一种回转式液压驱动装置、定日镜及塔式光热发电系统的制作方法

本实用新型涉及回转式液压驱动装置、定日镜及塔式光热发电系统。

背景技术：

太阳能发电装置目前深受关注，常见的太阳能发电装置包括利用光伏板的光伏发电装置、利用碟式反射板的碟式太阳能热发电装置和利用定日镜的塔式光热发电系统。

其中利用定日镜的塔式光热发电系统的基本原理如图1所示，是利用定日镜群中的各定日镜101将太阳102发出的光反射集中到集热塔103顶部的聚热机构104上，由于太阳102在天空中的位置是不断移动的，阳光的照射角度也时刻都在变化，因此定日镜101需要通过反射镜的旋转对太阳进行跟踪，使阳光经过反射后能以一定的方向出射，这样就能实现太阳能的大量聚集，改变太阳辐射能流密度低的缺点。由于定日镜群是远距离的反射跟踪，因此，定日镜的任何微小偏移晃动都会影响定日镜效率，轻者造成聚集光斑边沿模糊而引起聚集损失增大，重者将使光斑晃动脱离把目标，最终导致聚集温度大幅度下降，严重时会造成太阳能采集工作无法进行，同时聚热机构的局部的温度会导致热膨胀差进而导致聚热机构老化，因此定日镜的跟踪传动必须达到高精密传动的精度要求。也正是由于上述原因，定日镜的成本往往占据整套塔式光热发电系统的50%以上，而定日镜的成本往往会成为投资方考虑的首要因素。

一般的定日镜是由反射镜、用于安装反射镜的镜架、用于安装镜架的基座、用于驱动镜架动作的跟踪驱动系统和用于控制跟踪驱动系统的定日镜控制单元等组成。跟踪驱动系统例如授权公告号为CN 101394140 A的中国专利申请中公开的太阳能定日镜柔性差动/同步动力驱动系统，动力驱动系统由水平转动（用于控制方位角）和俯仰（用于控制俯仰角）转动的两大齿轮传动系统构成；两大齿轮传动系统的主动齿轮均为2—5个，并均匀设置于定日镜转动齿轮周围，各个主动齿轮均与定日镜转动齿轮啮合；各主动齿轮分别连接有相应的伺服电机，伺服电机构成用于驱动主动齿轮转动的齿轮驱动装置；所述定日镜转动齿轮的输出端与定日镜底座相连；各主动齿轮通过扭矩和转速传感器将主动齿轮的运行参数传回给控制系统的可编程控制器，计算机通过对可编程控制器传回信号的处理，再发出信号给控制系统的可编程控制器，使其控制各主动齿轮的伺服电机的工作状态。上述两大齿轮传动系统均采用多电机柔性驱动消隙技术，多电机消隙就是两个以上电机通过主动齿轮与从动齿轮啮合，并按多电机消隙控制曲线进行驱动。在实际消隙方式下，当系统需要的输出合力矩为零（静止）时，两通道电机的电枢电流为±Io（消隙偏置电流），其输出力矩大小相等方向相反；当系统需要的输出合力矩增加时，两通道电机的电枢电流随曲线变化，其中一个通道的输出力矩将继续增加，另一个通道的输出力矩逐渐减小至零再增加，由阻力源变为动力源。可以理解为两个电机小齿轮与主齿轮啮合时，一个是前齿面接触，另一个是后齿面接触，正转是由前齿面接触的齿轮出力，而反转时由后齿面接触的齿轮出力，这样一来就不会出现间隙了。实际工作中，两个齿轮都出力，一个力大，另一个力小，力矩方向都是运动方向。

但是，上述专利申请中的驱动系统需要对电机进行精确控制，零部件成本和控制成本较高，增加了系统的整体成本。同时，上述专利申请中的驱动系统在工作过程中会出现一个是前齿面接触，另一个是后齿面接触的情况，啮合齿同时接触的面积较小，当主动轮驱动大齿轮往一个方向驱动旋转时，主动轮同方向参与啮合的齿数少、驱动力矩小载荷低，会削弱齿轮啮合刚度造成影响、导致稳定性下降（例如在遇到大风天气时）。

