一种冷却塔光伏板塔架增效装置的制作方法

本发明属于冷却塔技术领域，具体涉及一种冷却塔光伏板塔架增效装置。

背景技术：

冷却塔是一种为了释放火电厂废热的高效率设备，近些年逐渐朝着大功率化发展，呈现超高大化趋势。由于冷却塔塔筒是典型的薄壳结构，随着结构尺寸的不断增大，柔性薄壳塔筒的安全储备逐渐下降，作用在塔筒表面的风荷载也逐渐增大；为了提高冷却塔的结构稳定性，申请号为201620659993.8的中国专利公开了一种交叉桁架型式的钢结构冷却塔，该塔通过塔形采用双曲线型或直筒圆锥型，可以保证塔体受力均匀，调高结构稳定性高和抗风抗震性能，而且塔型曲率的适应性好，但是冷却塔超高大化趋势还会引起太阳直射下的内外壁温差所引起的温度荷载以及温度荷载进一步引发的冷却塔结构设计荷载增加的问题，这是上述交叉桁架型式的钢结构冷却塔所无法解决的。

太阳能发电作为新能源产业另一个发展方向，太阳能光伏发电系统是一种通过太阳能光伏板以及相关设备，利用太阳电池半导体材料的光伏效应,将太阳光辐射能直接转换为电能的一种新型发电系统。太阳能发电需要充足的日晒时间与较大受阳面积，因而光伏板系统的布置形式是太阳能发电效率的关系因素之一，其中地面光伏板阵列和屋顶光伏板阵列是两种比较常见的形式。此外，由于地球自转与公转，不同时间与地理经纬度的太阳入射角会发生变化，太阳能光伏发电系统的智能向阳姿态调整技术也是保证受阳效率的有效手段。

因此，将太阳能光伏发电系统应用于冷却塔上，使火电与光电优势巧妙结合，将提高光电效率、缓解光伏板发电占地资源大的缺点，同时避免太阳光直射塔筒表面，以减小冷却塔塔筒内外壁温差引起的温度荷载，进而直接减小冷却塔结构设计荷载。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种冷却塔光伏板塔架增效装置，该光伏板塔架增效装置通过在冷却塔塔筒外表面安装挂载桁架系统可增强冷却塔整体稳定性及减小冷却塔塔筒表面风压，通过将异形光伏板系统挂载在挂载桁架系统上，覆盖在冷却塔塔筒外表面，可遮挡太阳光直射塔筒表面，减小冷却塔塔筒内外壁温差，通过伺服导轨系统控制光伏板支架带动异形光伏板向阳姿态转换，可使异形光伏板时刻直面太阳直射，提高受阳效率。

为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：一种冷却塔光伏板塔架增效装置，包括挂载桁架系统、异形光伏板系统和伺服导轨系统，挂载桁架系统内嵌于冷却塔塔筒外表面，挂载桁架系统包括环向桁架和子午向桁架，环向桁架与子午向桁架相互纵横交错连接，异形光伏板系统包括异形光伏板和光伏板支架，异形光伏板通过光伏板支架挂载在挂载桁架系统上，覆盖在冷却塔塔筒外表面，伺服导轨系统包括导轨电机组件和伺服控制器，导轨电机组件和伺服控制器铺设于环向桁架上，其中，伺服控制器安装于冷却塔塔筒顶部环向桁架上，用于捕捉太阳入射方位角及驱动导轨电机组件的导轨电机通过光伏板支架带动异形光伏板向阳姿态转换。

进一步地，所述挂载桁架系统为钢筋混凝土加劲结构或型钢结构。

进一步地，所述环向桁架与子午向桁架相互纵横交错连接，所述环向桁架包括环向桁架内弦杆、环向桁架外弦杆和环向桁架腹杆，所述环向桁架内弦杆环向内嵌在冷却塔塔筒外表面，所述环向桁架外弦杆通过环向桁架腹杆水平焊接在环向桁架内弦杆外侧，左右相邻环向桁架腹杆首尾相连，所述子午向桁架包括子午向桁架内弦杆、子午向桁架外弦杆和子午向桁架腹杆，所述子午向桁架内弦杆子午向内嵌在冷却塔塔筒外表面，所述子午向桁架外弦杆通过子午向桁架腹杆纵向焊接在子午向桁架内弦杆外侧，上下相邻子午向桁架腹杆首尾相连，纵横交错处的环向桁架腹杆与子午向桁架腹杆通过第一空心圆管焊接相连，纵横交错处的子午向桁架外弦杆通过第二空心圆管焊接在环向桁架外弦杆内侧。

