用于热脱附处理有机物污染土壤的槽式反射镜阵太阳能集热金属单桩装置的制作方法

本发明属岩土工程、环境工程技术领域，具体涉及一种用于热脱附处理有机物污染土壤的槽式反射镜阵太阳能集热金属单桩装置。

背景技术：

随着我国工业化和城市化进程不断加快，我国大部分土壤受到越来越多的污染威胁。其中有机物污染土壤的问题因其危害性大和可察性高，受到越来越多的关注。热脱附作为一种有效处理有机物污染土壤被越发广泛地使用。其原理是通过直接或者间接的热交换，加热土壤中有机污染物组分到足够高的温度，使其蒸发并与土壤介质相分离。目前，热脱附处理土壤技术应用的主要限制在于把土壤加热到固定温度需要大量的能量，导致其成本高昂。寻找一种成本更加低廉的加热能源成为了促进热脱附应用和环境有效治理的重要途径。太阳能作为一种高效廉价的清洁能源，已经逐渐被各大国家列为战略能源。如今，太阳能主要利用在光伏发电和光热发电。将太阳能用于热脱附修复土壤虽是小众的市场，但却能给污染土壤修复带来巨大的经济利益，如何有效地将太阳能应用于热脱附处理，是亟需解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种用于热脱附处理有机物污染土壤的槽式反射镜阵太阳能集热金属单桩装置。

本发明提出的一种用于热脱附处理有机物污染土壤的槽式反射镜阵太阳能集热金属单桩装置，由固定支座、轨道系统、逐日车系统和集热系统组成；其中：

固定支座由热脱附桩体1、桩帽护筒2、桩顶盖帽3、旋转支座4和旋转支座卡具5组成，热脱附桩体1为空心构件，桩帽护筒2焊接于桩顶盖帽3下方；热脱附桩体1依次穿过桩帽护筒2和桩顶盖帽3，并露出于桩顶盖帽3一定长度，使桩帽护筒2恰好抵住脱附桩体1的变截面处；桩帽护筒2和热脱附桩体1通过螺栓固定连接，使得桩帽护筒2不能绕热脱附桩体1旋转；旋转支座4外径小于热脱附桩体1上部内径，旋转支座4插入热脱附桩体1内，旋转支座4焊接于旋转支座卡具5下方，且旋转支座4和旋转支座卡具5形成整体，旋转支座卡具5底座圆柱外径与热脱附桩体1上部外径一致，使旋转支座4能绕热脱附桩体1旋转；

轨道系统由轨道垫脚10、轨道支架11、逐日轨道12、垫脚连接杆13、垫脚连接杆固定套14和轨道垫脚底针40组成，垫脚连接杆固定套14套于露出于桩顶盖帽3外的热脱附桩体1上部，垫脚连接杆固定套14内径略大于热脱附桩体1上部外径，其与热脱附桩体1间缝隙用绝缘垫片插入，使得垫脚连接杆固定套14和热脱附桩体1紧密连接且热绝缘；3根垫脚连接杆13一端焊接于垫脚连接杆固定套14上，另一端焊接于轨道支架11上；轨道支架11下方焊接轨道垫脚10，轨道垫脚10下方焊接轨道垫脚底针40；轨道支架11上部焊接逐日轨道12，逐日轨道12为圆弧形，轨道截面为工字形，其上部横梁比下部横梁短；

逐日车系统由车身装置、电动装置和传力杆件系统组成；

车身装置由逐日车基座15、逐日车卡具16、主动轮传动轮38、主动轮轮轴39、从动轮支架41、从动轮轴42、从动轮43、主动轮支架44和主动轮45组成，车身装置位于逐日轨道12上，且能在逐日轨道12上沿圆弧轨道滚动，逐日车卡具16固定于逐日车基座15上方，4个从动轮支架41和2个主动轮支架44位于逐日车基座15中轴线两侧，且分别焊接于逐日车基座15底部的两端和中部；从动轮支架41和主动轮支架44中心留有圆孔；从动轮轮轴42和主动轮轮轴39外径一致，从动轮轮轴42小于从动轮支架41中心圆孔直径，主动轮轮轴39小于主动轮支架44中心圆孔直径，主动轮轮轴39比从动轮轮轴42长；2根从动轮轮轴42和1根主动轮轮轴39分别穿过相应的从动轮支架41及主动轮支架44中心处，圆孔内部涂上机油，使得2根从动轮轮轴42和1根主动轮轮轴39可在圆孔内部自由转动；3根轮轴靠近垫脚连接杆固定套14一侧超出从动轮支架41和主动轮支架44相同的长度，另一侧，2根从动轮轮轴42超出从动轮支架41一定长度，主动轮轮轴39超出主动轮支架44更长长度，且穿过主动轮传动轮38中心与其焊接；2根从动轮轮轴42及1根主动轮轮轴39分别穿过对应的4个从动轮43和2个主动轮45中心，相邻的主动轮与从动轮、或主动轮与主动轮之间间距略大于逐日轨道12上横梁长度，可保证车身装置沿圆弧轨道滚动；

