УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОРИЕНТАЦИИ ГЕЛИОУСТАНОВКИ Российский патент 1995 года по МПК F24J2/38 

Изобретение относится к гелиотехнике, а именно к приводным устройствам для ориентации гелиоустановки, и может быть использовано для ориентации любого коллектора лучевой энергии, облучаемого перемещающимся источником тепловой радиации.

В технике и литературе существует значительное число аналогов изобретения, содержащих разнообразные механизмы реагирования на перемещение солнца или слежения за его перемещением [1]
Все упомянутые аналоги имеют общие недостатки, состоящие в большой сложности устройств, высокой стоимости и потребления вырабатываемых видов энергии (прежде всего электрической).

В качестве прототипа изобретения может служить устройство для ориентации солнечного преобразователя [2] содержащее опорную стойку, связанное с ней при помощи сферического шарнира ориентируемое основание и упругие тяги, связанные со стойкой и деформируемыми элементами, размещенными в прорезях основания.

Недостатком данного устройства является то, что угловые перемещения ориентируемого основания вслед за солнцем ограничены возможностью сферического шарнира и еще более ограничены незначительностью выборки упругих тяг и сложностью разработки каких-либо механизмов, увеличивающих эту выборку до величины, обеспечивающей требуемую ориентацию.

Целью изобретения является расширение диапазона эксплуатационных параметров устройства.

Это достигается применением для привода устройства биметаллических спиралей, непосредственно и через цепную передачу вращающих ориентируемую раму вокруг осей, расположенных по принципу карданного шарнира, применением пружин для создания контрусилий и применением собирающих солнечную энергию кожухов для усиления нагрева биметаллических спиралей в комбинации с затеняющими участками кожухов для автоматической корректуры ориентации.

На фиг. 1 показана принципиальная схема устройства; на фиг. 2 то же, вид в плане.

Устройство для ориентации гелиоустановки содержит основание 1, на котором в подшипниках 2 установлены вертлюг 3, верхняя часть которого имеет форму вилки с двумя кронштейнами (ветвями), и ось 4. На стойке 5 основания 1 закреплены с возможностью регулировки положения колодки 6 с биметаллическими спиралями 7 и 8. Вертлюг 3 и ось 4 несут звездочки 9 и 10, связанные цепью 11. Спирали 7 и 8 заключены в прозрачный кожух 12, противосолнечная внутренняя поверхность которого имеет лучепоглощающее покрытие, а несолнечная сторона имеет затемненные участки для затемнения спиралей 7, 8. Цапфы рамы 13, ориентацию которой осуществляет изобретение, установлены в кронштейнах вилки вертлюга 3, и находятся под непосредственным воздействием биметаллических спиралей 14, причем возвращение рамы 13 в исходное положении при остывании спиралей 14 обеспечивается пружиной 15, работающей на растяжение. Спирали 14 заключены в прозрачные кожухи 16, также имеющие лучепоглощающие участки на противосолнечной внутренней поверхности и затеняющие щитки.

Вертлюг 3 через элементы 9, 10, 11 цепной передачи и ось 4 контактирует со свободным концом спирали 7 или 8 за счет усилия пружины 17, работающей на растяжение.

Предлагаемое устройство действует следующим образом.

В вечерние часы, когда биметаллические спирали 7, 8, 14 охлаждены и находятся в исходном положении, пружина 15 удерживает раму 13 в вертикальном положении ее плоскости, а сама рама 13 может быть легко ориентирована вручную на восток. С восходом солнца биметаллические спирали 7, 8, 14 начинают нагреваться. Спирали 14, противодействуя пружине 15, постепенно разворачивают раму 13 в зенитальном направлении лучеприемной стороной вслед за солнцем. При этом, если действие спиралей 14 будет отставать от углового перемещения солнца в зенитальном направлении, то это выявит ошибку в их конструктивном расчете. Если же действие спиралей 14 будет опережать подъем солнца, то щиток кожуха 16 каждой спирали 14 начнет накрывать тенью спираль 14, и она уменьшить скорость разворота рамы 13 в зенитальном направлении. Положение каждого кожуха 16 выбрано таким, чтобы тень на спирали 14 была частично изначальной, что обеспечивает главный разворот рамы 13.

