專利名稱：用于太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的定日鏡上的閉式液壓傳動(dòng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的液壓傳動(dòng)裝置，具體涉及一種 用于塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的定日鏡上的閉式液壓傳動(dòng)裝置。
背景技術(shù)：
塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)也稱集中型太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，其基本形式是利 用獨(dú)立跟蹤太陽的定日鏡群，將陽光聚集到固定在塔頂部的接收器上，用以 產(chǎn)生高溫，加熱工質(zhì)產(chǎn)生過熱蒸汽或高溫氣體，驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組或燃?xì)?輪機(jī)發(fā)電機(jī)組發(fā)電，從而將太陽能轉(zhuǎn)換為電能。研究表明，在大規(guī)模發(fā)電方 面，塔式太陽能熱發(fā)電將是所有太陽能發(fā)電技術(shù)中成本最低的一種方式。定 曰鏡是一種由鏡面(反射鏡)、鏡架(支撐結(jié)構(gòu))、跟蹤傳動(dòng)裝置及其控制系 統(tǒng)等組成的聚光裝置，用于跟蹤接收并聚集反射太陽光線進(jìn)入位于接收塔頂 部的集熱器內(nèi)，是塔式太陽能熱發(fā)電站的重要組成部分。跟蹤傳動(dòng)裝置及其 控制系統(tǒng)是保證定日鏡運(yùn)動(dòng)和定位的重要裝置，其性能決定定日鏡的工作效 率，進(jìn)而影響整個(gè)塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率。因此，定日鏡的傳動(dòng) 裝置及其控制系統(tǒng)是塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。
現(xiàn)在主流的定日鏡均采用雙軸跟蹤控制，方位軸和俯仰軸各有一套傳動(dòng) 裝置。目前效果較好的控制系統(tǒng)為開-閉環(huán)混合控制方式，其跟蹤定位過程 當(dāng)太陽入射光產(chǎn)生偏離誤差超過容許值時(shí)，監(jiān)控計(jì)算機(jī)根據(jù)太陽運(yùn)行規(guī)律和 定日鏡經(jīng)緯度等計(jì)算入射太陽光方位角，并發(fā)送至跟蹤定位控制器(控制器
可為DSP、 PLC或者單片機(jī))，跟蹤定位控制器同時(shí)通過安裝在定日鏡上編碼
器獲得定日鏡實(shí)時(shí)的方位和角度值，計(jì)算得到定日鏡在方位角和高度角方向 轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)按照設(shè)定的方向和位置轉(zhuǎn)動(dòng)，達(dá)到預(yù)定位置，實(shí) 現(xiàn)開環(huán)控制。閉環(huán)跟蹤傳感器在定日鏡開環(huán)控制預(yù)定位置附近進(jìn)行精確定位， 實(shí)現(xiàn)閉環(huán)跟蹤。當(dāng)太陽入射光線的偏離誤差消除后，控制器控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)停 止轉(zhuǎn)動(dòng)，完成一個(gè)控制周期。當(dāng)下一次太陽入射光偏離誤差產(chǎn)生時(shí)，重復(fù)以 上的控制過程。該控制方式結(jié)合開、閉環(huán)控制的優(yōu)點(diǎn)，既不會(huì)出現(xiàn)累積誤差，也不會(huì)因陰雨多云天氣導(dǎo)致跟蹤系統(tǒng)的失效，是一種跟蹤精度高，反應(yīng)速度 快的控制系統(tǒng)。
在定日鏡的傳動(dòng)裝置及其控制系統(tǒng)中，其傳動(dòng)裝置是重要的一環(huán)，因?yàn)?br> 定曰鏡需要將太陽光反射到距離地面60米甚至更高的塔頂部的接收器，定日