电动装置由电机箱20、变速轮支架33、变速轮34、变速轮旋转轴35、变速轮内传动轮36、传动皮带37、电机转轴46和电机输出齿轮47组成，电机输出齿轮47套于电机转轴46外，且与其固定连接；变速轮34位于电机输出齿轮47上方，且与电机输出齿轮47的齿轮相互咬合；变速轮34和变速轮内传动轮36均套于变速轮旋转轴35外，且变速轮34和变速轮内传动轮36分别与变速轮旋转轴35固定连接；变速轮34外径大于变速轮内传动轮36外径；变速轮旋转轴35插入变速轮支架33内部，变速轮旋转轴35可在变速轮支架33内自由旋转；变速轮内传动轮36和主动轮传动轮38通过传动皮带37连接，变速轮内传动轮36转动带动传动皮带37移动，将动力传至车身装置的主动轮传动轮38；

传力杆件系统由定位杆旋转杆17、定位杆卡具18和定位杆套杆19组成，定位杆套杆19为空心结构，定位杆卡具18焊接于定位杆套杆19一端；定位杆卡具18与车身装置的逐日车卡具16嵌合，中心孔对齐，一根定位杆旋转杆17穿过所述中心孔，使得定位杆卡具18与逐日车卡具16相连，且能绕定位杆旋转杆17转动；

集热系统由镜阵底座7、隔热接头8、底部十字支架9、集热棒21、正反射镜22、侧反射镜23、镜阵固定梁24、侧反射镜固定柱25、正反射镜固定柱26、定位杆固定螺栓27、定位杆伸缩杆28、定位杆伸缩杆固定孔29、定位杆伸缩杆旋转卡具30、定位杆伸缩杆旋转螺栓31和镜阵固定支架卡具32组成；镜阵底座7一端与集热棒21焊接，另一端通过镜阵旋转螺栓6与固定支座5相连，使得镜阵底座7可绕镜阵旋转螺栓6旋转；隔热接头8一侧焊接镜阵底座7，另一侧焊接底部十字支架9；底部十字支架9长杆方向的两端上方焊接有侧反射镜固定柱25，短杆方向的一端上方焊接有正反射镜固定柱26；两根侧反射镜固定柱25分别位于正反射镜固定柱26两侧；2根镜阵固定梁24与3根反射镜固定柱横向焊接组成网状结构；正反射镜22通过螺栓固定于正反射镜固定柱26上；侧反射镜23通过螺栓固定于侧反射镜固定柱25上；1片正反射镜22和2片侧反射镜23组成的扁平曲面侧轮廓近似一条为抛物线；正反射镜固定柱26与位于网状结构最上方的镜阵固定梁24交接处的另一侧焊接有镜阵固定支架卡具32，镜阵固定支架卡具32通过定位杆伸缩杆旋转螺栓31与定位杆伸缩杆旋转卡具30相连，使得镜阵固定支架卡具32可绕定位杆伸缩杆旋转螺栓31旋转；定位杆伸缩杆旋转卡具30焊接于定位杆伸缩杆28一头，定位杆固定螺栓27卡住定位杆固定螺栓27上某一定位杆伸缩杆固定孔29和定位杆套杆19上的固定孔。

本发明中，桩帽护筒2和桩顶盖帽3外均设有隔热涂层。

本发明中，桩帽护筒2为空心构件，旋转支座4为实心构件。

本发明中，热脱附桩体1同时也是土壤加热器。

本发明中，位于同一侧的一个主动轮45和两个从动轮43的中心线采用与逐日轨道12的轨道圆心相同的圆弧，每排主动轮支架44和从动轮支架41中心线延长线都经过逐日轨道12轨道圆弧的圆心。

