一種光熱槽式扭矩管工裝的研制

葛天寶

(蘭州蘭石石油裝備工程股份有限公司，甘肅 蘭州730314)

面對當今社會，可利用的再生能源相對日益漸少，并低效率的開發和利用資源，造成了環境的嚴重污染，是我國經濟可持續發展的重要制約因素之一。伴隨著全球石油價格持續低迷，此能源又不可再生。太陽能光熱發電作為安全、可靠、干凈的再生新能源，是太陽能利用的新技術。與碟式、塔式、太陽煙囪等太陽能光熱發電技術相比，槽式太陽能熱發電技術是目前商業化模式的太陽能熱發電技術[1]。

太陽能熱發電是通過對太陽光聚焦，從而獲得幾十倍，甚至幾百倍的太陽輻射能量，再通過熱功轉換，從而帶動發電機發電。對于槽式熱發電站，聚光集熱系統是以線聚焦的形式代替點聚焦，而聚光的關鍵在于聚光器技術。槽式太陽能聚光系統是由多個太陽能集熱器組合組成，而每個太陽能集熱器組合又由若干個太陽能集熱器單元構成。太陽能集熱器組合包括聚光器，集熱管和跟蹤系統[2]。

利用太陽能熱發電屬于國家提倡的低能耗、低排放、清潔、無污染、廉價的新能源，開發前景十分廣闊，開發技術逐漸形成。本年初，槽式太陽能熱發電系統的成套設備的制造核心技術，是由北京中航通用公司與中科院工程熱物理研究所、華北電力大學三家合作研發而成，從而實現曲面聚光鏡從技術到生產的完全自主性、國產化。

為了快速準確的批量加工槽式扭矩管，適應于這種光熱發電集熱器扭矩管結構焊接及校正的工裝設計應用而生，此機構包括底座、活動彎板、法蘭調整塊、定位銷及調整螺釘等零件，相鄰兩個扭矩管組片的對接側邊上均設置有立筋，相互對接的立筋通過螺栓連接固定，讓若干個扭矩管組片整體拼接成扭矩管。光熱發電集熱器扭矩管整體結構簡單，采用整體拉伸式工藝成型結構，采用螺栓連接的固定方式，保證了槽式光熱發電集熱器的安裝聚焦精度的要求。

我國在70 年代末便開始了太陽能熱發電技術的研究開發工作，但工藝、材料及相關技術未能得到相應的解決，再加上研發費用不足，熱發電項目先后取締。而在“十五”期間“ 863”項目中對“分布式發電系統”進行了立項研究，進而開啟了我國太陽能高溫熱利用和發電的歷史。通過“十五”期間“863”、“ 973”等項目的成立，以及國家自然科學重大基金項目的大力支持，我國在太陽能領域的研究，尤其是關鍵技術取得了的成果和成效。“十五”期間，中國科學院電工研究所、皇明太陽能集團與工程熱熱物理研究所聯合成功研制了采光口寬度開口為2.5 m、長12m 的槽式聚光器，并具備所有的自主知識產權[3]。

扭矩管和懸臂的焊接采用新工藝，使用整體工裝鉚焊成型，嚴格控制焊接加工工藝，使鉚裝成型后的焊接底座和法蘭板的直線度控制在±3mm 的范圍內，加工時試驗多種裝夾、刀具及加工方式，實驗結果最終采用大型工裝實現所有加工面豎向的一次裝夾，所有同心孔由16 米的數控龍門銑床一次而成，使加工后的線性公差控制在±0.1mm，連接座的平行度公差控制在±0.5mm，懸臂的所有孔及面一次加工而成，扭矩管與工裝加裝孔應嚴格保證同心[4]。且保證了在強度不高的部件在松開卡具后的使用過程中也能基本達到加工時的精度，最終得以確保聚光角度和光能利用率，整個工藝要求較高，制造工期長，難度較大，經反復論證試驗，此工裝適合于光電槽式扭矩管。

圖1

這種新型光熱發電集熱器扭矩管焊接及校正的工裝，扭矩管兩對側的立筋坐落在工裝的立筋上，上下距離通過法蘭調整塊進行調整；扭矩管兩端的法蘭通過工裝兩端的活動彎板保證垂直度。保證了光熱發電集熱器扭矩管若干個立筋的平面度及共面性，工裝的兩端的活動彎板保證了扭矩管本體法蘭的垂直度。

伴隨著科學電子信息產業技術的發展和研究，太陽能熱發電的控制系統也隨之改進和升級。傳統的PLC 控制方案價格過高，因此新的專用控制芯片也將逐步被開發出來。傾角儀精度的不斷提高和價格的持續下降，使得傾角儀可在聚光器上廣泛使用，作為控制系統的反饋傳感器，增加了控制精度和時間精度。此外，DCS 技術也逐步被廣泛用于槽式鏡場的控制系統中[5]。

結論

隨著槽式太陽能熱發商業應用的快速發展和其在發電領域所具有的優勢和前景, 對其進行熱性能仿真和提高集熱管效率也迫在眉睫[6]。這種扭矩管工裝結構合理，加工精度高，此工裝為扭矩管起到了安裝、校正以及運輸等三個作用，保證了扭矩管成品的準確性與完美度。相信在不遠的未來，隨著科學技術的發展和人民對太陽熱能的應用的開發，會有越來越先進的聚光器技術的出現。

未來清潔能源及可再生能源是未來能源發展的方向，而目前國內太陽能熱發電產業處于起步階段，尚未形成產業規模，工程造價較高，技術裝備制造能力弱，缺乏系統集成及運行技術。若能以槽式太陽能熱發電技術為基礎，綜合當前熱門的槽式、塔式等熱發電技術，以高精度保證高聚光率為基本要求，著力發展熱發電基礎技術裝備，進而全面發展光熱發電裝備行業，成為引領國內光熱設備制造的龍頭企業，則其前景廣闊，大有可為。