积灰对定日镜反射率的影响研究与镜面除尘装置设计

摘要

随着技术瓶颈的不断突破，光热发电掀起了国际能源投资和建设的热潮。其中，塔式热发电技术具有聚光比高、集热温度高、热损耗少、传热路径短、系统综合效率高等优点，是最为理想的大规模发电方法。定日镜是塔式热发电站的重要组成部分，长时间的灰尘累积会降低镜面反射率，使得塔式发电站的聚光效率降低，造成大幅度的能量损失。为使电站保持较高的发电效率，目前较为有效的解决方案多采用不定期清洗定日镜。本文针对日益严重的光热电站积灰问题，研究了灰尘对塔式定日镜反射率的影响，同时提出一种刷洗组合的镜面除尘装置，并对其力学性能进行分析，主要工作内容如下： （1）在了解定日镜结构和工作原理、灰尘沉积特点和性质的基础上，分析了积灰影响定日镜反射率的机理，并通过现场实验测得了积灰时间和积灰密度对反射率的影响结果，以实验结果为依据建立了反射率随积灰时间和积灰密度变化的数学模型。 （2）以敦煌10MW熔盐塔式电站为研究对象，根据定日镜的尺寸和布局特点，分析除尘功能要求，给出了总体设计方案，主要包括车体的选取、机械臂结构设计和清灰机构设计。借助SolidWorks软件建立了各构件的实体模型并进行了整体装配。 （3）依据理论力学相关知识求得了除尘装置能够正常运行所能允许的清灰机构最大质量，借助Ansys有限元分析软件对主要受力部件机械臂架的静强度进行分析，得到了关键零部件的受力和变形情况，验证了其强度满足要求。 （4）建立了除尘装置的运动学和动力学模型，借助Adams软件对除尘装置的运动过程进行仿真，仿真结果表明该设计技术可行、结构合理。通过提取仿真结果得到了除尘装置中主要驱动件的运动参数和清灰机构的可调整作业范围，为装置的实体制造打下了基础。 本文的研究对定日镜清洁产品的设计、我国太阳能热发电站灰尘沉积问题的解决、塔式光热电站发电效率的提高，提供了较好的参考，具有一定的工程实用价值。

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附表索引

第1章 绪论

1.1 课题的研究背景与意义

1.2 塔式太阳能热发电站的发展现状

1.2.1 国外塔式电站的发展现状

1.2.2 国内塔式电站的发展现状

1.3 定日镜积灰问题的研究现状

1.3.1 灰尘沉积理论研究现状

1.3.2 反射镜表面除尘装置的研究现状

1.4本文主要研究内容

第2章 定日镜系统介绍

2.1 定日镜工作原理

2.2 定日镜结构介绍

2.2.1反射镜

2.2.2 镜架及基座

2.2.3 跟踪及传动系统

2.2.4 控制系统

2.3 影响定日镜聚光效率的因素分析

2.4 本章小结

第3章 积灰对定日镜反射率的影响研究

3.1.1灰尘来源方式

3.1.2 灰尘沉积过程分析

3.1.3积灰的类型分析

3.2积灰影响定日镜反射率的机理

3.3积灰对定日镜反射率影响的现场实验研究

3.3.1实验目的及方案

3.3.2实验数据和结果分析

3.4反射率数学模型的建立

3.4.1自然积灰条件下反射率与积灰时间的关系

3.4.2稳定光照条件下反射率与积灰时间的关系

3.4.3反射率与积灰密度的关系

3.5本章小结

第4章 定日镜表面除尘装置的结构设计

4.1灰尘清除机理

4.2.1除尘装置的工作对象

4.2.2除尘装置的功能要求

4.3除尘装置的机械结构设计

4.3.1 车体类型的选取

4.3.2 机械臂结构设计

4.3.3 清灰机构设计

4.4除尘装置的整体模型装配

4.5本章小结

第5章 定日镜除尘装置的静力学分析

5.1定日镜除尘装置的整体静力学分析

5.1.1一般工作位置下的整体静力学分析

5.1.2极限工作位置下的整体静力学分析

5.1.3 清灰机构的质量选择

5.2 关键零部件有限元分析

5.2.1有限元法分析步骤

5.2.2 一般工作位置下机械臂架有限元分析

5.2.3 极限工作位置下机械臂架有限元分析

5.3本章小结

第6章 除尘装置运动学及动力学的建模与仿真分析

6.1.1 D-H表示法

6.1.2机械臂运动学方程的建立

6.2除尘装置动力学模型的建立

6.2.1动力学建模相关方法

6.2.2除尘装置机械臂动力学方程求解

6.3除尘装置虚拟样机模型的建立

6.3.1模型的导入

6.3.2 约束和驱动的添加

6.4工作位置变化过程仿真分析

6.4.1 一般工作位置到收车位置的仿真分析

6.4.2一般工作位置到极限工作位置的仿真分析

6.5本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间所撰写及录用的学术论文