进一步地，所述导轨电机组件包括导轨电机、导轨梁和滑动支撑，所述导轨梁水平环向焊接在环向桁架外弦杆外侧，所述滑动支撑内扣在导轨梁上，所述导轨电机固定在滑动支撑内侧，所述导轨电机的输出轴上安装有滚轮，所述滚轮支撑在导轨梁上，由导轨电机的输出轴带动滚动，滚轮外侧导轨电机输出轴上还安装有输出轴支撑，所述导轨电机通过输出轴支撑进一步固定支撑在滑动支撑上，所述导轨电机的机身侧安装有第一信号接收器，所述光伏板支架固定在滑动支撑外侧，随滚轮沿导轨梁滑动。

所述导轨电机通过滑动支撑内扣在导轨梁上，可驱动滑动支撑沿导轨梁滑动。

进一步地，所述伺服控制器包括光学传感器和智能伺服控制器，所述光学传感器通过智能伺服控制器安装在冷却塔塔筒顶部的环向桁架上方，所述光学传感器捕捉太阳入射方位角并将数据传送至智能伺服控制器，智能伺服控制器产生并传递主动控制信号，第一信号接收器接收主动控制信号控制导轨电机启动。

进一步地，所述光学传感器的数量为四个，均布于冷却塔塔筒最上层环向桁架上方四个方向。

进一步地，所述光伏板支架采用型钢制成，所述异形光伏板由模数制的商业光伏板拼装而成，所述异形光伏板与光伏板支架的弧度与冷却塔塔筒相吻合。

进一步地，所述光伏板支架包括光伏板环向支架、光伏板子午向支架和光伏板旋转挂件，所述光伏板环向支架、光伏板子午向支架和光伏板旋转挂件焊接相连或通过螺栓固定连接，所述光伏板环向支架和光伏板子午向支架横纵交错连接，所述光伏板旋转挂件固定在相邻层光伏板环向支架之间的光伏板子午向支架中部，所述异形光伏板通过光伏板旋转挂件挂载在光伏板子午向支架上，并通过光伏板环向支架和导轨电机固定在滑动支撑上，随滑动支撑沿导轨梁绕冷却塔塔筒转动，光伏板支架覆盖冷却塔塔筒环向外侧面的1/3～1/2，以兼顾受阳面积与铺设费用。

进一步地，所述光伏板旋转挂件包括俯仰电机、固定环和锁紧圈，所述俯仰电机固定在相邻层光伏板环向支架之间的光伏板子午向支架中部，与智能伺服控制器通讯连接，俯仰电机的机身侧安装有第二信号接收器，智能伺服控制器根据光学传感器检测的光强信号产生并传递主动控制信号，第二信号接收器接收主动控制信号控制俯仰电机启动，所述固定环套接在俯仰电机输出轴上并通过锁紧圈锁紧，所述异形光伏板与固定环固定连接，随俯仰电机输出轴转动而作俯仰运动。

本发明具有以下有益效果：

1）挂载桁架系统的环向桁架沿冷却塔塔筒高度均匀分布，可约束住冷却塔薄壳的水平变形，而贯穿子午向的子午向桁架约束住冷却塔塔筒的整体倾覆变形，因而对于冷却塔具有刚性环和子午肋的作用，可显著提高冷却塔塔筒整体稳定性；

2）挂载桁架系统内嵌在冷却塔塔筒表面，可有效提高冷却塔塔筒表面粗糙度，从而使得流经冷却塔塔筒与边界分离漩涡的流速有所减小，进而有效减小冷却塔塔筒表面风压；

3）异形光伏板系统的异形光伏板通过光伏板支架挂载在挂载桁架系统上，覆盖在冷却塔塔筒外表面，能遮挡太阳光直射冷却塔塔筒表面，使塔筒表面温度与内壁温度相差无几，有效减小冷却塔塔筒内外壁温差引起的温度荷载，进而直接减小冷却塔结构设计荷载，提高结构设计安全储备；

