大功率光热碟式太阳能电站钢构机架风激振动及控制研究

The steel frame of high-power disc type solar-thermal solar power (single 25 kw above) which has characteristic of large space size (diameter 13m above),and weight large (15 tons), and anti-wind contains requirements high (anti-maximum wind 12 level)，is a typical rigidity and high strength large inertia system .Abnormal vibration brought out by wind load will lead to connection loose, hot collection surface deformation and even make other key components such as set heat mirror damage, all these will bring out power station could't work.Therefore, there are great significance of the study about steel frame vibration characteristics and vibration controlling of frame throught structure optimization. The project will establishe the fine mathematics model of station wind field and wind load spectrum ,and research the machine frame since vibration characteristics, the since vibration frequency,vibration type, and resistance parameter will be gotten;and by study of machine frame unventilated characteristics and dynamic wind contains of vibration response characteristics, the machine frame overall and network frame disc surface, key parts of vibration acceleration, and amplitude, power characteristics parameter will be brought; the project will looke for optimization target function which meetting high machine frame since vibration frequency, and small vibration response, study the controlling of vibration response by the machine frame structure optimization; the project will develop 4:1 shrink die machine frame and wind tunnel experimental, and correct model based on the experimental results, perfect rack structure, all these work will provid theortical support for the design of a kind of efficient, reliable and stable work dics solar-power racks and develop dics solar power plant development in China.

大功率（单机25Kw以上）碟式光热太阳能电站钢构机架空间尺寸大（直径大于13m）、自重大（15t以上）、抗风载要求高（抗最大风力12级），是典型的大刚度、高强度的大惯性系统，异常风载激振将导致连接松动、集热曲面变形甚至损坏集热镜等关键件而使电站无法正常工作。因此，研究钢构机架振动特性并通过结构优化实现机架振动响应控制意义重大。项目拟建立电站风场风载荷谱和机架精细数学模型，开展机架自振特性研究，获取自振频率、振型、阻尼比等参数；开展机架透风特性和动风载下的振动响应特性研究，寻求机架整体和网架碟面等关键部位的振动加速度、振幅等动力特性参数；寻找满足整体机架自振频率高、振动响应小的优化目标函数，进行机架结构优化进而控制振动响应；研制4：1缩模机架，开展风洞实验分析，根据实验结果修正模型，完善机架设计，为研制一类高效、可靠、稳定的蝶式太阳能电站机架，为我国碟式太阳能电站研发提供理论支撑。

项目以建造的25 kW/38 kW两种功率级碟式聚光系统为研究对象，建立了满足流场充分发展和网格独立解的数值风洞模型，开展了碟式机架三维定常风场的数值模拟。得到了45组工况的总风载荷、镜面风压分布和绕流特性等结果，确定了反射镜面分区的体型系数分布及载荷极值，揭示了碟式机架结构风载荷的产生机制。选取单体机架中三种最不利风载工况，基于Fluent6.3平台开展了双机架群的布置形式和布置间距对机架风载荷的干扰效应研究，获得了各工况下受扰机架静的风载荷干扰因子及其随布置形式和间距的变化规律，揭示了机架风载荷干扰的产生机制。.阐述了复杂碟式机架结构的有限元模型构建方法，基于Ansys 12.0平台建立了机架有限元模型。通过整机结构的静风承载和机构传动角的分析，指出了高度角驱动机构设计存在的不足并予以改进，对比分析了机构改进前后机架多高度角工位的自振特性。而后，计算了机架25组典型工况的脉动风载荷(平均风速16.0 m/s)，研究了机架结构的风振时域响应。分析了机架控制节点的位移响应均方根和峰值的分布特性，探讨了机架风振响应中振型参与和贡献的问题，给出了各工况机架控制节点的位移风振系数。.建立了多组不同比例机架模型的数值风洞流域，分析了阻塞比对机架平均风荷载的影响，确定缩尺模型的最佳阻塞比范围是2.76%~3.10%。开展了机架参数化设计并研制了38 kW碟式-斯特林太阳能热发电系统工程样机。提出一种全站仪+360°反射棱镜来标定双轴跟踪装置实际轴线的方法，以及一种可以对机架变形进行测量的方法。搭建了碟式机架结构多工位/多承载工况的结构变形测量平台，初步形成了多位姿的承载变形检测及数据处理方法。现场实测了38 kW碟式聚光系统的双轴跟踪轴线偏差，分析了双轴跟踪装置的轴线误差对聚光性能的影响。.项目的研究成果，对实现碟式聚光器反射镜面的几何“保型”和吸热器位置保持，控制聚光性能下降、甚至镜面破裂等情况具有重要指导意义。