【正文】 bW ?? (413) 式中： D ——缸體內(nèi)徑 (m)； d ——葉片安裝軸頸 (m)； 1p ——進口壓力 (MPa)； 2p ——出口壓力 (MPa)； 0? ——葉片根部厚度 (m)。 葉馬達工作壓力、流量、排量計算 根據(jù)所設(shè)計的轉(zhuǎn)葉馬達技術(shù)參數(shù)，計算俯仰軸和方位軸兩個方向轉(zhuǎn)葉馬達在工作時的壓力、流量、和排量。 22 46 00 0 N m8DdT n P H? ?? ? ? ? ? ? ? 2 2 2 274 6 0 0 0 8 0 . 0 5 1 1 m 5 1 0 0 0 m m0 . 9 2 2 1 0 0 . 2Dd ?? ? ? ?? ? ? ? 轉(zhuǎn)子軸與俯仰旋轉(zhuǎn)軸直接連接，旋轉(zhuǎn)軸直徑 220 mm，馬達轉(zhuǎn)子軸材料選用 40rC ， 785s? ? MPa，取安全因數(shù) 2n? ，則許用應(yīng)力 ? ? 785 3 9 2 .52sn?? ? ? ? MPa (44) 根據(jù)第三強度理論（最大切應(yīng)力理論） ? ? ? ?max 12? ? ??? (45) 太陽能發(fā)電設(shè)備直驅(qū)式液壓系統(tǒng)設(shè)計 16 式中： ??? ——許用切應(yīng)力 (MPa)。工作壓力 20 MPa。 2） 摩擦載荷 工作時旋轉(zhuǎn)受到摩擦扭矩，初設(shè)旋轉(zhuǎn)軸頸 220 mm，選用滑動軸承，?? 則 30 .2 7 1 0 9 .8 0 .1 1 1 5 1 0 N mf GrT ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 3） 風壓載荷 定日鏡方位軸方向所受風壓載荷與俯仰軸方向相似，現(xiàn)取俯仰軸方向數(shù)據(jù)進行計算 1 24559 N mT ?? 4） 載荷綜合 無風時定日鏡各工作階段所受載荷 啟動加速階段： 6 2 7 7 1 5 1 0 7 7 8 7 N mafT T T? ? ? ? ? ? 正常工作階段： 1510 N mfTT? ? ? 受風最大情況時各工作階段所受載荷 啟動加速階段： 1 6277 1510 24559 32346 N mafT T T T? ? ? ? ? ? ? ? 正常工作階段： 1 15 10 24 55 9 26 06 9 N mfT T T? ? ? ? ? ? 太陽能發(fā)電設(shè)備直驅(qū)式液壓系統(tǒng)設(shè)計 14 本章小結(jié) 本章首先根據(jù)第 2 章太陽能發(fā)電相關(guān)理論知識研究，確定所設(shè)計液壓系統(tǒng)的技術(shù)要求，包括功能要求和結(jié)構(gòu)要求，其次 通過 對液壓系統(tǒng)的工況 （包括俯仰軸和方位軸兩個方向）進行分析， 確定液壓執(zhí)行元件在工作過程中受何種載荷，載荷大小為多少，為下一章液壓執(zhí)行元件（轉(zhuǎn)葉馬達）的設(shè)計 提供基礎(chǔ)。 太陽能發(fā)電設(shè)備直驅(qū)式液壓系統(tǒng)設(shè)計 12 圖 32 定日鏡反射鏡最大風壓系數(shù)變化 [16] 1 1 2 3 4 5 65 3 1 1 3 51 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2T F L F L F L F L F L F L? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 1 24559 N mT ?? 5） 載荷綜合 無風時定日鏡各工作階 段所受載荷 啟動加速階段： 4302 151 17150 21603 N ma f gT T T T? ? ? ? ? ? ? ? 正常工作階段： 15 1 17 15 0 17 30 1 N mfgT T T? ? ? ? ? ? 