4）相较于传统冷却塔，本发明通过将异形光伏板系统铺设在冷却塔塔筒表面，能有效利用冷却塔塔筒广阔的受阳面积，从而缓解光伏板发电占用土地资源大的缺点；伺服导轨系统根据检测的太阳入射角控制导轨电机驱动异形光伏板系统整体绕冷却塔塔筒转动及控制俯仰电机驱动异形光伏板作俯仰运动，使异形光伏板时刻直面太阳直射，可提高受阳效率，进而提高光电效率，充分利用太阳能资源，无污染，本发明将火电与光电优势巧妙结合，功能多样，资源利用率高，适合推广使用。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1的挂载桁架系统与伺服导轨系统连接示意图；

图3是图1的伺服导轨系统与环向桁架连接示意图；

图4是图1的导轨电机组件与挂载桁架系统连接示意图；

图5是图4的导轨电机组件结构示意图；

图6是图1的异形光伏板系统结构示意图；

图7是图5的光伏板旋转挂件结构示意图。

其中的附图标记为：环向桁架1、环向桁架内弦杆1-1、环向桁架外弦杆1-2、环向桁架腹杆1-3、子午向桁架2、子午向桁架内弦杆2-1、子午向桁架外弦杆2-2、子午向桁架腹杆2-3、异形光伏板3-1、光伏板支架3-2、光伏板环向支架3-21、光伏板子午向支架3-22、光伏板旋转挂件3-23、俯仰电机3-231、固定环3-232、锁紧圈3-233、第二信号接收器3-234、导轨电机组件4-1、导轨电机4-11、导轨梁4-12、滑动支撑4-13、滚轮4-14、输出轴支撑4-15、第一信号接收器4-16、伺服控制器4-2、光学传感器4-21、智能伺服控制器4-22。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。

实施例1

如图1-7所述的冷却塔光伏板塔架增效装置，安装于110m高的双曲线钢筋混凝土自然通风冷却塔上，底部支柱高20m，该冷却塔光伏板塔架增效装置包括挂载桁架系统、异形光伏板系统和伺服导轨系统，挂载桁架系统内嵌于冷却塔塔筒外表面，挂载桁架系统包括环向桁架1和子午向桁架2，环向桁架1与子午向桁架2相互纵横交错固接，冷却塔塔筒高度均匀分布的环向桁架1，约束住冷却塔薄壳的水平变形，而贯穿子午向的子午向桁架2约束住冷却塔塔筒的整体倾覆变形，因而对于冷却塔具有刚性环和子午肋的作用，可显著提高冷却塔塔筒整体稳定性，而挂载桁架系统内嵌在冷却塔塔筒表面，可有效提高冷却塔塔筒表面粗糙度，从而使得流经冷却塔塔筒与边界分离漩涡的流速有所减小，进而有效减小冷却塔塔筒表面风压，异形光伏板系统包括异形光伏板3-1和光伏板支架3-2，异形光伏板3-1通过光伏板支架3-2挂载在挂载桁架系统上，覆盖在冷却塔塔筒外表面，能遮挡太阳光直射冷却塔塔筒表面，使塔筒表面温度与内壁温度相差无几，有效减小冷却塔塔筒内外壁温差引起的温度荷载，进而直接减小冷却塔结构设计荷载，伺服导轨系统包括导轨电机组件4-1和伺服控制器4-2，导轨电机组件4-1和伺服控制器4-2铺设于环向桁架1上，导轨电机组件4-1包括导轨电机4-11、导轨梁4-12和滑动支撑4-13，导轨梁4-12水平环向焊接在环向桁架外弦杆1-2外侧，滑动支撑4-13内扣在导轨梁4-12上，导轨电机4-11固定在滑动支撑4-13内侧，导轨电机4-11的输出轴上安装有滚轮4-14，滚轮4-14支撑在导轨梁4-12上，由导轨电机4-11的输出轴带动滚动，滚轮4-14外侧导轨电机4-11输出轴上还安装有输出轴支撑4-15，导轨电机4-11通过输出轴支撑4-15进一步固定支撑在滑动支撑4-13上，导轨电机4-11的机身侧安装有第一信号接收器4-16，光伏板支架3-2固定在滑动支撑4-13外侧，随滚轮4-14沿导轨梁4-12滑动，伺服控制器4-2包括光学传感器4-21和智能伺服控制器4-22，四个光学传感器4-21通过智能伺服控制器4-22均布安装在冷却塔塔筒顶部的环向桁架1上方，光学传感器4-21捕捉太阳入射方位角并将数据传送至智能伺服控制器4-22，智能伺服控制器4-22产生并传递主动控制信号，第一信号接收器4-16接收主动控制信号控制导轨电机2-1启动，导轨电机2-1通过驱动滚轮4-14滚动而带动异形光伏板系统绕冷却塔塔筒转动。