技术实现要素：

本实用新型的一个目的是提供一种回转式液压驱动装置，以解决现有的液压驱动装置采用电机进行控制成本较高、齿轮啮合刚度低的问题。本实用新型的另外目的是提供一种使用上述回转式液压驱动装置的定日镜及使用上述回转式液压驱动装置的塔式光热发电系统。

为实现上述目的，本实用新型中回转式液压驱动装置采用的技术方案是：

方案1. 回转式液压驱动装置，包括转动齿轮和两只均匀设置在转动齿轮周围的主动齿轮，所述主动齿轮分别连接有各自的齿轮驱动装置，所述齿轮驱动装置为液压马达，各所述液压马达并联设置。

有益效果：本实用新型采用上述技术方案，由于齿轮传动属于刚性传动，只要其中任意一台液压马达运转，其余两台液压马达就会在齿轮刚性传动的时候被动启动运转，而此时两台液压马达被动启动以后即可正常工作，相当于至少一台辅助液压马达辅助一台主动液压马达同时驱动定日镜转动齿轮进行精确而稳定的传动工作，因此三台液压马达驱动小齿轮传动时不会出现不同步现象，不需要外部增加任何同步阀对三只液压马达进行同步调节，也不需要对每一台液压马达都进行低速高精密控制运动，制造成本得以大大的降低，相应的维护成本也大大降低。同时，与采用电机驱动相比，采用液压马达体积小，寿命长，启动冲击小，能够很好地满足低速大扭矩作业需求。

方案2. 根据方案1所述的回转式液压驱动装置，所述回转式液压驱动装置还包括用于驱动液压马达的数字伺服阀。

方案3. 根据方案2所述的回转式液压驱动装置，所述液压马达设有奇数只，所述液压马达包括设置在中间的中间马达，所述数字伺服阀设置在中间马达处，中间马达之外的液压马达与数字伺服阀的连接管路从数字伺服阀向两侧对称引出。

有益效果：连接管路采用对称设置的方式能够尽量使除中间马达之外的各液压马达与数字伺服阀的连接管路长度均衡，进一步提高传动精度。

方案4. 根据方案3所述的回转式液压驱动装置，所述回转式液压驱动装置包括用于安装被驱动件的转台，所述液压马达和主动齿轮设置在转台上，所述转台上还铰接有用于驱动被驱动件绕水平轴线做俯仰运动的伸缩缸，所述伸缩缸和所述数字伺服阀分别设置在转台的相对两侧。

有益效果：上述布置方式能够均衡转台各处的质量，有利于提高运动平稳性。

方案5. 根据方案4所述的回转式液压驱动装置，所述转台上设有用于驱动液压马达和伸缩缸动作的液压站。

有益效果：将液压系统的液压站直接设置在转台上能够避免液压管路跨过相对转动的部件，能够便于管路布设，同时也便于实现模块化装配。

方案6. 根据方案5所述的回转式液压驱动装置，所述液压站包括蓄能器。

有益效果：设置蓄能器能够避免液压泵的持续工作，避免液压站动作时产生的振动影响系统的精度，同时有利于延长使用寿命。

方案7. 根据方案2所述的回转式液压驱动装置，所述液压马达设有偶数只，所述数字伺服阀设置在所有液压马达的中间位置，各液压马达与数字伺服阀的连接管路从数字伺服阀向两侧对称引出。

本实用新型中定日镜采用的技术方案是：

方案1. 定日镜，包括基座和设置在基座上的反射镜，反射镜包括镜架，基座与镜架之间设有液压驱动装置，液压驱动装置包括定日镜转动齿轮和两只均匀设置在定日镜转动齿轮周围的主动齿轮，所述主动齿轮分别连接有各自的齿轮驱动装置，所述齿轮驱动装置为液压马达，各所述液压马达并联设置。

