一种镜面牵引式光热定日镜自动除尘装置及除尘方法与流程

1.本发明属于太阳能热发电技术领域，具体涉及一种镜面牵引式光热定日镜自动除尘装置及除尘方法。


背景技术：

2.定日镜是一种由光面发射镜、支撑结构体系、跟踪传动机构及集成控制系统等组成的聚光装置，在控制系统下若干面定日镜跟踪接收并聚集反射太阳光热，是塔式光热电站中聚光集热系统的重要组成部分。一般塔式太阳能热发电站建设在光资源非常好的戈壁平原或沙漠边缘地带，定日镜镜面上难免会积累灰尘杂物等微小颗粒，从而影响定日镜的反射率，降低了聚光集热的发电效率。
3.目前，定日镜镜面的清洁一直是太阳能热发电领域的关键问题，主要体现在不仅要高效清洗和除尘镜面，而且清洁装置上需要具有便捷性和节能性。目前已建成定日镜镜场投入使用的清洁方式主要以机械清洁为主，其主要特点是采用机械化清洗车，对镜面的清洗工艺一般为喷水后接触式刷洗，主要缺点是需要人工操作，技术要求高、耗水量大，不适合水资源短缺和寒冷的西北地区环境，特别的，对于超过数万面的定日镜镜厂而言，其清扫速度低、成本高，在短时间内完成清洁全部镜面很难保证，同时受限于厂址路面的高低起伏，清洗过程中极有可能损伤镜面，机械设备还需定期维护等。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种镜面牵引式光热定日镜自动除尘装置，克服现有技术中存在的上述技术问题。
5.本发明的另一个目的在于提供一种定日镜除尘方法，充分利用重力牵引产生的毛刷与镜面之间偏心摩擦力，可有效去除镜面的积灰。
6.为此，本发明提供的技术方案如下：一种镜面牵引式光热定日镜自动除尘装置，包括毛刷辊和电动驱动装置，所述毛刷辊与定日镜镜面接触且两者长度匹配，所述毛刷辊的两端均固连有绕线辊，所述电动驱动装置同轴安装在绕线辊两端，所述绕线辊上缠绕有牵引索，所述牵引索另一端固设在定日镜顶端，所述绕线辊的外径d小于毛刷辊的外径d0。
7.所述电动驱动装置包括电动机、滑动支架和减速机，所述电动机安装在滑动支架上，其输出轴连接减速机，所述减速机的输出轴连接毛刷辊。
8.所述定日镜顶端对称设有遮阳保护罩，所述遮阳保护罩上设有吊挂支点，所述牵引索的另一端与吊挂支点固连，两个吊挂支点所在的直线与绕线辊平行，所述牵引索的方向垂直于绕线辊。
9.所述定日镜的下端面通过转动轴连接有支撑立柱。
10.所述绕线辊的外径d与毛刷辊的外径d0相差15
‑
45mm。
11.所述滑动支架包括支架和支撑轮组，所述减速机设于支架上，所述支架罩设在绕
线辊上方；所述支架中部为圆弧形，两端通过水平板对称连接支撑轮组，所述支撑轮组由上支撑轮和下支撑轮组成，所述上支撑轮和下支撑轮分别设于定日镜的上下端面且两者通过连接板连接。
12.一种定日镜除尘方法，采用镜面牵引式光热定日镜自动除尘装置，电动驱动装置驱动毛刷辊和绕线辊同步向上或向下旋转，通过毛刷辊上的毛刷与定日镜镜面产生相对滑动，从而使得毛刷辊对定日镜镜面进行滚刷，清除定日镜镜面上的积灰。
13.电动驱动装置驱动毛刷辊向下旋转时，牵引索放卷变长，由于毛刷辊的外径大于绕线辊，下落过程中毛刷辊的刷毛与定日镜镜面接触部分的旋转线速度r大于毛刷辊的下落速度v，产生速度差，下落运动过程的速度差使毛刷与定日镜镜面产生相对滑动，从而使得毛刷辊对定日镜镜面进行滚刷，清除定日镜镜面上的积灰。
14.电动驱动装置驱动毛刷辊向上旋转时，牵引索向绕线辊上缠绕，牵引索的自由长度减少，毛刷辊在旋转的过程中位置上升，电动机的转速用于控制毛刷辊的上升速度。