鏡位置的微小變化都會(huì)引起反射光在接收器上較大的偏差，所以現(xiàn)有定日鏡 大多數(shù)采用無間隙齒輪減速器、液壓傳動(dòng)或兩者的組合。齒輪減速器的傳動(dòng) 方式的缺點(diǎn)是無間隙齒輪加工精度要求非常高，制造成本高，傳動(dòng)效率低， 傳動(dòng)比固定，無法適應(yīng)全天候工作，在大輸出載荷時(shí)結(jié)構(gòu)復(fù)雜龐大，齒輪容 易磨損且磨損后嚴(yán)重影響跟蹤定位精度，維修成本高，因此大面積和大質(zhì)量 的定日鏡傳動(dòng)中均采用液壓傳動(dòng)裝置。液壓傳動(dòng)裝置的優(yōu)點(diǎn)是出力大，但現(xiàn) 有的定日鏡液壓傳動(dòng)裝置包括油泵、油缸、控制閥及各種管路，系統(tǒng)需要的
空間也很大；液壓回路為開式，油液在沙漠等惡劣環(huán)境下容易被污染，而且 各種控制閥及相關(guān)的電氣設(shè)備較多，發(fā)生故障的概率就大，需要定期的檢査 和維護(hù)，增加維護(hù)成本；而且采用閥控原理的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)效率較低，最高 效率約為70%，這也制約了定日鏡液壓傳動(dòng)裝置的推廣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有的定日鏡的液壓傳動(dòng)裝置存在安裝空間大、效率低、 控制可靠性差的問題，進(jìn)而提供一種用于太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的定日鏡上的閉 式液壓傳動(dòng)裝置。
本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是本發(fā)明所述用于太陽能 熱發(fā)電系統(tǒng)的定日鏡上的閉式液壓傳動(dòng)裝置包括交流伺服電機(jī)或變頻電機(jī)、 雙向定量泵、預(yù)壓式空氣濾清器、密閉壓力油罐、補(bǔ)油閥總成、雙向液壓鎖 總成和擺動(dòng)液壓馬達(dá)，所述交流伺服電機(jī)或變頻電機(jī)與雙向定量泵連接，雙 向定量泵與擺動(dòng)液壓馬達(dá)之間構(gòu)成閉式回路，雙向定量泵的泄油口與密閉壓 力油罐連通，預(yù)壓式空氣濾清器與密閉壓力油罐連通，補(bǔ)油閥總成并聯(lián)在閉 式回路上并與密閉壓力油罐連通，雙向液壓鎖總成串聯(lián)在閉式回路上。
本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制可靠、重量輕、安裝 體積小、傳動(dòng)效率高等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的使用可使太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的定曰鏡 具有跟蹤精度高、制造成本低、能源利用率高的優(yōu)點(diǎn)。本裝置采用模塊化集
4成設(shè)計(jì)，沒有泵站及過長的管路，安裝體積小，裝置中沒有電磁(電液)閥， 沒有溢流和節(jié)流損失，因此可靠性提高，控制也更加簡(jiǎn)單，是一種傳動(dòng)效率 高、輸出負(fù)載大，使用壽命長，維護(hù)簡(jiǎn)單方便的定日鏡液壓傳動(dòng)裝置。本發(fā) 明的具體優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面?zhèn)鲃?dòng)裝置通過控制交流伺服電機(jī)(或 變頻電機(jī))1的轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)速和運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間來控制擺動(dòng)液壓馬達(dá)9的方向、速度和 位移，去除了閥芯容易卡滯的電液(電磁)閥，減少控制元件數(shù)目，簡(jiǎn)化了 液壓控制回路，增強(qiáng)系統(tǒng)可靠性。本發(fā)明中，交流伺服電機(jī)(或變頻電機(jī))1 的轉(zhuǎn)速可以根據(jù)環(huán)境的改變(如風(fēng)力的大小)而改變，并可無級(jí)調(diào)速，而不 是總工作在固定轉(zhuǎn)速上。