本发明中，集热系统中的正反射镜22和侧反射镜23倾角可通过改变与定位杆套杆19上对应的定位杆伸缩杆固定孔29对应来调节，具体装置尺寸视实施条件而定。

本发明中，电动箱20工作开启时间、转速 转向等已根据采集的太阳轨迹数据设定好，可通过传动皮带37带动车身装置沿圆弧形逐日轨道12移动，从而带动集热系统绕热脱附桩体1转动，使得槽式反射镜阵竖向始终正对太阳，集热棒有一定的长度可使的槽式反射镜反射的阳光都集中在集热棒上。具体装置尺寸视实施条件而定。

本发明中，可将太阳能用于热脱附处理受有机物污染的土壤中，使土壤中低沸点有机物蒸发逸出，达到处理效果。

本发明的工作过程：

本发明提出的装置主要用于热脱附处理有机物污染土壤，主要工作过程如下：

太阳轨迹数据已预先采集好，电动机工作开启时间、转速、转向等已根据采集的太阳轨迹数据设定好。

固定支座安装：预先给待修复土壤打孔，将热脱附桩体1插入土孔中，将桩帽护筒2和桩顶盖帽3焊接的整体套在热脱附桩体1外，且桩顶盖帽3置于土壤表面。热脱附桩体1上部外露一段长度。在桩帽护筒2侧面打入螺栓使得护筒和桩体不发生相对转动。

轨道系统安装：将轨道系统的垫脚连接杆固定套14套在热脱附桩体1露出部分的外面，置于桩顶盖帽3上方。将3个轨道垫脚底针40插入土中。

将旋转支座4和旋转支座卡具5组成的整体插入热脱附桩体1上部。

固定支座和轨道系统安装固定完毕。

电动装置和车身装置组装：将电动装置固定在车身装置上，并且将传动皮带37套在变速轮内传动轮36和车身装置的主动轮传动轮38外且卡合。使得变速轮内传动轮36转动带动传动皮带37转动，继续带动主动轮传动轮38转动。

将焊接在定位杆套杆19一端的传力杆件系统的定位杆卡具18与车身装置的逐日车卡具16通过定位杆旋转杆17和螺栓相连，使得定位杆卡具18能绕定位杆旋转杆17转动。

将组装好的逐日车系统中的车身装置放在轨道下横梁上，两列轮卡在上横梁两侧。使得轮组可以沿着轨道移动。

逐日车系统组装安装完毕。

集热系统安装：将一片正反射镜22通过螺栓固定在正反射镜固定柱26上，两片侧反射镜23分别通过螺栓固定在2根侧反射镜固定柱25上。一方面，将集热系统中的镜阵底座7通过镜阵旋转螺栓6与固定支座中的旋转支座卡具5相连，使得镜阵底座7可绕镜阵旋转螺栓6转动。另一方面，选择定位杆伸缩杆28上合适的孔，与逐日车系统中的定位杆套杆19上的孔对齐，通过定位杆固定螺栓固定。

至此，槽式反射镜阵太阳能集热金属单桩装置安装完毕。

工作时，电动机转动后电机输出齿轮47开始转动，咬合的变速轮34同时转动，带动变速轮内传动轮36转动，进而传动皮带37开始转动。主动轮传动轮受皮带运动而转动，带动整个车身装置的主动轮45转动，从而改变车身装置的位置，以保证在有效工作时间内，集热装置中的正反射镜22、侧反射镜23组成的曲面其竖向正对太阳，能最大化地接受光照并将光反射集中至集热棒21上。集热棒21受光照加热，将热量通过旋转支座4和旋转支座卡具5传递给热脱附桩体1，土体受热，温度升高。

本发明的有益效果：

本发明装置的最大优点是能够自动调节反射镜方位，只需竖向正对太阳便可集中收集阳光，加热土壤，利用低廉清洁的太阳能源有效地处理有机污染土壤，有效解决原有热脱附技术成本高昂的问题。

