碟式抛物面太阳能聚光器镜面组件设计及分析-论文.pdf

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1、机械设计与制造第8期52MachineryDesign&Manufacture2014年8月碟式抛物面太阳能聚光器镜面组件设计及分析元振毅，王永军，吴建中，魏生民(1．西北工业大学陕西省数字化制造工程技术研究中心，陕西西安710072；2．中航工业西安航空发动机(集团)有限公司，陕西西安710072)摘要：结合我国自主研发的20kw斯特林太阳能热发电系统的聚光器镜面组件，通过比较几种不同的镜面组件排布方式，提出了3层多碟式排布方案。针对面积较大的中间层镜面组件，采用面向制造的设计方法，优化背板结构。在满足背板可成形性的基础上，通过

2、在背板背面增加矩形空心型钢，提高了镜面组件的整体刚度。采用有限元模拟的方法对背板的可成形性进行了研究，通过调整合适的加强筋截面尺寸和摩擦系数，解决了背板成形时的破裂问题。模拟和试验表明背板在一套模具下可顺利成形。关键词：太阳能；聚光器；镜面组件；设计；成形性中圈分类号：TH16；TK513．1文献标识码：A文章编号：1001—3997(2014)08—0052—03DesignandAnalysisofMirrorComponentsofParaboloidalDishSolarConcentratorYUANZhen-yi，WA

3、NGYong-jun，WuJian—zhong，WEISh~ng-min(1．ShaanxiEngineeringResearchCenterforDigitalManufacturingTechnology，NorthwesternPolytechnicalUniversity，ShaanxiXi’an710072，China；2．AVICXi’anAero—engine(Group)Ltd．，Co．，ShaanxiXi’an710072，China)Abstract：Combinedwiththeconcentratormrr

4、rJrcomponentsofourcountry’SseZf—developed20kWstirlingsolarpowersystem，three-layermulti-dishaligningschemeofmiITorcomponentsisproposedbycomparingwithseveraldifferentaligningschemes．Bymakinguseofthemethodofdesignformanufacturing，accordingtothelargerareaofmirrorcomponent

5、s，thestructureofbackplaneisoptimized．Onthebasisofformabilityo厂backplane，thestiffnessofmirrorcomponentsisimprovedbyattachingrectangularhollowsectionprofile．AppropriatestiffenersectionsizesandfrietioncoefficientarechoosentOavoidthefractureproblemofbacloneduringtheformin

6、gprocessbyFEM．Theresultssimulationandtestprovethatthebaclanecanbeformedsuccessfullyinonesetmold．KeyWords：SolarEnergy；Concentrator；MirrorComponents；Design；Formability支架上，可以达到很高的聚光精度，例如美国的SES系统(8l，设计l引言的镜面组件也采用多碟式。单个镜面组件由玻璃反光镜片(5~6近年来，太阳能已被广泛应用到航天、军事、交通、民用设施小块)、衬板(1块)及背

7、板(1块)组成，其厚度均为lmm。玻璃反等诸多领域，是理想的可再生能源。太阳能热发电系统主要有3光镜片和衬板以及衬板和背板之间均采用胶结联接，胶层厚度为种形式：槽式、塔式和碟式抛物面系统，其中碟式斯特林太阳能热1．5mm，如图1所示。发电系统具有规模较小，聚光比大_l1，效率高和可以模块化组成混合发电系统等优点。碟式聚光器是斯特林太阳能热发电系统的关键部件，由镜面组件及支架组成，通过反射入射阳光，在接收器加热介质，实现发电，其制造成本占整个系统成本的70％左右。目前，许多研究工作主要是针对聚光器聚光后焦平面上的能流分布以及太阳光形

8、状、聚光器外形和跟踪精度等对聚光器聚光性能的图1单个镜面组件组成影响。结合我国自主研发20kW斯特林太阳能热发电系统的聚Fig．1TheCompositionofMirrorComponents光器镜面组件，进行了镜面组件排布设计、刚度模拟以及背板