其特點(diǎn)是在開環(huán)控制時(shí)可以以較快的速度運(yùn)動(dòng)，在 惡劣的大風(fēng)天氣和閉環(huán)精確定位時(shí)則采用較低的轉(zhuǎn)速，保護(hù)定日鏡的安全和 提高跟蹤定位精度。去除了溢流閥和節(jié)流閥，避免了溢流損失和節(jié)流損失， 傳動(dòng)效率和能源利用率高于傳統(tǒng)液壓傳動(dòng)裝置，節(jié)能高效。本發(fā)明采用液壓 閉式回路，儲(chǔ)油罐可以做的很小，而且油罐可以做成密閉壓力式，這樣整個(gè) 液壓系統(tǒng)密封的非常好，在惡劣的環(huán)境中(如風(fēng)沙大的沙漠中，這也是太陽 能發(fā)電站的主要選址之一)亦能工作良好。當(dāng)擺動(dòng)液壓馬達(dá)9達(dá)到指定位置 而停止時(shí)，交流伺服電機(jī)(或變頻電機(jī))l亦可停止運(yùn)轉(zhuǎn)，直到下一次跟蹤定 位指令的發(fā)出，這也節(jié)省了能源。此時(shí)，擺動(dòng)液壓馬達(dá)9的位置靠雙向液壓
鎖總成6來保持，省去了機(jī)械鎖緊裝置。本發(fā)明采用閉式液壓系統(tǒng)，油箱體
積很小，驅(qū)動(dòng)電機(jī)、油罐及集成閥塊與擺動(dòng)液壓馬達(dá)直接相連接，無外置的 液壓管路，使得傳動(dòng)裝置及驅(qū)動(dòng)裝置的體積更小，并實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)，方位 角和高度角調(diào)整時(shí)均可采用該傳動(dòng)裝置和驅(qū)動(dòng)裝置，互換性好，該裝置可以 整體安裝，發(fā)生故障亦可整體替換，維護(hù)簡(jiǎn)單快捷。


圖l是本發(fā)明的原理示意圖。
具體實(shí)施例方式
具體實(shí)施方式
一如圖1所示，本實(shí)施方式所述的用于太陽能熱發(fā)電系 統(tǒng)的定日鏡上的閉式液壓傳動(dòng)裝置包括交流伺服電機(jī)或變頻電機(jī)1、雙向定量
泵2、預(yù)壓式空氣濾清器3、密閉壓力油罐4、補(bǔ)油閥總成5、雙向液壓鎖總 成6和擺動(dòng)液壓馬達(dá)9，所述交流伺服電機(jī)或變頻電機(jī)1通過聯(lián)軸器與雙向定
5量泵2連接，雙向定量泵2與擺動(dòng)液壓馬達(dá)9之間構(gòu)成閉式回路20，雙向定 量泵2的泄油口與密閉壓力油罐4連通，預(yù)壓式空氣濾清器3通過油管與密 閉壓力油罐4連通，補(bǔ)油閥總成5并聯(lián)在閉式回路20上并通過油管與密閉壓 力油罐4連通，雙向液壓鎖總成6串聯(lián)在閉式回路20上。雙向液壓鎖總成6 串聯(lián)在閉式回路中，可以實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)及驅(qū)動(dòng)裝置的雙向傳動(dòng)，又能在傳動(dòng)裝置 停止工作時(shí)封閉液壓回路，鎖定擺動(dòng)液壓馬達(dá)9。密閉壓力油罐4、補(bǔ)油閥總 成5和預(yù)壓式空氣濾清器3組成的無動(dòng)力補(bǔ)油裝置。交流伺服電機(jī)(或變頻 電機(jī))1與雙向定量泵2根據(jù)實(shí)際情況可以設(shè)置在閥塊上，也可以設(shè)置在擺動(dòng) 液壓馬達(dá)9上。
具體實(shí)施方式
二如圖1所示，本實(shí)施方式所述預(yù)壓式空氣濾清器3由 空氣過濾器3-1、進(jìn)氣單向閥3-2和排氣單向閥3-3組成，所述進(jìn)氣單向閥 3-2和排氣單向閥3-3通過油管并聯(lián)構(gòu)成回路3-4，空氣過濾器3-1與回路3-4 的一端串接，回路3-4的另一端與密閉壓力油罐4連通。在密閉壓力油罐4 上安裝預(yù)壓式空氣濾清器3，可保證密閉壓力油罐具有一定的正壓力。其它組 成及連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三如圖1所示，本實(shí)施方式所述補(bǔ)油閥總成5由兩個(gè)插 裝式液控單向閥5-1對(duì)接構(gòu)成。由兩個(gè)插裝式液控單向閥5-1串接構(gòu)成的補(bǔ) 油閥總成5并聯(lián)在閉式回路中，能可靠地保證定量泵的吸油口與(小型)密 閉壓力油罐4內(nèi)液壓油相通，補(bǔ)償雙向定量泵2和擺動(dòng)液壓馬達(dá)9的泄漏， 保證低壓管道(油管)內(nèi)的壓力大于空氣分離壓，防止氣穴現(xiàn)象和空氣滲入。 其它組成及連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