附图说明

图1为本发明的示意图。

图2为本发明的正视图。

图3为本发明的左视图。

图4为本发明的右视图。

图5为本发明的后视图。

图6为本发明的俯视图。

图7为本发明的后侧示意图。

图8为本发明的固定装置细部示意图。

图9为本发明的轨道系统示意图。

图10为本发明的逐日车系统细部示意图。

图11为本发明的逐日车系统正视图。

图12为本发明的集热系统示意图

图13为本发明集热系统的支撑架示意图。

图中标号：1为热脱附桩体，2为桩帽护筒，3为桩顶盖帽，4为旋转支座，5为旋转支座卡具，6为镜阵旋转螺栓，7为镜阵底座，8为隔热接头，9为底部十字支架，10为轨道垫脚，11为轨道支架，12为逐日轨道，13为垫脚连接杆，14为垫脚连接杆固定套，15为逐日车基座，16为逐日车卡具，17为定位杆旋转杆，18为定位杆卡具，19为定位杆套杆，20为电机箱，21为集热棒，22为正反射镜，23为侧反射镜，24为镜阵固定梁，25为侧反射镜固定柱，26为正反射镜固定柱，27为定位杆固定螺栓，28为定位杆伸缩杆，29为定位杆伸缩杆固定孔，30为定位杆伸缩杆旋转卡具，31为定位杆伸缩杆旋转螺栓，32为镜阵固定支架卡具，33为变速轮支架，34为变速轮，35为变速轮旋转轴，36为变速轮内传动轮，37为传动皮带，38为主动轮传动轮，39为主动轮轮轴，40为轨道垫脚底针，41为从动轮支架，42为从动轮轴，43为从动轮，44为主动轮支架，45为主动轮，46为电机转轴，47为电机输出齿轮。

具体实施方式

下面通过实施例进一步描述本发明。

实施例1：

槽式反射镜阵太阳能集热金属单桩装置，由热脱附桩体1、桩帽护筒2、桩顶盖帽3、旋转支座4、旋转支座卡具5、镜阵旋转螺栓6、镜阵底座7、隔热接头8、底部十字支架9、轨道垫脚10、轨道支架11、逐日轨道12、垫脚连接杆13、垫脚连接杆固定套14、逐日车基座15、逐日车卡具16、定位杆旋转杆17、定位杆卡具18、定位杆套杆19、电机箱20、集热棒21、正反射镜22、侧反射镜23、镜阵固定梁24、侧反射镜固定柱25、正反射镜固定柱26、定位杆固定螺栓27、定位杆伸缩杆28、定位杆伸缩杆固定孔29、定位杆伸缩杆旋转卡具30、定位杆伸缩杆旋转螺栓31、镜阵固定支架卡具32、变速轮支架33、变速轮34、变速轮旋转轴35、变速轮内传动轮36、传动皮带37、主动轮传动轮38、主动轮轮轴39、轨道垫脚底针40、从动轮支架41、从动轮轮轴42、从动轮43、主动轮支架44、主动轮45、电机转轴46、电机输出齿轮47组成。

热脱附桩体1、桩帽护筒2、桩顶盖帽3、旋转支座4、旋转支座卡具5作为整个太阳能集热金属单桩装置的固定支座。所有结构材质为铝质，桩帽护筒2、桩顶盖帽3外有隔热涂层，热脱附桩体1、桩帽护筒2为空心构件，旋转支座4为实心构件。热脱附桩体1同时也是土壤加热器。其结构如图8所示。帽护筒2焊接在桩顶盖帽3下方。热脱附桩体1穿过桩帽护筒2和桩顶盖帽3，并露出一定长度，此时，桩帽护筒2恰好抵住脱附桩体1的变截面处。一螺栓将桩帽护筒2和热脱附桩体1固定，使得桩帽护筒2不能绕热脱附桩体1旋转。旋转支座4外径略小于热脱附桩体1上部内径。旋转支座4焊接在旋转支座卡具下面。旋转支座卡具5底座圆柱外径与热脱附桩体1上部外径一致。该构造可使旋转支座4和旋转支座卡具5形成整体并且能绕热脱附桩体1旋转。