受風最大情況時各工作階段所受載荷 啟動加速階段： 1 4 3 0 2 1 5 1 1 7 1 5 0 2 4 5 5 9 4 6 1 6 2a f gT T T T T? ? ? ? ? ? ? ? ? 正常工作階段： 1 151 17150 24559 41860 N mfgT T T T? ? ? ? ? ? ? ? 定日鏡在正常工作時，方位軸方向受到啟動加速和減速的慣性載荷，旋轉(zhuǎn)時的摩擦載荷，當大風時大風引起的風壓載荷，現(xiàn)針對各載荷 進行計算。 太陽能發(fā)電設(shè)備直驅(qū)式液壓系統(tǒng)設(shè)計 11 圖 31 湖南大學定日鏡風洞實驗?zāi)Ｐ?[16] 相關(guān)計算公式如下 wF q AC? ? ? (38) 式中： wC ——風壓系數(shù) ； q ——設(shè)計用速度壓 ( 2N/m )； A ——受風面積 (mm2)； 0q q I J?? ? ? ? (39) 式中： 0q ——基準速度壓 ( 2N/m )； ? ——高度補償系數(shù) ， 1?? ； I ——用途系數(shù)， I =； J ——環(huán)境系數(shù)， J =； 20 12 vq ?? ? ? (310) 式中： ? ——空氣密度風速， 241 .2 7 4 N s /m? ??； v ——風速， v =16 m/s。 1） 慣性載荷 根現(xiàn)對夏至時定日鏡俯仰軸方向角度變化最大時進行分析，跟據(jù)控制要求，定日鏡每 10 分鐘調(diào)整一次，每次調(diào)整時間 3 秒鐘，定日鏡正常工作速度為 ? ，轉(zhuǎn)動慣量為 J，慣性扭矩為 aT ，啟動加速時間 ?? s，則 太陽能發(fā)電設(shè)備直驅(qū)式液壓系統(tǒng)設(shè)計 10 381800 . 0 0 7 4 r a d / s 0 . 4 4 2 r a d / m in563 ?? ?? ? ??? (31) 22 427 1000 10 10 Kg m12 12m lJ ? ? ?? ? ? ? ? (32) 4 0 . 4 4 25 . 8 3 1 0 4 3 0 2 N m0 . 1 6 0a JJT t?? ?? ? ? ? ? ? ? ? ??? (34) 當遭遇大風等惡劣天氣時，定日鏡要求快速升至水平或垂直位置，取緊急工作速度 / min? ? ，則快速調(diào)整時間 22 3 . 5 5 m in 1 0 m in0 . 4 4 2t ???? ? ? ? (35) 符合快速調(diào)整要求。 系統(tǒng)采用水平軸跟蹤方式，支撐機構(gòu)采用單立柱旋轉(zhuǎn)臺式，定日鏡反射鏡面積 100mm2， 質(zhì)量 7 噸 ，定日鏡總質(zhì)量 10 噸 ，定日鏡高度反向與方位方向角度變化均采用液壓擺動馬達直接驅(qū)動，擺動馬達軸與旋轉(zhuǎn)軸采用脹緊套連接。方位方向角度變化100186。 太陽能發(fā)電設(shè)備直驅(qū)式液壓系統(tǒng)設(shè)計 9 3液壓系統(tǒng) 工況分析 設(shè)計能夠滿足塔式太陽能發(fā)電定日鏡運動所需的液壓系統(tǒng)，采用直接驅(qū)動方案，齒輪或柱塞泵壓力小于 25MPa， 假定工作地點，北京（北緯 40186。 太陽能發(fā)電設(shè)備直驅(qū)式液壓系統(tǒng)設(shè)計 7 圖 26 定日鏡跟蹤開閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖 跟蹤系統(tǒng)回初始位置 啟動時間到？ 8 點預(yù)設(shè) 計算該時刻太陽高度角，方位角 定日鏡角度計算 采集方位，高度角編碼器 控制 變頻 電機到開環(huán)跟蹤位置 光照強？ 閉環(huán)跟蹤傳感器 定日鏡角度計算 控制變頻電機到閉環(huán)跟蹤位置 是否間隔 10 分？ 停機時間到？ 