方案2. 根据方案1所述的定日镜，所述液压驱动装置还包括用于驱动液压马达的数字伺服阀。

方案3. 根据方案2所述的定日镜，所述液压马达设有奇数只，所述液压马达包括设置在中间的中间马达，所述数字伺服阀设置在中间马达处，中间马达之外的液压马达与数字伺服阀的连接管路从数字伺服阀向两侧对称引出。

方案4. 根据方案3所述的定日镜，所述液压驱动装置包括用于相对于定日镜的基座绕竖直轴向转动的转台，所述液压马达和主动齿轮设置在转台上，所述转台上还铰接有用于驱动镜架绕水平轴线做俯仰运动的伸缩缸，所述伸缩缸和所述数字伺服阀分别设置在转台的相对两侧。

方案5. 根据方案4所述的定日镜，所述转台上设有用于驱动液压马达和伸缩缸动作的液压站。

方案6. 根据方案5所述的定日镜，所述液压站包括蓄能器。

方案7. 根据方案2所述的定日镜，所述液压马达设有偶数只，所述数字伺服阀设置在所有液压马达的中间位置，各液压马达与数字伺服阀的连接管路从数字伺服阀向两侧对称引出。

本实用新型中塔式光热发电系统采用的技术方案是：

方案1.塔式光热发电系统，包括集热塔和围绕集热塔设置的定日镜，定日镜，包括基座和设置在基座上的反射镜，反射镜包括镜架，基座与镜架之间设有液压驱动装置，液压驱动装置包括定日镜转动齿轮和两只均匀设置在定日镜转动齿轮周围的主动齿轮，所述主动齿轮分别连接有各自的齿轮驱动装置，所述齿轮驱动装置为液压马达，各所述液压马达并联设置。

方案2. 根据方案1所述的塔式光热发电系统，所述液压驱动装置还包括用于驱动液压马达的数字伺服阀。

方案3. 根据方案2所述的塔式光热发电系统，所述液压马达设有奇数只，所述液压马达包括设置在中间的中间马达，所述数字伺服阀设置在中间马达处，中间马达之外的液压马达与数字伺服阀的连接管路从数字伺服阀向两侧对称引出。

方案4. 根据方案3所述的塔式光热发电系统，所述液压驱动装置包括用于相对于定日镜的基座绕竖直轴向转动的转台，所述液压马达和主动齿轮设置在转台上，所述转台上还铰接有用于驱动镜架绕水平轴线做俯仰运动的伸缩缸，所述伸缩缸和所述数字伺服阀分别设置在转台的相对两侧。

方案5. 根据方案4所述的塔式光热发电系统，所述转台上设有用于驱动液压马达和伸缩缸动作的液压站。

方案6. 根据方案5所述的塔式光热发电系统，所述液压站包括蓄能器。

方案7. 根据方案2所述的塔式光热发电系统，所述液压马达设有偶数只，所述数字伺服阀设置在所有液压马达的中间位置，各液压马达与数字伺服阀的连接管路从数字伺服阀向两侧对称引出。

附图说明

图1是利用定日镜的塔式光热发电系统的基本原理示意图；

图2是本实用新型中定日镜的液压驱动装置的一个实施例立体图一；

图3是本实用新型中定日镜的液压驱动装置的一个实施例立体图二；

图4是本实用新型中定日镜的液压驱动装置的一个实施例的主视图；

图5是图4的俯视图；

图6是图4的右视图；

图7是图4的剖视图；

图8是定日镜的液压驱动装置的液压系统原理图。

图中各附图标记对应的名称为：1-转台，2-下翻沿，3-水平折边，4-密封圈，5-镜架铰接座，6-伸缩缸铰接座，7-液压马达，8-控制阀，9-油箱，10-液压泵，11-蓄能器，13-液压缸，14-数字液压缸马达，15-转盘轴承内圈，16-转盘轴承外圈，17-滚动体，18-螺纹孔，19-安装座，20-筒体，21-底部法兰，22-顶部法兰，23-马达安装座，24-行星驱动齿轮，25-制动轴，26-液压制动器，27-数字马达。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