轨道系统由轨道垫脚10、轨道支架11、逐日轨道12、垫脚连接杆13、垫脚连接杆固定套14、轨道垫脚底针40组成，皆为铝质材料。垫脚连接杆固定套14套在露出桩顶盖帽3热脱附桩体1上部外，垫脚连接杆固定套14内径略大于热脱附桩体1上部外径，其缝隙用绝缘垫片插入，使得垫脚连接杆固定套14和热脱附桩体1紧密连接且热绝缘。3根垫脚连接杆13同时焊接在垫脚连接杆固定套14上，另一端焊接在轨道支架11一侧。轨道支架11下方焊接轨道垫脚10，轨道垫脚10下方焊接轨道垫脚底针40。轨道支架11上部焊接逐日轨道12，逐日轨道12为圆弧形，轨道截面为工字形，上部横梁比下部横梁短。轨道系统结构如图9和11所示。

逐日车系统由车身装置、电动装置和传力杆件系统组成。其结构如图10、11所示。

其中，车身装置由逐日车基座15、逐日车卡具16、主动轮传动轮38、主动轮轮轴39、从动轮支架41、从动轮轴42、从动轮43、主动轮支架44、主动轮45组成。材质皆为铝质。逐日车卡具16固定于逐日车上方。4个从动轮支架41和2个主动轮支架44分别焊接在逐日车基座15底部的两端和中部，位于车身中轴线两侧。每侧三轮中心线为与轨道曲率相同的圆弧，每排支架中心线延长线都经过轨道圆弧的圆心。从动轮支架41和主动轮支架44中心留有圆孔。从动轮轮轴42和主动轮轮轴39外径一致且略小于支架41和44中心圆孔直径，主动轮轮轴39比从动轮轮轴42长。2根从动轮轮轴42和1根主动轮轮轴39分别穿过对应的从动轮支架41及主动轮支架44中心处，圆孔内部涂上机油，使得轮轴可在圆孔内部自由转动。3根轮轴靠近垫脚连接杆固定套14一侧超出从动轮支架41和主动轮支架44相同的长度，另一侧，2根从动轮轮轴42超出从动轮支架41一定长度，主动轮轮轴39超出主动轮支架44更长长度，穿过主动轮传动轮38中心且与其焊接。从动轮轮轴42及1根主动轮轮轴39分别穿过对应的4个从动轮43和2个主动轮45中心，轮与轴焊接固定。每排轮子间距略大于逐日轨道12上横梁长度，可保证车身顺利沿圆弧轨道滚动。

电动装置由电机箱20、变速轮支架33、变速轮34、变速轮旋转轴35、变速轮内传动轮36、传动皮带37、电机转轴46、电机输出齿轮47组成。除电机箱20和传动皮带37外，其余构件材质皆为铝质。电机转轴46与电机箱20直接相连。电机输出齿轮47套在电机转轴46外，且与其固定。变速轮34位于电机输出齿轮47上方，且与电机输出齿轮47齿轮咬合。变速轮34和变速轮内传动轮36均套在变速轮旋转轴35上，且固定。变速轮34外径远大于变速轮内传动轮36外径。变速轮旋转轴35插入变速轮支架33内部，轮轴可在支架内自由旋转。变速轮内传动轮36转动带动传动皮带37移动，将动力传至车身装置的主动轮传动轮38。

传力杆件系统由定位杆旋转杆17、定位杆卡具18、定位杆套杆19组成。所有杆件皆为铝质。定位杆套杆19为空心。定位杆卡具18焊接在定位杆套杆19一头。定位杆卡具18与车身装置的逐日车卡具16嵌合，中心孔对齐，一根定位杆旋转杆17穿过中心孔，使得定位杆卡具18与逐日车卡具16相连但能绕定位杆旋转杆17转动。

集热系统由镜阵旋转螺栓6、镜阵底座7、隔热接头8、底部十字支架9、集热棒21、正反射镜22、侧反射镜23、镜阵固定梁24、侧反射镜固定柱25、正反射镜固定柱26、定位杆固定螺栓27、定位杆伸缩杆28、定位杆伸缩杆固定孔29、定位杆伸缩杆旋转卡具30、定位杆伸缩杆旋转螺栓31、镜阵固定支架卡具32组成。其中，集热棒21、正反射镜22、侧反射镜23是核心构件。除正反射镜22、侧反射镜23是镀隔不锈钢材质，其余构件皆为铝质，隔热接头为外镀热绝缘材料。除集热棒21和镜阵底座7外，其余构件皆为空心。