一或二相同。
具體實(shí)施方式
四如圖1所示，本實(shí)施方式所述雙向液壓鎖總成6由兩 個(gè)液控單向閥6-l組成，兩個(gè)液控單向閥6-l對(duì)稱串聯(lián)在閉式回路20上。其 它組成及連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
三相同。
具體實(shí)施方式
五如圖1所示，本實(shí)施方式所述傳動(dòng)裝置及驅(qū)動(dòng)裝置還 包括兩個(gè)壓力指示儀表7和截止閥8，所述截止閥8并聯(lián)在閉式回路20上， 截止閥8的兩端分別連接有壓力指示儀表7。補(bǔ)油閥總成5、雙向液壓鎖總成 6、截止閥8集成為一個(gè)集成閥體，使得液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊。補(bǔ)油閥總成5、 雙向液壓鎖總成6、壓力指示儀表7接口、截止閥8均可集成到一個(gè)閥塊上，
6使得閉式液壓傳動(dòng)裝置及驅(qū)動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)更加緊湊。密閉壓力油罐4與所述集 成閥塊相通。其它組成及連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
一或二相同。
具體實(shí)施方式
六本實(shí)施方式可將擺動(dòng)液壓馬達(dá)9 (執(zhí)行元件)根據(jù)實(shí)際 需要替換為直線油缸。其它組成及連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
一相同。
以上僅是本發(fā)明的具體應(yīng)用范例，對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍不構(gòu)成任何限制， 凡采用等同變換或者是等效替換而形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明權(quán)利保護(hù) 范圍之內(nèi)。
工作原理
本發(fā)明中，通過改變交流伺服電機(jī)(或變頻電機(jī))1的旋轉(zhuǎn)方向、速度和 運(yùn)行時(shí)間，就可以控制擺動(dòng)液壓馬達(dá)9的運(yùn)動(dòng)方向、運(yùn)動(dòng)速度和位移。在(小
型)密閉壓力油罐4上安裝預(yù)壓式空氣濾清器3。預(yù)壓式空氣濾清器3由空氣 過濾器、進(jìn)氣單向閥、排氣單向閥等組成，從而簡(jiǎn)化了油箱結(jié)構(gòu)，它的作用 是保證密閉壓力油罐4內(nèi)恒定的正壓力，提高雙向定量泵2的自吸能力。補(bǔ) 油閥總成5并聯(lián)在閉式回路中，補(bǔ)油閥兩端分別連接到雙向定量泵2的A、 B 口， A、 B 口隨著雙向定量泵2的旋轉(zhuǎn)方向改變而由吸油口轉(zhuǎn)變?yōu)槌鲇涂诨蛳?反。當(dāng)A為出油口， B為吸油口時(shí)，A點(diǎn)壓力油推開補(bǔ)油閥總成5中的與吸油 口 B相連的插裝式液控單向閥5-1，使得雙向定量泵2的吸油口 B與密閉壓力 油罐4相通。反之亦然。所以補(bǔ)油闊總成5保證雙向定量泵2的吸油口總能 與密閉壓力油罐4內(nèi)液壓油相通，補(bǔ)償閉式回路中的泄漏，保證低壓管道內(nèi) 的壓力大于空氣分離壓，防止氣穴現(xiàn)象和空氣滲入。
本發(fā)明去掉傳統(tǒng)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中電磁方向閥、壓力閥和速度闊，避免了 節(jié)流和溢流損失；用擺動(dòng)馬達(dá)替代現(xiàn)有液壓定日鏡傳動(dòng)裝置中的油缸作為執(zhí) 行元件，省去了直線運(yùn)動(dòng)到旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)換，本發(fā)明中采用交流伺服電機(jī)(或 變頻器驅(qū)動(dòng)的異步電機(jī)，這里稱為變頻電機(jī))作為驅(qū)動(dòng)元件，電機(jī)帶動(dòng)可雙 向回轉(zhuǎn)的定量泵為擺動(dòng)馬達(dá)提供動(dòng)力，通過改變電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)方向、運(yùn)轉(zhuǎn)速度 和運(yùn)轉(zhuǎn)速時(shí)間來實(shí)現(xiàn)跟蹤定位系統(tǒng)的方向、速度和位置控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)定 日鏡方位角和高度角的精確控制。