本实用新型中定日镜的液压驱动装置的一个实施例如图2~图8所示，是一种采用液压系统的液压驱动装置，包括圆形板体构成的转台1，转台1的主体边缘设有下翻沿2，形成罩体结构。转台1的顶面上设有两只供镜架绕水平轴线转动装配的镜架铰接座5、两只供伸缩缸铰接的伸缩缸铰接座6和三只液压马达7，三只液压马达7沿周向均布并且并联连接在同一控制阀8上。伸缩缸铰接座6在周向上位于转台1左侧的两只液压马达7之间的位置处，两只镜架铰接座5位于转台1的右侧，并沿着与转台1的台面垂直且经过转台1中心的平面对称布置。两只镜架铰接座5之间设有液压站，液压站包括油箱9、悬伸固定在油箱9的侧壁上的液压泵10和与液压泵10连接的蓄能器11。

上述伸缩缸采用数字液压缸，包括液压缸13和设置液压缸13后端的数字液压缸马达14，数字液压缸马达14用于使液压缸13的控制阀实现数字伺服阀的功能，通过数字液压缸马达14实现液压缸13的高精度输出。数字伺服阀为现有技术，例如申请公布号为CN107247467A的中国专利申请中公开的数字伺服阀。为了保证镜架的俯仰范围，伸缩缸的尺寸需要设置得较长，因此液压缸13的缸体前端铰接在伸缩缸铰接座6上，缸体的后端部分悬伸在镜架的水平转动轴线下方。使用时，伸缩缸的伸缩端铰接在镜架上，缸体的前端铰接在伸缩缸铰接座6上，伸缩缸由液压站提供动力，在控制系统的控制下伸缩带动镜架绕水平轴线翻转，实现反射镜的俯仰角调节。上述数字伺服阀是将转动形式转换为直动，进而驱动阀芯直动，在其他实施例中，也可以通过其他形式的控制阀，输出精度能够满足定日镜工作需求即可，例如采用通过直动形式直接驱动阀芯直动的伺服阀。

定日镜的跟踪驱动装置还包括用于驱动镜架绕竖直轴线翻转的方位角调节装置。方位角调节装置包括通过螺栓固定在转台1的主体的下端面上的转盘轴承内圈15，转盘轴承内圈15的径向外侧同轴设置有转盘轴承外圈16，转盘轴承外圈16与转盘轴承内圈15通过滚动体17转动配合，形成转盘轴承结构，使得转盘轴承外圈16能够绕竖直轴线相对于转台1转动。转盘轴承外圈16的径向外侧设有轮齿，形成齿圈。转盘轴承外圈16的下端面上沿圆周均布有螺纹孔18，螺纹孔18形成用于与定日镜的基座固定连接的连接部。定日镜的液压驱动装置还包括用于使转盘轴承外圈16上的连接部与定日镜的基座固定连接的安装座19，安装座19包括筒体20、设置在筒体20底部的底部法兰21和设置在筒体20顶部的顶部法兰22，顶部法兰22通过螺钉固定在螺纹孔18内。筒体20为上大下小的圆台形结构，顶部法兰22、底部法兰21和筒体20之间设有直角梯形的加强筋，保证结构强度的同时能够减轻重量。在其他实施例中，转盘轴承外圈16也可以通过其他方式与定日镜的基座固定连接，例如直接将转盘轴承外圈16固定在定日镜的基座上。转台1的下翻沿2具有位于底部的水平折边3，安装座19的顶部法兰22的外周面与水平折边3之间设有密封圈4，密封圈4采用双唇口骨架油封，用于实现罩体内部的密封，避免户外环境的沙尘、雨水等进入罩体内对齿轮和轴承结构造成影响，提高可靠性和使用寿命。