镜阵底座7一端与集热棒21焊接，另一端通过镜阵旋转螺栓6与固定支座相连，使得镜阵底座7可绕镜阵旋转螺栓6旋转。隔热接头8一侧焊接镜阵底座7，另一侧焊接底部十字支架9。底部十字支架9长杆两头上方焊接侧反射镜固定柱25，短杆一头上方焊接正反射镜固定柱26。两根侧反射镜固定柱25分别位于正反射镜固定柱26两侧。2根镜阵固定梁24与3根反射镜固定柱横向焊接组成网状结构。正反射镜22通过螺栓固定在正反射镜固定柱26上；侧反射镜23通过螺栓固定在侧反射镜固定柱25上。1片正反射镜22和2片侧反射镜23组成的扁平曲面侧轮廓近似一条为抛物线。结构如图12、13所示。

正反射镜固定柱26与上方镜阵固定梁24交接处的另一侧焊接有镜阵固定支架卡具32。镜阵固定支架卡具32通过定位杆伸缩杆旋转螺栓31与定位杆伸缩杆旋转卡具30相连，使得镜阵固定支架卡具32可绕定位杆伸缩杆旋转螺栓31旋转。定位杆伸缩杆旋转卡具30焊接在定位杆伸缩杆28一头。定位杆固定螺栓27卡住定位杆固定螺栓27上某一定位杆伸缩杆固定孔29和定位杆套杆19上的固定孔。如图7所示。

采集当地的太阳轨迹数据并设置好电动机工作的开启时间、转速、转向等。

固定支座安装：预先给待修复土壤打孔，将热脱附桩体1插入土孔中，将桩帽护筒2和桩顶盖帽3焊接的整体套在热脱附桩体1外，且桩顶盖帽3置于土壤表面。热脱附桩体1上部外露一段长度。在桩帽护筒2侧面打入螺栓使得护筒和桩体不发生相对转动。

轨道系统安装：将轨道系统的垫脚连接杆固定套14套在热脱附桩体1露出部分的外面，置于桩顶盖帽3上方。将3个轨道垫脚底针40插入土中。

将旋转支座4和旋转支座卡具5组成的整体插入热脱附桩体1上部。固定支座和轨道系统安装固定完毕。

电动装置和车身装置组装：将电动装置固定在车身装置上，并且将传动皮带37套在变速轮内传动轮36和车身装置的主动轮传动轮38外且卡合。使得变速轮内传动轮36转动带动传动皮带37转动，继续带动主动轮传动轮38转动。

将焊接在定位杆套杆19一端的传力杆件系统的定位杆卡具18与车身装置的逐日车卡具16通过定位杆旋转杆17和螺栓相连，使得定位杆卡具18能绕定位杆旋转杆17转动。

将组装好的逐日车系统中的车身装置放在轨道下横梁上，两列轮卡在上横梁两侧。使得轮组可以沿着轨道移动。

逐日车系统组装安装完毕。

集热系统安装：将一片正反射镜22通过螺栓固定在正反射镜固定柱26上，两片侧反射镜23分别通过螺栓固定在2根侧反射镜固定柱25上。一方面，将集热系统中的镜阵底座7通过镜阵旋转螺栓6与固定支座中的旋转支座卡具5相连，使得镜阵底座7可绕镜阵旋转螺栓6转动。另一方面，选择定位杆伸缩杆28上合适的孔，与逐日车系统中的定位杆套杆19上的孔对齐，通过定位杆固定螺栓固定。

至此，槽式反射镜阵太阳能集热金属单桩装置安装完毕。

太阳升起后，槽式反射镜阵太阳能集热金属单桩装置开始工作。电动机按照预先设定的程序启动，转动，并最终带动逐日车沿轨道滚动，槽式反射镜阵竖向始终正对太阳。有三块反射镜组成的反射镜群将阳光反射至集热棒上，随着太阳高度的变化，阳光集中位置在集热棒上下移动，但不影响集热棒受热。集热棒依次将热量传递给镜阵底座、旋转支座卡具、旋转支座、热脱附桩体。受热桩体加热被污染土壤，土壤温度升高，低沸点有机物受热蒸发逸出，从而有效地将太阳能集中利用于加热土壤，使得被有机物污染土壤有效地得到修复。

参照图1~9，本领域的技术人员均能顺利实施。