15.本发明的有益效果是：本发明提供的这种镜面牵引式光热定日镜自动除尘装置，通过牵引索和电动驱动装置实现毛刷辊和绕线辊同步向上或向下旋转，通过毛刷辊沿定日镜镜面上下运动，对定日镜镜面进行滚刷，清除定日镜镜面上的积灰。
16.该镜面牵引式光热定日镜自动除尘装置，根据定日镜运行规律，充分利用重力牵引产生的毛刷与镜面之间偏心摩擦力，可有效去除镜面的浮尘。
17.本发明毛刷辊的中心辊和毛刷等均可方便定制和组装，对于不同尺寸的定日镜，可相应调节中心辊的直径、毛刷型号及长度，因此适用范围广泛，可应用在各个不同厂址，适合在沙漠、高原等干燥、灰尘多、水资源匮乏的地区，亦适合温度低下的寒冷天气环境。
18.下面将结合附图做进一步详细说明。
附图说明
19.图1为毛刷辊在定日镜镜面上安装的三维整体示意图；图2为毛刷辊在定日镜镜面上安装的三维细节图；图3是毛刷辊及电动装置吊装受力的侧面示意图；图4是毛刷辊在定日镜镜面工作的整体侧面示意图；图5是电动驱动装置细节示意图。
20.图中：1、毛刷辊；101、中心辊；102、刷毛；103、绕线辊；2、定日镜；3、牵引索；4、吊挂点；5、电动驱动装置；501、滑动支架；502、电动机；503、减速机；504、支撑轮组；6、支撑立柱；7、遮阳保护罩。
具体实施方式
21.以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
22.现参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本
发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
23.除非另有说明，此处使用的术语（包括科技术语）对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
24.实施例1：本实施例提供了一种镜面牵引式光热定日镜自动除尘装置，包括毛刷辊1和电动驱动装置5，所述毛刷辊1与定日镜2镜面接触且两者长度匹配，所述毛刷辊1的两端均固连有绕线辊103，所述电动驱动装置5同轴安装在绕线辊103两端，所述绕线辊103上缠绕有牵引索3，所述牵引索3另一端固设在定日镜2顶端，所述绕线辊103的外径d小于毛刷辊1的外径d0。
25.如图1所示，毛刷辊1左右两侧通过牵引索3吊装在定日镜2镜面上，毛刷辊1的长度与定日镜2长度匹配，尽可能将定日镜2镜面全覆盖除尘。定日镜2由3x3或4x4成品镜面单元组成，总面积一般为20~60平方米。一般具体实施时，根据定日镜2的实际面积大小，选用不同的绕线辊103和毛刷辊1直径，从而控制除尘装置的重量和毛刷辊1施加给镜面的压力，进而达到不同情况时清除积灰效果的目的。
26.如图2所示，毛刷辊1包括中心辊101和刷毛102，刷毛102附着在中心辊101上，中心辊101与刷毛102作为一个整体成品，刷毛102根据定日镜2的使用环境，采用不同级别的耐热和耐磨聚氨酯系列。绕线辊103位于中心辊101的左右两侧，打孔后与牵引索3缠绕，绕线辊103的外径d小于毛刷辊1的外径d0。
27.本发明原理：如图3所示，当定日镜2镜面与地面呈一定角度θ时，毛刷辊1在重力g作用下，一方面对定日镜2镜面形成压力角θ，施加给镜面的压力p=g
×
cos（θ），另一方面对牵引索3形成拉力f=g
×
sin（θ）。刷毛102在压力p作用下发生变形并紧贴定日镜2镜面。同时由于牵引索3施加在绕线辊103上的拉力f受力点与毛刷辊1的重心o不重合，距离为s。偏心力f会使得毛刷辊1产生偏心扭矩n=f
×