实施例中，挂载桁架系统为钢筋混凝土加劲结构或型钢结构。

实施例中，光学传感器4-21采用ee-sx670-wr光电传感器，可检测光强信号并以电信号传递到智能伺服控制器4-22，智能伺服控制器4-22采用sinamicsv90伺服驱动器，其依靠光强差信号计算出具体太阳方位角差，再传递电机控制信号至导轨电机2-1，通过控制导轨电机2-1驱动滑动支撑4-13沿导轨梁4-12滑动，可带动异形光伏板系统绕冷却塔塔筒转动，导轨电机2-1采用zgx38ree行星齿轮减速机。

如图2所示，环向桁架1与子午向桁架2相互纵横交错连接，环向桁架1包括环向桁架内弦杆1-1、环向桁架外弦杆1-2和环向桁架腹杆1-3，环向桁架内弦杆1-1环向内嵌在冷却塔塔筒外表面，环向桁架外弦杆1-2通过环向桁架腹杆1-3水平焊接在环向桁架内弦杆1-1外侧，左右相邻环向桁架腹杆1-3首尾相连，子午向桁架2包括子午向桁架内弦杆2-1、子午向桁架外弦杆2-2和子午向桁架腹杆2-3，子午向桁架内弦杆2-1子午向内嵌在冷却塔塔筒外表面，子午向桁架外弦杆2-2通过子午向桁架腹杆2-3纵向焊接在子午向桁架内弦杆2-1外侧，上下相邻子午向桁架腹杆2-3首尾相连，纵横交错处的环向桁架腹杆1-3与子午向桁架腹杆2-3通过第一空心圆管（外径0.2m、内径0.15m）焊接相连，纵横交错处的子午向桁架外弦杆2-2通过第二空心圆管（外径0.4m、内径0.3m）焊接在环向桁架外弦杆1-2内侧。

实施例中，光伏板支架3-2采用型钢制成，异形光伏板3-1由模数制的商业光伏板拼装而成，异形光伏板3-1与光伏板支架3-2的弧度与冷却塔塔筒相吻合。

如图3和如图5所示，光伏板支架3-2包括光伏板环向支架3-21、光伏板子午向支架3-22和光伏板旋转挂件3-23，光伏板环向支架3-21、光伏板子午向支架3-22和光伏板旋转挂件3-23焊接相连或通过螺栓固定连接，光伏板环向支架3-21和光伏板子午向支架3-22横纵交错连接，光伏板旋转挂件3-23固定在相邻层光伏板环向支架3-21之间的光伏板子午向支架3-22中部，异形光伏板3-1通过光伏板旋转挂件3-23挂载在光伏板子午向支架3-22上，并通过光伏板环向支架3-21固定在滑动支撑4-13上，随滑动支撑4-13沿导轨梁4-12绕冷却塔塔筒转动，光伏板支架3-2覆盖冷却塔塔筒环向外侧面的1/2，可兼顾受阳面积与铺设费用。

如图6所示，光伏板旋转挂件3-23包括俯仰电机3-231、固定环3-232和锁紧圈3-233，俯仰电机3-231采用nmrv30减速机，固定在相邻层光伏板环向支架3-21之间的光伏板子午向支架3-22中部，与智能伺服控制器4-22通讯连接，俯仰电机3-231的机身侧安装有第二信号接收器3-234，智能伺服控制器4-22根据光学传感器4-21检测的光强信号产生并传递主动控制信号，第二信号接收器3-234接收主动控制信号控制俯仰电机3-231启动，固定环3-232套接在俯仰电机3-231输出轴上并通过锁紧圈3-233锁紧，异形光伏板3-1与固定环3-232固定连接，随俯仰电机3-231输出轴转动而作俯仰运动，从而异形光伏板系统通过光伏板旋转挂件3-23作俯仰运动同时通过导轨电机组件4-1作绕冷却塔塔筒整体转动而使异形光伏板3-1时刻直面太阳直射，提高受阳效率，进而提高光电效率，异形光伏板系统设置在冷却塔塔筒外侧壁，既可缓解光伏板发电占用土地资源大的缺点，又可为冷却塔塔壁有效遮光，以减小冷却塔塔筒内外壁温差引起的温度荷载，火电与光电优势巧妙结合，多能多样，安全可靠。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于，转换光伏板支架3-2覆盖冷却塔塔筒环向的1/3。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。