一種立柱式太陽跟蹤系統水平旋轉驅動裝置及其設計方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于太陽位置跟蹤系統技術領域，具體涉及一種立柱式太陽跟蹤系統水平旋轉驅動裝置，還涉及上述裝置的設計方法。
【背景技術】
[0002]單立柱式太陽跟蹤系統廣泛的應用于太陽能光伏發電和太陽能光熱發電領域。
[0003]在太陽能光伏發電領域:
[0004]太陽能光伏發電系統中電池板的安裝分為固定式和跟蹤式，光伏跟蹤系統可以減小電池板法線與太陽入射光之間的夾角，從而提高發電效率。跟蹤式又分為單軸和雙軸跟蹤系統。所謂立柱式跟蹤系統是指在一個垂直安裝的立柱或支架的頂端設置水平旋轉驅動裝置，用于跟蹤太陽的方位角。如果水平旋轉裝置之上不再設置太陽高度角跟蹤裝置則系統為垂直單軸跟蹤系統，如果在水平旋轉驅動裝置之上還安裝電池板俯仰角度調節裝置用于跟蹤太陽高度角則系統為雙軸跟蹤系統。
[0005]在太陽能光熱發電領域:
[0006]太陽能光熱發電分為槽式光聚熱發電，蝶式光聚熱發電和塔式光聚熱發電三種，單立柱太陽跟蹤系統可用于蝶式和塔式光聚熱發電兩種系統。當單立柱跟蹤系統應用與上述兩種光聚熱發電時必須采用雙軸跟蹤方式。
[0007]在蝶式光聚熱發電中，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電系統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中雖然太陽跟蹤角度的計算有所差別，所承載的上部設備也不相同。但是這些系統的共同特點是在一個垂直的立柱頂端安裝水平旋轉驅動裝置用于跟蹤太陽的方位角變化，并在其上承載上部設備。因此我們將其統一稱為“立柱式太陽跟蹤系統”，目前在這一類立柱式太陽跟蹤系統的水平旋轉驅動中，廣泛采用的是盤式減速機技術。
[0009]盤式減速機包括外盤和內盤，外盤渦輪在內盤連接的蝸桿驅動下產生旋轉驅動力矩，內外盤組裝在一起成為一個整體結構。在立柱式光伏跟蹤系統中，盤式減速機的外盤和內盤分別連接在垂直支撐立柱上和立柱上部的跟蹤機構及電池板或反射鏡上。提供旋轉驅動與結構支撐功能。
[0010]但用盤式減速機作為立柱式太陽跟蹤系統的方位角驅動部件存在以下的具體問題:
[0011]①盤式減速機的結構設計主要用于輸出較大的旋轉扭矩，但是立柱式跟蹤系統在水平旋轉方向的扭矩需求比較小，盤式減速機旋轉驅動的功能并未完全發揮，浪費了成本，導致跟蹤系統整體價格升高。
[0012]②盤式減速機容易在風載荷作用下損壞，當跟蹤支架上的電池板或者反射鏡承受較大的水平風載荷時，盤式減速機內外盤之間除了正常的旋轉扭矩和垂直承載力之外還會產生傾側方向的強大傾側扭轉力，由于盤式減速機的厚度較小導致抗傾側的力臂短，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點，維修更換盤式減速機時必須把上部結構全部拆除或者吊離，檢修維護不方便。
[0014]④對于塔式光聚熱發電，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。
【發明內容】
[0015]本發明的目的是提供一種立柱式太陽跟蹤系統水平旋轉驅動裝置，解決現有立柱式太陽跟蹤系統中使用的盤式減速機容易損壞且性價比低的問題。
[0016]本發明的目的還在于提供上述裝置的設計方法。
[0017]本發明所采用的第一種技術方案是，一種立柱式太陽跟蹤系統水平旋轉驅動裝置的設計方法，首先設置垂直于地面的內支撐立柱及與內支撐立柱同軸的外支撐筒，外支撐筒套在內支撐立柱的外部，然后內支撐立柱和外支撐筒的上部設置有承載部，外支撐筒的下部設置有驅動部用于驅動外支撐筒帶動其上安裝的上層設備旋轉，外支撐筒的下部還設置有下部支撐架構，將承載部、驅動部、下部支撐架構分離設置。
[0018]本發明的第一種技術方案的特點還在于:
[0019]承載部包括軸承座，軸承座上設置有軸承，軸承上方設置有軸承蓋，軸承座設置在內支撐立柱的上部，軸承蓋設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部分，當外部支撐筒旋轉時帶動軸承蓋上的傳感器支座旋轉，從而轉動角度傳感器，實現外部支撐筒的旋轉角度測量。
[0022]驅動部包括內圈齒環及與內圈齒環相嚙合的第一驅動齒輪，內圈齒環套接在內支撐立柱的外部，第一驅動齒輪與第一驅動電機相連接，第一驅動電機固接在外支撐筒上。