17： 00 預(yù)設(shè) Y N 開始 太陽能發(fā)電設(shè)備直驅(qū)式液壓系統(tǒng)設(shè)計 8 小結(jié) 本章首先根據(jù)不同的太陽能發(fā)電原理對太陽能發(fā)電方式進行分類，確定 本論文太陽能發(fā)電設(shè)備直驅(qū)式液壓系統(tǒng)設(shè)計針對何種發(fā)電方式進行設(shè)計，其次通過對太陽能運動軌跡及定日鏡運動分析，確定所需要的液壓執(zhí)行元件需要完成的功能，最后通過對太陽能跟蹤系統(tǒng)進行理論研究，確定定日鏡選用何種跟蹤方式，在跟蹤過程中，液壓驅(qū)動系統(tǒng)中的執(zhí)行元件是如何運動的 。采用開 —閉環(huán)聯(lián)合控制，既可以克服開環(huán)控制由于定日鏡加工裝配造成的累積誤差對跟蹤精度的影響，又可以克服閉環(huán)控制中由于烏云等天氣因素使跟蹤系統(tǒng)無法工作，甚至是誤操作的缺點，是一種跟蹤精度非常高的跟蹤控制方式。 在太陽能塔式熱能發(fā)電中，定日鏡的高精度跟蹤對提高太陽能發(fā)電效率十分有利，當跟蹤偏差為 ，所造成的效率下降可能達到 10%以上，因此提高定日鏡跟蹤精度對提高太陽能發(fā)電效率十分有益。因此定日鏡高度方向角度變化最大90186。 圖 25 是定日鏡方位方向角度在夏至時一天內(nèi)的變化。圖 24 是定日鏡高度 角方 向在夏至時一天內(nèi)的變化。（ ~ 186。100186。圖23 是北京地區(qū)全年太陽運動方位變化。（ ~ 186。高度角方向，北京地區(qū)的緯度是北緯 40186。 圖 22 地球繞太陽運行軌跡示意圖 [9] 對于中國來說，中國處于北半球，太陽的視高范圍隨不同地區(qū)的緯度發(fā)生變化，本系統(tǒng)設(shè)計現(xiàn)假定是針對中國中部地區(qū)的太陽能發(fā)電設(shè)備直驅(qū)式液壓系統(tǒng)設(shè)計，現(xiàn)以北京地區(qū)進行分析，方位角方向，在早晨和傍晚，由于 光線很弱，太陽能發(fā)電設(shè)備不進行工作，有效的方位角變化范圍是 177。鑒于此，設(shè)計新型定日鏡直驅(qū)式液壓驅(qū)動系統(tǒng)，提供更大的承載能力，更高的跟蹤精度，對于提高太陽能發(fā)電效率，降低太陽能發(fā)電成本，促進太陽能發(fā)電商業(yè)化進程是極其必要的。 圖 21 美國 “ 太陽 2 號 ” 塔式太陽熱能發(fā)電站的運行系統(tǒng)簡圖 [8] 塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)通常由定日鏡群，太陽塔，接收器，發(fā)電裝置及儲能系統(tǒng)構(gòu)成，其中，定日鏡是塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中不可或缺的重要組成部分，其結(jié)構(gòu)通常由發(fā)射鏡，框架，支撐架，傳動機構(gòu)，跟蹤控制機構(gòu)等部分組太陽能發(fā)電設(shè)備直驅(qū)式液壓系統(tǒng)設(shè)計 4 成，其功能在于跟蹤，捕捉 ，聚焦和投射太陽光，為整個系統(tǒng)提供所需的太陽能，是實現(xiàn)太陽能熱發(fā)電的基礎(chǔ)。 在太陽熱能發(fā)電中，按照集熱及發(fā)電方式不同分為太陽能塔式，槽式，碟式等發(fā)電方式，而其中塔式太陽能熱發(fā)電技術(shù)具有聚光比大，工質(zhì)吸熱溫度較高的優(yōu)點， 是最有希望實現(xiàn)大功率發(fā)電，替代常規(guī)能源的技術(shù)手段之一，據(jù)美國 unlab 聯(lián)合實驗室預(yù)測，到 2020 年，其發(fā)成本約為每度 5 美分，將是所有太陽能電技術(shù)中成本最低的一種，具有很強的場竟爭力。