гидромеханическое устройство для поворота гелиопоглощающей системы

Формула изобретения

1. Гидромеханическое устройство для поворота гелиопоглощающей системы, содержащее грузовое приспособление, поворотный узел для поворота гелиопоглощающей системы за Солнцем и трос, прикрепленный своими концами к грузовому приспособлению и проходящий через шкив поворотного узла, отличающееся тем, что грузовое приспособление выполнено в виде двух одинаковых грузов, каждый из которых погружен в емкость, частично заполняемую жидкостью на время работы устройства, концы троса укреплены на грузах, длина троса, грузы и жидкость подобраны так, что грузы во время работы устройства не полностью погружены в жидкость, а масса грузов превышает массу вытесняемой ими жидкости, емкости установлены на разных уровнях, гидравлически связаны друг с другом с возможностью регулирования скорости перетекания жидкости из одной емкости в другую и выполнены с условием соблюдения равного изменения уровня жидкости в обеих емкостях при перетекании жидкости.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что верхняя емкость выполнена в виде расширяющегося вверх сосуда, поперечное сечение которого S увеличивается с высотой l, как S ~ 2l, a а нижняя емкость выполнена в виде сосуда, расширяющегося книзу по такому же закону.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что, с целью упрощения изготовления и эксплуатации устройства и обеспечения равномерности поворота, достаточной для эффективной фокусировки солнечных лучей, емкости выполнены в виде цилиндров, а высота расположения верхней емкости относительно нижней увеличена по сравнению с расположением расширяющихся емкостей.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что, с целью его использования для поворота двух гелиопоглощающих систем, в поворотный узел включен второй шкив, трос проходит через оба шкива и шкивы соединены между собой приводным ремнем.

5. Устройство по пп.1 4, отличающееся тем, что, с целью его использования для поворота нескольких гелиопоглощающих систем, поворотный узел включает дополнительные шкивы, соединенные приводными ремнями между собой и со шкивами, через которые проходит трос.

6. Устройство по пп.1, 4 и 5, отличающееся тем, что, с целью исключения проворачивания шкивов относительно троса и приводных ремней при импульсных ветровых нагрузках на гелиопоглощающие системы и обеспечения их демпфирования, приводные ремни и трос зафиксированы на ободах шкивов в точках, оказывающихся в полдень на прямой линии, соединяющей оси шкивов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам для поворота преобразователей солнечной энергии.

Известен механизм слежения солнечного коллектора, обеспечивающий изменение положения шарнирно закрепленной солнечной панели в соответствии с изменением положения Солнца. Он содержит электродвигатель с устройством для его включения и выключения. Механизм оборудован также программатором, генерирующим последовательные временные сигналы. От программатора сигналы поступают к пускателю, периодически включающему и выключающему электродвигатель [1]

Однако данный механизм слежения работает с необходимой точностью не всегда, и он не всегда применим, так как в нем задействована электрическая схема с программирующим устройством.

Наиболее близким аналогом (прототипом) является устройство для поворота гелиопоглощающей системы [2] Оно содержит трос, связанный с гелиопоглощающей системой путем его оборачивания вокруг шкива, сидящего на оси системы, а также грузовое приспособление, включающее ведро, подвешенное к прикрепленному к нему концу троса, и пружину, один конец которой зафиксирован, а к другому прикреплен трос. Ведро постепенно опускается под воздействием воды, равномерно переливаемой в него из бака, и тянет трос, который, в свою очередь, поворачивает гелиопоглощающую систему.

Данное устройство работает без специального технического оснащения (электроаппаратуры и вычислительной техники).

Однако при растяжении пружины увеличивается усилие, необходимое для ее удлинения на единицу длины. В результате при равномерном поступлении воды в ведро и, следовательно, при равномерном увеличении растягивающего усилия, скорость растягивания пружины, а значит, и скорость поворота гелиосистемы будут уменьшаться. Поэтому известное устройство нельзя использовать для поворота двух или более гелиопоглощающих систем.