[0023]與第一驅動齒輪呈一定角度還設置有第二驅動齒輪，第二驅動齒輪與內圈齒環相嚙合，第二驅動齒輪與第二驅動電機相連接，第二驅動電機固接在外支撐筒上。
[0024]下部支撐架構包括下定位環，下定位環固定套接在內支撐立柱的外部，下定位環與外支撐筒之間安裝有密封滑環，密封滑環的下方設置有用于向上壓緊密封滑環的密封蓋，密封蓋通過外定位環與外支撐筒固接。
[0025]本發明所采用的第二種技術方案是:一種立柱式太陽跟蹤系統水平旋轉驅動裝置，包括內支撐立柱，內支撐立柱的外部套有與內支撐立柱同軸的外支撐筒，內支撐立柱和外支撐筒的上部設置有承載部，外支撐筒的下部設置有驅動部，外支撐筒的下部還設置有下部支撐架構。
[0026]本發明的第二種技術方案的特點還在于:
[0027]承載部包括軸承座，軸承座上設置有軸承，軸承上方設置有軸承蓋，軸承座設置在內支撐立柱的上部，軸承蓋設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部分。
[0030]驅動部包括內圈齒環及與內圈齒環相嚙合的第一驅動齒輪，內圈齒環套接在內支撐立柱的外部，第一驅動齒輪與第一驅動電機相連接，第一驅動電機固接在外支撐筒上。[0031 ] 與第一驅動齒輪呈一定角度還設置有第二驅動齒輪，第二驅動齒輪與內圈齒環相嚙合，第二驅動齒輪與第二驅動電機相連接，第二驅動電機固接在外支撐筒上。
[0032]下部支撐架構包括下定位環，下定位環固定套接在內支撐立柱的外部，下定位環與外支撐筒之間安裝有密封滑環，密封滑環的下方設置有用于向上壓緊密封滑環的密封蓋，密封蓋通過外定位環與外支撐筒固接。
[0033]本發明的有益效果是:
[0034]①本發明的一種立柱式太陽跟蹤系統水平旋轉驅動裝置，將承載部、驅動部、下部支撐架構分離設置，承載部采用推力軸承，驅動部采用與推力軸承獨立的齒環齒輪結構，避免了機械旋轉力矩的浪費，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本發明中設計了較長的外支撐筒，并在上部推力軸承垂直承載的基礎上設計了外支撐筒下部的密封滑環，因此水平風載在支撐結構上形成的傾側力矩小，可以提高跟蹤機構的抗風能力。
[0036]③本發明中獨特的分離結構設計使得可以在不拆除上部跟蹤裝置的基礎上方便的更換上部推力軸承、下部滑環軸承以及齒環齒輪驅動機構，降低了檢修維護的難度和成本。
[0037]④對高精度要求的跟蹤驅動要求，本發明中采用單齒環和雙驅動齒輪的雙電機自動消隙結構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是本發明水平旋轉驅動裝置的結構示意圖；
[0039]圖2是本發明水平旋轉驅動裝置中雙電機驅動的結構示意圖；
[0040]圖3是本發明水平旋轉驅動裝置中雙電機驅動的俯視圖；
[0041]圖4是本發明水平旋轉驅動裝置的使用示意圖。
[0042]圖中，1.內支撐立柱，2.軸承座，3.軸承蓋，4.軸承，5.內圈齒環，6.第一驅動齒輪，7.外支撐筒，8.傳感器支座，9.下定位環，10.第一驅動電機，11.密封滑環，12.外定位環，13.密封蓋，14.第二驅動齒輪，15.第二驅動電機，16.斜支撐梁，17.水平支撐梁。
【具體實施方式】
[0043]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明進行詳細說明。
[0044]本發明一種立柱式太陽跟蹤系統水平旋轉驅動裝置，結構如圖1所示，包括內支撐立柱1，內支撐立柱I的外部套有與內支撐立柱I同軸的外支撐筒7，內支撐立柱I和外支撐筒7的上部設置有承載部，外支撐筒7的下部設置有驅動部，外支撐筒7的下部還設置有下部支撐架構。
[0045]其中，承載部包括軸承座2，軸承座2上設置有軸承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，還具備發生側傾時防止軸承4上端橫向移動，軸承4上方設置有軸承蓋3，軸承座2設置在內支撐立柱I的上部，軸承蓋3設置在外支撐筒7的上部。軸承座2和軸承蓋3上設置有傳感器支座8，傳感器支座8用于安裝水平旋轉角度測量傳感器，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部分。
[0046]