后者稱為太陽光能發(fā)電 ， 也稱光伏發(fā)電 ， 它是將太陽輻射光能照射到太陽能電池 （ Photovoltaic cell） 上 ， 利用光伏效應(yīng)直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋? 太陽能發(fā)電設(shè)備直驅(qū)式液壓系統(tǒng)設(shè)計 3 2太陽能發(fā)電相關(guān)理論知識研究 太陽能發(fā)電 ， 目前已發(fā)展到工業(yè)規(guī)模的方式主要有光 熱 電、光 電兩種能量轉(zhuǎn)換方式 。 3）轉(zhuǎn)葉式液壓馬達設(shè)計 根據(jù)太陽能發(fā)電設(shè)備的功能要求，設(shè)計滿足太陽能發(fā)電設(shè)備需求的液壓執(zhí)行元件轉(zhuǎn)葉馬達。 本論文主要內(nèi)容 本文的主要研究內(nèi)容是：太陽能發(fā)電設(shè)備直驅(qū)式液壓驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計，現(xiàn)分述如下： 1） 太陽能發(fā)電相關(guān)理論知識研究 針對太陽能發(fā)電設(shè)備驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計，首先要了解太陽能發(fā)電原理、太陽能發(fā)電系統(tǒng)組成、 確定針對何種發(fā)電方式進行設(shè)計，其次通過對太陽運行軌跡分析及太陽能跟蹤系統(tǒng)理論研究，確定所需要設(shè)計系統(tǒng)的技術(shù)指標及主要工作參數(shù)。 課題的目的和意義 本畢業(yè)設(shè)計的目的是開發(fā)能夠滿足太陽能發(fā)電設(shè)備所需要的具有自主知識太陽能發(fā)電設(shè)備直驅(qū)式液壓系統(tǒng)設(shè)計 2 產(chǎn)權(quán)的直驅(qū)液壓系統(tǒng)，來滿足太陽能發(fā)電設(shè)備迅猛發(fā)展的需要，直驅(qū)式容積控制（ Direct Drive Volume Control， DDVC）電液伺服系統(tǒng)也叫無閥電液伺服系統(tǒng)，即用調(diào)速電動機直接驅(qū)動液壓泵，這種系統(tǒng)通過改變轉(zhuǎn)向 、 轉(zhuǎn)速 、 限轉(zhuǎn)矩來實現(xiàn)換向閥 、 節(jié)流閥 、 溢流閥的功能，具有電機控制的靈活性和液壓出力大的雙重優(yōu)點，與傳統(tǒng)電液伺服系統(tǒng)相比節(jié)能高效 、 小型集成化 、 環(huán)保 、 操作簡便 、 價格經(jīng)濟，目前已經(jīng)在多個領(lǐng)域的裝置上得到應(yīng)用并取得了很大的經(jīng)濟效益，該 項工作已經(jīng)受到世界各國的重視，成為國際液壓領(lǐng)域研究熱點之一，同時也是液壓技術(shù)的一個重要發(fā)展方向。 本課題就是開發(fā)太陽能塔式發(fā)電設(shè)備大平面定日鏡太陽跟蹤驅(qū)動系統(tǒng)，該系統(tǒng)對提高發(fā)電效率，特別是大型發(fā)電站非常有效。但與國際上蓬勃發(fā)展的太陽能發(fā)電相比，中國落后于發(fā)達國家 10~15 年，甚至明顯落后于印度。年日照時數(shù)大于 20xx 小時。在中國廣闊的土地上，有著豐富的太陽能資源。太陽能資源開發(fā)利用的潛力非常廣闊。太陽能每秒鐘到達地面的能量高達 80 萬千瓦，假如把地球表面%的太陽能轉(zhuǎn)為電能，轉(zhuǎn)變率 5%，每年發(fā)電量可達 1012 千瓦小時，相當于目前世界上能耗的 40 倍。在 可再生能源 中太陽能以其獨有的優(yōu)勢而成為人們重視的焦點。 參考文獻 ......................................................................................................