權(quán)利要求
1、一種用于太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的定日鏡上的閉式液壓傳動(dòng)裝置，所述液壓傳動(dòng)裝置包括交流伺服電機(jī)或變頻電機(jī)(1)、雙向定量泵(2)、預(yù)壓式空氣濾清器(3)、密閉壓力油罐(4)、補(bǔ)油閥總成(5)、雙向液壓鎖總成(6)和擺動(dòng)液壓馬達(dá)(9)，其特征在于所述交流伺服電機(jī)或變頻電機(jī)(1)與雙向定量泵(2)連接，雙向定量泵(2)與擺動(dòng)液壓馬達(dá)(9)之間構(gòu)成閉式回路(20)，雙向定量泵(2)的泄油口與密閉壓力油罐(4)連通，預(yù)壓式空氣濾清器(3)與密閉壓力油罐(4)連通，補(bǔ)油閥總成(5)并聯(lián)在閉式回路(20)上并與密閉壓力油罐(4)連通，雙向液壓鎖總成(6)串聯(lián)在閉式回路(20)上。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的定日鏡上的閉式液壓 傳動(dòng)裝置，其特征在于所述預(yù)壓式空氣濾清器(3)由空氣過濾器(3-1)、 進(jìn)氣單向閥(3-2)和排氣單向閥(3-3)組成，所述進(jìn)氣單向閥(3-2)和排 氣單向閥(3-3)并聯(lián)構(gòu)成回路(3-4)，空氣過濾器(3-1)與回路(3-4)的 一端串接，回路(3-4)的另一端與密閉壓力油罐(4)連通。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的定日鏡上的閉式 液壓傳動(dòng)裝置，其特征在于所述補(bǔ)油閥總成(5)由兩個(gè)插裝式液控單向閥(5-1)串接構(gòu)成。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的定日鏡上的閉式液壓 傳動(dòng)裝置，其特征在于所述雙向液壓鎖總成(6)由兩個(gè)液控單向閥(6-1) 組成，兩個(gè)液控單向閥(6-1)對(duì)稱串聯(lián)在閉式回路(20)上。
全文摘要
用于太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的定日鏡上的閉式液壓傳動(dòng)裝置，它涉及一種液壓傳動(dòng)裝置。本發(fā)明解決了現(xiàn)有的定日鏡的液壓傳動(dòng)裝置存在安裝空間大、效率低、控制可靠性差的問題。本發(fā)明所述交流伺服電機(jī)或變頻電機(jī)與雙向定量泵連接，雙向定量泵與擺動(dòng)液壓馬達(dá)之間構(gòu)成閉式回路，雙向定量泵的泄油口與密閉壓力油罐連通，預(yù)壓式空氣濾清器與密閉壓力油罐連通，補(bǔ)油閥總成并聯(lián)在閉式回路上并與密閉壓力油罐連通，雙向液壓鎖總成串聯(lián)在閉式回路上。本明具有傳動(dòng)及驅(qū)動(dòng)形式簡(jiǎn)單、可靠性好、傳動(dòng)效率和能源利用率高、節(jié)能效果好的優(yōu)點(diǎn)，并且使用壽命長，制造和維護(hù)成本低，模塊集成化設(shè)計(jì)的傳動(dòng)裝置及驅(qū)動(dòng)裝置，特別適合大規(guī)模和大質(zhì)量的定日鏡。
文檔編號(hào)F15B15/18GK101509473SQ200910071589
公開日2009年8月19日 申請(qǐng)日期2009年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月20日
發(fā)明者濤 劉, 劉慶和, 劉汶峰, 姜繼海, 舒 張, 洋 白, 羅念寧, 蘇文海, 趙立軍 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué);威海人合機(jī)電工程有限公司