Наряду с этим, из-за того, что усилие, необходимое для растяжения пружины и поворота системы, будет неодинаковым на разных фазах поворота, различным будет и влияние, оказываемое на вращение моментом сопротивления системы (например, из-за трения в узлах вращения недостатков балансировки и т.п.). Это влияние, а следовательно, и возможные отклонения от равномерности поворота будут большими в начале цикла.

Кроме того, поскольку натяжение троса в начале цикла определяется лишь весом пустого ведра в начале цикла и является очень слабым, возможно проскальзывание троса относительно шкива. По этой же причине неудовлетворительно обеспечивается демпфирование случайных поворотов гелиопоглощающей системы в связи с изменяющимися ветровыми нагрузками. Порыв ветра может необратимо изменить положение гелиопоглощающей системы относительно солнца.

Технический результат изобретения заключается в реализации равномерного поворота гелиопоглощающей системы и обеспечении ее эффективного демпфирования в условиях работы при ветровых нагрузках на протяжении всего цикла поворота, а также в обеспечении возможности поворота с помощью гидромеханического устройства одной или нескольких гелиопоглощающих систем.

Сопоставительный анализ с наиболее близким аналогом показывает, что заявляемое устройство отличается от него особым выполнением грузового приспособления гидромеханического устройства. Так, оно выполнено в виде двух одинаковых грузов с тросом, каждый из грузов погружен в емкость, частично заполняемую жидкостью на время работы устройства, концы троса укреплены на грузах; длина троса, грузы и жидкость подобраны так, что грузы не полностью погружены в жидкость; вес грузов превышает вес вытесняемой ими жидкости; емкости установлены на разных уровнях, гидравлически связаны друг с другом с возможностью регулирования скорости перетекания жидкости из одной емкости в другую, и выполнены с условием соблюдения равного изменения уровня жидкости в обеих емкостях при протекании жидкости.

Кроме того, с целью достижения равномерного поворота, верхняя емкость грузового приспособления выполнена в виде расширяющегося вверх сосуда, поперечное сечение которого S увеличивается с высотой l, как S2 l, а нижняя емкость выполнена в виде сосуда, расширяющегося книзу по такому же закону.

С целью упрощения изготовления и эксплуатации устройства и обеспечения равномерности поворота, достаточной для эффективной фокусировки солнечных лучей, емкости выполнены в виде цилиндров, а высота расположения верхней емкости относительно нижней увеличена по сравнению с расположением расширяющихся емкостей.

Кроме того, с целью использования гидромеханического устройства для поворота двух гелиопоглощающих систем и исключения нарушения их ориентации относительно друг друга при резких порывах ветра, в поворотный узел включен второй шкив и через него также пропущен трос, а шкивы соединены между собой приводным ремнем.

С целью использования гидромеханического устройства для поворота нескольких гелиопоглощающих систем поворотный узел включает дополнительные шкивы, соединенные приводными ремнями друг с другом и с одним или двумя шкивами, приводимыми в движение тросом гидромеханического устройства.

Кроме этого, приводные ремни и трос могут быть зафиксированы на ободах шкивов в точках, оказывающихся в полдень на прямой линии, соединяющей оси шкивов. Это позволяет исключить проворачивание шкивов относительно троса при резких усилениях ветровой нагрузки на систему. Фиксация не будет препятствовать работе поворотного узла, поскольку в течение светового дня гелиопоглощающая система поворачивается не более чем на 70^o относительно среднего положения.

На фиг.1 показано гидромеханическое устройство для поворота гелиопоглощающей системы; на фиг.2 вариант того же устройствf для поворота двух гелиопоглощающих систем; на фиг.3 вариант того же устройства для поворота нескольких гелиопоглощающих систем.

Гидромеханическое устройство для поворота одной гелиопоглощающей системы (фиг.1) содержит трос 1, перекинутый через блоки 2 и шкив 3 поворотного узла 4, связанного с солнечным коллектором 5 гелиопоглощающей системой.

Грузовое приспособление состоит из двух одинаковых грузов, представляющих собой емкости 6, залитые водой, а также другие емкости 7, в которые погружены емкости 6 во время работы устройства. Емкости 7 также заполнены водой и снабжены переливом 8 с запорно-регулирующим приспособлением 9, присоединяемым к емкостям 7 штуцерами 10. Устройство установлено на раме 11. Гелиопоглощающая система 5 крепится на раме 11 с помощью подшипниковых узлов 12.

