撐筒固接。
[0025]本發(fā)明所采用的第二種技術(shù)方案是:一種立柱式太陽跟蹤系統(tǒng)水平旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置，包括內(nèi)支撐立柱，內(nèi)支撐立柱的外部套有與內(nèi)支撐立柱同軸的外支撐筒，內(nèi)支撐立柱和外支撐筒的上部設(shè)置有承載部，外支撐筒的下部設(shè)置有驅(qū)動部，外支撐筒的下部還設(shè)置有下部支撐架構(gòu)。
[0026]本發(fā)明的第二種技術(shù)方案的特點還在于:
[0027]承載部包括軸承座，軸承座上設(shè)置有軸承，軸承上方設(shè)置有軸承蓋，軸承座設(shè)置在內(nèi)支撐立柱的上部，軸承蓋設(shè)置在外支撐筒的上部。
[0028]軸承為推力軸承。
[0029]軸承座和軸承蓋上設(shè)置有傳感器支座，軸承座和軸承蓋的其中一個安裝傳感器的固定部分，另一個安裝傳感器的旋轉(zhuǎn)部分。
[0030]驅(qū)動部包括內(nèi)圈齒環(huán)及與內(nèi)圈齒環(huán)相嚙合的第一驅(qū)動齒輪，內(nèi)圈齒環(huán)套接在內(nèi)支撐立柱的外部，第一驅(qū)動齒輪與第一驅(qū)動電機相連接，第一驅(qū)動電機固接在外支撐筒上。[0031 ] 與第一驅(qū)動齒輪呈一定角度還設(shè)置有第二驅(qū)動齒輪，第二驅(qū)動齒輪與內(nèi)圈齒環(huán)相嚙合，第二驅(qū)動齒輪與第二驅(qū)動電機相連接，第二驅(qū)動電機固接在外支撐筒上。
[0032]下部支撐架構(gòu)包括下定位環(huán)，下定位環(huán)固定套接在內(nèi)支撐立柱的外部，下定位環(huán)與外支撐筒之間安裝有密封滑環(huán)，密封滑環(huán)的下方設(shè)置有用于向上壓緊密封滑環(huán)的密封蓋，密封蓋通過外定位環(huán)與外支撐筒固接。
[0033]本發(fā)明的有益效果是:
[0034]①本發(fā)明的一種立柱式太陽跟蹤系統(tǒng)水平旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置，將承載部、驅(qū)動部、下部支撐架構(gòu)分離設(shè)置，承載部采用推力軸承，驅(qū)動部采用與推力軸承獨立的齒環(huán)齒輪結(jié)構(gòu)，避免了機械旋轉(zhuǎn)力矩的浪費，可以有效降低制造成本，而且，各個部分之間的損壞不相互影響。
[0035]②本發(fā)明中設(shè)計了較長的外支撐筒，并在上部推力軸承垂直承載的基礎(chǔ)上設(shè)計了外支撐筒下部的密封滑環(huán)，因此水平風(fēng)載在支撐結(jié)構(gòu)上形成的傾側(cè)力矩小，可以提高跟蹤機構(gòu)的抗風(fēng)能力。
[0036]③本發(fā)明中獨特的分離結(jié)構(gòu)設(shè)計使得可以在不拆除上部跟蹤裝置的基礎(chǔ)上方便的更換上部推力軸承、下部滑環(huán)軸承以及齒環(huán)齒輪驅(qū)動機構(gòu)，降低了檢修維護(hù)的難度和成本。
[0037]④對高精度要求的跟蹤驅(qū)動要求，本發(fā)明中采用單齒環(huán)和雙驅(qū)動齒輪的雙電機自動消隙結(jié)構(gòu)可以廉價高效的提高跟蹤支架在水平方向的跟蹤精度。
【附圖說明】
[0038]圖1是本發(fā)明水平旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0039]圖2是本發(fā)明水平旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置中雙電機驅(qū)動的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0040]圖3是本發(fā)明水平旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置中雙電機驅(qū)動的俯視圖；
[0041]圖4是本發(fā)明水平旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置的使用示意圖。
[0042]圖中，1.內(nèi)支撐立柱，2.軸承座，3.軸承蓋，4.軸承，5.內(nèi)圈齒環(huán)，6.第一驅(qū)動齒輪，7.外支撐筒，8.傳感器支座，9.下定位環(huán)，10.第一驅(qū)動電機，11.密封滑環(huán)，12.外定位環(huán)，13.密封蓋，14.第二驅(qū)動齒輪，15.第二驅(qū)動電機，16.斜支撐梁，17.水平支撐梁。
【具體實施方式】
[0043]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0044]本發(fā)明一種立柱式太陽跟蹤系統(tǒng)水平旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置，結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括內(nèi)支撐立柱1，內(nèi)支撐立柱I的外部套有與內(nèi)支撐立柱I同軸的外支撐筒7，內(nèi)支撐立柱I和外支撐筒7的上部設(shè)置有承載部，外支撐筒7的下部設(shè)置有驅(qū)動部，外支撐筒7的下部還設(shè)置有下部支撐架構(gòu)。
[0045]其中，承載部包括軸承座2，軸承座2上設(shè)置有軸承4，軸承4采用推力軸承，主要用于承載外支撐筒7上垂直向下的載荷，還具備發(fā)生側(cè)傾時防止軸承4上端橫向移動，軸承4上方設(shè)置有軸承蓋3，軸承座2設(shè)置在內(nèi)支撐立柱I的上部，軸承蓋3設(shè)置在外支撐筒7的上部。軸承座2和軸承蓋3上設(shè)置有傳感器支座8，傳感器支座8用于安裝水平旋轉(zhuǎn)角度測量傳感器，軸承座2和軸承蓋3的其中一個安裝傳感器的固定部分，另一個安裝傳感器的旋轉(zhuǎn)部分。
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