s，当毛刷辊1在重力作用下从定日镜2镜面的上端下落时，其拉力所形成偏心扭矩n使得毛刷辊1发生旋转，使牵引索3放卷变长，毛刷辊1沿定日镜2镜面向下运动形成滚刷效果，清除定日镜2镜面上的积灰，同时带动电动驱动装置5沿定日镜2镜面向下运动，电动驱动装置5的转速用于控制毛刷辊1的下降速度。
28.实施例2：在实施例1的基础上，本实施例提供了一种镜面牵引式光热定日镜自动除尘装置，所述电动驱动装置5包括电动机502、滑动支架501和减速机503，所述电动机502安装在滑动支架501上，其输出轴连接减速机503，所述减速机503的输出轴连接毛刷辊1。
29.如图5所示，电动机502安装在滑动支架501上，其输出连接减速机503，减速机503的输出轴连接至毛刷辊1的中心辊101，可以驱动毛刷辊1和绕线辊103同步旋转。在电动驱动装置5工作过程中，滑动支架501可以沿定日镜2镜面向上或向下做直线滑动，但不可以旋转。
30.实施例3：
在实施例1的基础上，本实施例提供了一种镜面牵引式光热定日镜自动除尘装置，所述定日镜2顶端对称设有遮阳保护罩7，所述遮阳保护罩7上设有吊挂支点，所述牵引索3的另一端与吊挂支点固连，两个吊挂支点所在的直线与绕线辊103平行，所述牵引索3的方向垂直于绕线辊103。
31.如图2和图4所示，牵引索3的一端多圈缠绕在绕线辊103上，另一端固定在定日镜2镜面上方的遮阳保护罩7的吊挂点4上。牵引索3采用柔性牵引线，直径一般为1.5~2.0mm。在吊装牵引过程中，牵引索3的方向始终垂直于绕线辊103，且与毛刷辊1重心不重合，二者距离s接近d/2；牵引索3另一端与吊挂支点固定连接，吊挂支点平行于绕线辊103，固定在定日镜2的顶部。
32.遮阳保护罩7，主要用于当夜晚来临或本装置不工作时，电动驱动装置5将毛刷辊1卷入遮阳保护罩7内，提高毛刷辊1及电动驱动装置5的使用寿命和耐久性。
33.实施例4：在实施例1的基础上，本实施例提供了一种镜面牵引式光热定日镜自动除尘装置，所述定日镜2的下端面通过转动轴连接有支撑立柱6。
34.如图4所示，定日镜2由支撑立柱6支撑，可以通过定日镜2的俯仰角度调节系统（本实施例中为转轴）调整定日镜2与地面之间的角度θ。对于除尘过程，支撑立柱6的第一个作用为通过θ角调整毛刷辊1施加给镜面的压力p，进而调整刷毛102于镜面的接触面，达到根据不同情况清除积灰效果的目的；第二个作用为当电动驱动装置5驱动毛刷辊1向上旋转时，减小角度θ使定日镜2镜面接近水平，从而减小上升过程中电动机502和减速机503的扭矩需求。
35.实施例5：在实施例1的基础上，本实施例提供了一种镜面牵引式光热定日镜自动除尘装置，所述绕线辊103的外径d与毛刷辊1的外径d0相差15
‑
45mm。
36.如图4所示，由于毛刷辊1的直径大于绕线辊103，因此下落过程中刷毛102与定日镜2镜面接触部分的旋转线速度r大于毛刷辊1的下落速度v，产生速度差。下落运动过程的速度差导致毛刷辊1上的毛刷与定日镜2面产生相对滑动，从而使得毛刷辊1对定日镜2面形成滚刷效果，可以清除定日镜2面上的积灰。
37.本实施例也可以设置控制系统，通过实时监测位移传感器或旋转编码器的位移数据控制电动驱动装置5的启停及正反转，实现对牵引索3的上升及下放距离的精确控制。
38.实施例6：在实施例1的基础上，本实施例提供了一种镜面牵引式光热定日镜自动除尘装置，所述滑动支架501包括支架和支撑轮组504，所述减速机503设于支架上，所述支架罩设在绕线辊103上方；所述支架中部为圆弧形，两端通过水平板对称连接支撑轮组504，所述支撑轮组504由上支撑轮和下支撑轮组成，所述上支撑轮和下支撑轮分别设于定日镜2的上下端面且两者通过连接板连接。如图5所示。