Гидромеханическое устройство для поворота двух гелиопоглощающих систем (фиг. 2) дополнительно содержит второй шкив 3, через который также проходит трос 1 и приводной ремень 13, которым соединены оба шкива 3. В местах пересечения троса 1 и приводного ремня 13 с прямой, соединяющей оси шкивов, трос 1 и приводной ремень 13 зафиксированы на шкивах с помощью фиксатора 14.

Гидромеханическое устройство для поворота нескольких гелиопоглощающих систем (фиг.3) содержит те же элементы конструкции.

Устройство работает следующим образом.

В начале светового дня приводят в рабочее состояние грузовое приспособление. Заливают воду в емкость 6, а затем наполняют водой емкости 7 так, чтобы при ориентировании модулей на солнце, емкости 6 были на половину высоты погружены в воду. Затем открывают запорно-регулирующее приспособление 9, и вода по переливу 8 начинает поступать из верхней емкости 7 в нижнюю. Соответственно верхний и нижний грузы перемещаются и перетягивают трос, приводящий в движение поворотный узел 4. Приспособление 9 регулируют так, чтобы скорость поворота гелиопоглощающей системы соответствовала скорости движения солнца. К концу светового дня опускающийся уровень воды в верхней емкости 7 достигнет уровня сливного штуцера 10 и переливание воды прекратится.

Для запуска в работу гидромеханического устройства на следующий день сливают из нижней емкости 7 воду, перетекшую в нее за предыдущий день, и такое же количество воды доливают в верхнюю емкость 7. Вместо этого можно перелить из нижней емкости 7 воду, перетекшую в нее за предыдущий день, в верхнюю емкость. Во время этой процедуры грузы 6 перемещаются, и гелиопоглощающая система поворачивается с запада на восток. Перелив воды заканчивают тогда, когда гелиопоглощающая система оказывается сориентированной на солнце. Поскольку на время ориентировки на солнце запорно-регулирующее приспособление не перекрывают, устройство начинает работать сразу по окончании перелива воды. Ориентирование по солнцу и запуск системы в работу можно производить в любое время дня.

Скорость уменьшения разницы уровней воды в емкости 7 остается постоянной в течение всего рабочего цикла. Это достигается тем, что уменьшение скорости перелива, вызванное уменьшением перепада высот в течение цикла, компенсируют специальной формой емкостей 7.

Кроме того, постоянная скорость уменьшения разности уровней в емкостях 7 обеспечивает неизменный во времени вращательный момент на поворотный узел. Оба этих обстоятельства приводят к тому, что скорость поворота гелиопоглощающей системы остается постоянной в течение всего рабочего цикла. При выборе емкостей 7 с постоянным по высоте сечением расстояние между верхней и нижней емкостями 7 выбирают таким, чтобы уменьшение скорости перелива воды из-за постепенного уменьшения разности уровней воды в емкостях 7 давало бы в течение дня отклонение в ориентации не больше, чем отклонение, допускаемое конструкцией гелиопоглощающей установки.

Положение емкостей 6 относительно поверхности воды в емкостях 7 в течение всего цикла поворота остается неизменным, и поэтому сила натяжения троса также не меняется. При внезапных поворотах гелиосистемы из-за порывов ветра один из грузов 6 поднимается относительно поверхности воды в емкости 7, а другой опускается. Возникает сила, стремящаяся вернуть грузы, а с ними и гелиосистему в прежнее положение. Демпфирующая сила будет расти пропорционально отклонению от равновесного состояния. Величина этой силы при отклонении системы на один градус зависит от поперечного сечения емкости 6. Их выбирают в зависимости от местных ветровых условий и допустимых отклонений в ориентировании на солнце. Величина демпфирующей силы, возникающей при определенном отклонении системы от равновесия, будет одинаковой в течение всего цикла поворота.

Таким образом, описываемое гидромеханическое устройство позволяет реализовать равномерный поворот одной или нескольких гелиопоглощающих систем и обеспечить ее эффективное демпфирование при ветровых нагрузках на протяжении всего цикла поворота.