转台1的边缘处均布有凸出圆形板体的马达安装座23，三只液压马达7分别以轴线竖直的方式通过螺钉固定在相应的马达安装座23的顶部。转台1上于各液压马达7处分别通过轴承座转动装配有行星驱动齿轮24，行星驱动齿轮24直接与液压马达7的输出轴通过花键结构连接。行星驱动齿轮24的下端设有制动轴25，转台1的下方固定有与液压马达7、行星驱动齿轮24同轴布置的液压制动器26，液压制动器26可以采用现有技术中的液压制动器，通过闸片夹紧与行星驱动齿轮24同步转动的制动片实现制动，能够对行星驱动齿轮24进行锁死，保证转台1转动到位时可靠地保持位置。位于伸缩缸对侧的制动器下方还固定有数字马达27，数字马达27的作用与数字液压缸马达14类似，能够使液压马达7的控制阀8实现数字伺服阀的功能，使得液压马达7成为数字液压马达，通过数字马达27实现液压马达7的高精度输出。由于齿轮传动属于刚性传动，只要其中任意一台液压马达7运转，其余两台液压马达7就会在齿轮刚性传动的时候被动启动运转，而此时两台液压马达7被动启动以后即可正常工作，相当于两台辅助液压马达7辅助一台主动液压马达7同时驱动大转盘轴承外圈16进行精确而稳定的传动工作，因此三台液压马达7驱动小齿轮传动时不会出现不同步现象，不需要外部增加任何同步阀对三只液压马达7进行同步调节，也不需要分别对各液压马达7进行低速高精密控制，制造成本得以大大地降低，相应的维护成本也大大降低。

在光热发电系统中，定日镜常见的跟踪控制方式有：机械控制、液压控制。机械传动方式布置不灵活，需要将笨重的动力源安装在定日镜上，不易于安装和维护；因为布置不灵活，所以每个动作都需要有独立的动力源，增加了系统的复杂性和装机功率；不能实现系统的过载保护，元件易磨损，导致工作寿命短。而传统液压开环控制运行不稳定，聚光定位达不到较高的精度，收集效率低；传动机构存在累计误差，而且自身无法消除，需要定期矫正。同时，传统的液压闭环控制中，液压缸采用伺服阀进行控制，每一路都设有开环增益调整、反馈增益调整、零位调整和输入与反馈相位调整，并有电流表显示通过伺服阀的电流状态；伺服阀其内部细小的射流孔存在磨损和伺服阀的温飘、零点漂移、系统易振荡等不稳定因素，长期使用须要调整系统参数，以保证系统的正常运转；当多云或阴雨天时，感光元件在稍长时间段接受不到太阳光，可能导致跟踪系统的控制失效，甚至引起执行机构的误动作。

然而，本实用新型中定日镜的液压驱动装置的方位角调节装置将数字伺服阀、反馈机构、液压马达作为一个整体进行集成，俯仰角调节装置将数字伺服阀、反馈机构、伸缩缸作为一个整体进行集成，阀口开度完全由内部的反馈系统进行自动调节，无需外界的干预。液压系统控制三个要素：方向、位置、速度，步进电机的旋转方向决定了数字液压缸或数字液压马达的方向；脉冲数量决定了数字液压缸或数字液压马达的行程；发送脉冲频率决定了数字液压缸或数字液压马达的速度。数字液压系统有以下优势：1、高抗污染。对油液的清洁度没有严格要求，甚至液压油受到污染，也不会造成系统的精度降低，更不会造成严重的误动作甚至是事故；2、运动特性完全数字化。速度、行程与电脉冲有直接的对应关系，只要控制好电脉冲，就能简单地实现控制要求；3、数字液压缸或数字液压马达的运行不受负载变化的影响；4、无损失远程控制执行，能实现多数字液压缸或多数字液压马达高精度同步或协同工作控制。