Одновременно спираль 7, вращая ось 4 и через цепную передачу 9, 10, 11 вертлюг 3, разворачивает раму 13 в азимутальном направлении. Принцип регулирования этого действия аналогичен регулировке действия спиралей 14. Если вращение оси 4 под усилием спирали 7 обгоняет азимутальное переменение солнца, то затемненный участок кожуха 12 начинает накрывать спираль 7 тенью, и конец спирали 7 снижает скорость своего углового перемещения.

Положение спиралей 7, 8 отрегулировано так, что спираль 7 при прохождении солнца через меридиан его полуденной максимальной высоты доводит вертлюг 3 до критического положения пружины 17, после прохождения которого пружина 17 вращает вертлюг 3 в противоположную сторону, прижимая его через элементы цепной передачи 9, 10, 11 и ось 4 к свободному концу спирали 8, которая к этому времени также находится в максимально нагретом состоянии, выдвинув свободный конец почти до упора оси 4. По мере снижения величины лучистой энергии солнца во второй половине дня спираль 8 остывает и уменьшает свою угловую величину (и остывает быстрее, если под воздействием жары вращение оси 4 будет задерживаться, наводя тем самым под излучение солнца затеняющий участок кожуха 12), позволяя вертлюгу 3 соблюдать азимутальное направление рамы 13 на солнце.

Действие биметаллических спиралей 7, 8, 14 заключается в том, что при нагревании они, увеличивая кривизну, сворачиваются плотнее, увеличивая угол своей закрутки (если наружный слой биметалла имеет больший температурный коэффициент расширения) на расчетную угловую величину. Следовательно, свободный конец спирали продвигается относительно центра спирали на расчетный угол.

Использование: в гелиотехнике для ориентации коллекторов в азимутальной и зенитальной плоскостях. Сущность изобретения: устройство содержит основание 1, на котором в подшипниках 2 установлены вертлюг 3 и ось 4. На стойке 5 закреплены колодки 6 с биметаллическими спиралями 7 и 8. Вертлюг 3 и ось 4 несут звездочки 9 и 10, связанные цепью 11. Спирали 7 и 8 заключены в прозрачный кожух 12. Цапфы рамы 13 установлены в вилке вертлюга 3 и находятся под воздействием спиралей 14 и пружины 15. Спирали 14 закреплены в кожухи 16. Устройство снабжено пружиной 17, работающей на растяжение. Действие спиралей 7, 8, 14 заключается в том, что при нагревании они, увеличивая кривизну, сворачиваются плотнее, увеличивая угол загрузки на расчетную угловую величину. Свободный конец при этом продвигается относительно центра спирали на расчетный угол. 2 ил.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОРИЕНТАЦИИ ГЕЛИОУСТАНОВКИ, содержащее основание с опорной стойкой, ориентируемую раму гелиоустановки и четыре деформируемых элемента для азимутального и зенитального слежения, взаимодействующих с рамой посредством привода, отличающееся тем, что устройство дополнительно содержит две возвратные пружины, противодействующие усилиям деформируемых элементов, последние выполнены в виде биметаллических спиралей, заключенных в кожухи, имеющие лучепоглощающие и затемненные участки, а привод выполнен в виде установленных на основании вертлюга, снабженного вилкой с кронштейнами, несущими цапфы рамы, и взаимодействующей с вертлюгом через цепную передачу поворотной оси, при этом биметаллические спирали для зенитального слежения укреплены на кронштейнах вилки вертлюга и связаны с цапфами рамы, а биметаллические спирали для азимутального слежения укреплены на опорной стойке и связаны с поворотной осью с возможностью создания вращающего и удерживающего момента, возвратные пружины одним концом подсоединены к вертлюгу, другим - соответственно к раме и стойке, а биметаллические спирали установлены с возможностью регулирования их положения путем смещения их крепежных элементов и кожухов.