39.在本实施例中，减速机为涡轮蜗杆减速机，蜗杆与电动机502的输出轴连接，涡轮输出轴与绕线辊103连接。支架罩在绕线辊103上方，不影响其转动。支撑轮组504约束滑动支架501可以滑动但不可以旋转，滑动支架501可以在毛刷辊1沿定日镜表面运动过程中，约
束毛刷辊1与定日镜面2之间的间距，进而控制刷毛102的弯曲度，同时滑动支架501可以提供毛刷辊1旋转工作的反向支撑力矩。
40.实施例7：本实施例提供了一种定日镜除尘方法，采用镜面牵引式光热定日镜自动除尘装置，电动驱动装置5驱动毛刷辊1和绕线辊103同步向上或向下旋转，通过毛刷辊1上的毛刷与定日镜2镜面产生相对滑动，从而使得毛刷辊1对定日镜2镜面进行滚刷，清除定日镜2镜面上的积灰。
41.如图3所示，当定日镜2镜面与地面呈一定角度θ时，毛刷辊1在重力g作用下，一方面对定日镜2镜面形成压力角θ，施加给镜面的压力p=g
×
cos（θ），另一方面对牵引索3形成拉力f=g
×
sin（θ）。刷毛102在压力p作用下发生变形并紧贴定日镜2镜面。同时由于牵引索3施加在绕线辊103上的拉力f受力点与毛刷辊1的重心o不重合，距离为s。偏心力f会使得毛刷辊1产生偏心扭矩n=f
×
s，当毛刷辊1在重力作用下从定日镜2镜面的上端下落时，其拉力所形成偏心扭矩n使得毛刷辊1发生旋转，使牵引索3放卷变长，毛刷辊1沿定日镜2镜面向下运动形成滚刷效果，清除定日镜2镜面上的积灰，同时带动电动驱动装置5沿定日镜2镜面向下运动，电动驱动装置5的转速用于控制毛刷辊1的下降速度。
42.实施例8：在实施例7的基础上，本实施例提供了一种定日镜除尘方法，电动驱动装置5驱动毛刷辊1向下旋转时，牵引索3放卷变长，由于毛刷辊1的外径大于绕线辊103，下落过程中毛刷辊1的刷毛102与定日镜2镜面接触部分的旋转线速度r大于毛刷辊1的下落速度v，产生速度差，下落运动过程的速度差使毛刷与定日镜2镜面产生相对滑动，从而使得毛刷辊1对定日镜2镜面进行滚刷，清除定日镜2镜面上的积灰。
43.电动驱动装置5驱动毛刷辊1向上旋转时，牵引索3向绕线辊103上缠绕，牵引索3的自由长度减少，毛刷辊1在旋转的过程中位置上升，电动机502的转速用于控制毛刷辊1的上升速度。
44.如图4所示，定日镜2支撑立柱6支撑起与地面成一定角度的定日镜2，定日镜2镜面上毛刷辊1的下落速度v等于绕线辊103旋转放卷的线速度。由于毛刷辊1的直径大于绕线辊103，因此下落过程中刷毛102与定日镜2面接触部分的旋转线速度r大于毛刷辊1的下落速度v，产生速度差。
45.当电动驱动装置5驱动毛刷辊1向上旋转时，牵引索3向绕线辊103上缠绕，牵引索3的自由长度减少，毛刷辊1在旋转的过程中位置上升。当电动驱动装置5驱动毛刷辊1反向向下旋转时，牵引索3从绕线辊103上放出长度，牵引索3的自由长度增加，毛刷辊1在旋转的过程中位置下降，电动机502的转速用于控制毛刷辊1的下降速度。
46.综上所述，本发明提供的这种镜面牵引式光热定日镜自动除尘装置，根据定日镜2运行规律，充分利用重力牵引产生的毛刷与镜面之间偏心摩擦力，可有效去除镜面的浮尘；本除尘装置结构简单、各组成部分成本低，无需人工维护，其节能和成本优势显著。
47.本装置适用性广泛，由于本装置的中心辊101和毛刷等均可方便定制和组装，对于不同尺寸的定日镜2，可相应调节中心辊101的直径、毛刷型号及长度。同时可应用在各个不同厂址，适合在沙漠、高原等干燥、灰尘多、水资源匮乏的地区，亦适合温度低下的寒冷天气环境。
48.以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。