采用数字液压缸和数字液压马达跟踪控制定日镜，定日镜的方位角和俯仰角完全实现矢量化和数字化。每个脉冲对应固定的数字液压缸或数字液压马达位移，仅需控制电脉冲信号即可控制数字液压缸或数字液压马达的工作行程和速度。当工作行程位移可以数字量化，对于多数字液压缸或数字液压马达协同工作只需要将各个动作轨迹进行模型建立，然后各个数字液压缸或数字液压马达在同一时间内完成各自设定的工作行程即可。同时，数字液压系统可实现远程网络控制系统，由于采用数字传输，不存在失真，也不存在通讯接口上的障碍，尤其是数字液压缸或数字液压马达能自动构成速度闭环和位置闭环，避开了伺服控制在远程网络控制中的时间滞后难题。

工作时，数字液压马达动作实现定日镜的方位角调节，数字液压缸动作实现定日镜的俯仰调节，满足定日镜的控制需求。由于整个动力系统的可动部件均设置在转台1上与转台1同步动作，因此不会出现方位角调节与俯仰角调节装置运动中出现干涉的情况，使得转台1能够与立柱同轴布置，能够提高支撑稳定性，容易满足结构刚度的要求，结构紧凑，成本低，能够实现模块化。

本实用新型中定日镜的一个实施例包括作为基座的立柱、转动装配在立柱顶端的定日镜液压驱动装置、沿水平轴线铰接在定日镜液压驱动装置上的镜架和用于控制跟踪驱动系统的定日镜控制单元（HCU，Heliostat Control Unit），镜架上设有反射镜。其中定日镜液压驱动装置即上述定日镜的液压驱动装置的各实施例中的液压驱动装置，液压驱动装置上的安装座19的底部法兰21与立柱顶端设置的连接法兰连接。另外，定日镜还包括光伏板和与光伏板连接的蓄电池，液压驱动装置的液压站由蓄电池供电，为整个系统提供动力。定日镜还包括无线收发模块，无线收发模块也由蓄电池供电。通过设置光伏板和蓄电池，定日镜完全可以在漫长的雨雪天气完成自我保护的各种运动，进而完全可去掉镜场复杂而无序的供电源线缆；同时采用无线通讯方式进行数据传输和数据采集及程序控制，真正地实现无线缆镜场。

本实用新型中塔式光热发电系统的一个实施例包括集热塔和由围绕集热塔的定日镜形成的定日镜群，其中定日镜即上述定日镜的实施例中的定日镜，塔式光热发电系统还包括与定日镜的定日镜控制单元（HCU，Heliostat Control Unit）通信连接的镜场控制系统（HFC，Heliostat Field Control），通信信息可以通过移动网络，卫星通讯网络、专用通讯网络等等方式实现传输。

在上述实施例中，液压马达设有奇数只，以设置在转台的远离伸缩缸的一侧的液压马达为中间马达，所述数字伺服阀设置在中间马达处，中间马达之外的液压马达与数字伺服阀的连接管路从数字伺服阀向两侧对称引出。在其他实施例中，液压马达也可以设置偶数只，所述数字伺服阀设置在所有液压马达的中间位置，各液压马达与数字伺服阀的连接管路从数字伺服阀向两侧对称引出。当然，在其他实施例中，数字伺服阀也可以设置在其他位置。

在上述实施例中，液压系统集成在转台上，在其他实施例中，也可以将液压马达和主动齿轮设置在基座上，将定日镜转动齿轮固定在转台上，此时数字伺服阀可以设置在基座上。

在上述实施例中，用于驱动镜架绕竖直轴线翻转的方位角调节装置上采用了两只以上液压马达和数字伺服阀，在其他实施例中，也可以将用于驱动镜架绕水平轴线翻转的俯仰角调节装置设置为采用转动齿轮和主动齿轮驱动的形式，例如申请公布号为CN 107247467 A的中国专利申请中采用的俯仰驱动形式，此时也可以将液压马达和数字伺服阀用于俯仰角调节装置上。

最后需要说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行不需付出创造性劳动的修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。