RU2558665C1

RU2558665C1 - Sun tracking system

Info

Publication number: RU2558665C1
Application number: RU2014126291/06A
Authority: RU
Inventors: Евгений Александрович Оленев
Original assignee: Евгений Александрович Оленев
Priority date: 2014-06-27
Filing date: 2014-06-27
Publication date: 2015-08-10

Abstract

FIELD: energy engineering.

SUBSTANCE: sun tracking system comprises an angle transducer, a platform, a frame with the rod and electric motors cinematically connected to the frame and mounted with the ability to move the frame around its horizontal and vertical geometric axes. The system has at least two kinematic connections, one of which is made in the form of two worms with skew mutually perpendicular axes and the worm wheel which is rigidly fixed to the axis of one worm located on the platform and interacting with a toothed sector connected to the frame rod, and is connected to another worm which axis is aligned with the vertical axis of rotation of the frame and the platform.

EFFECT: simplified design, increased reliability and improved operational characteristics.

9 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам энергетики и может найти применение при конструировании и изготовлении установок, требующих слежение за солнцем.The invention relates to energy devices and can find application in the design and manufacture of installations requiring tracking the sun.

Прототипом является система слежения за солнцем фотоэнергоустановки, содержащая подсистему азимутального вращения и подсистему зенитального вращения, подсистема азимутального вращения выполнена в виде неподвижной стойки, по центру которой закреплен горизонтальный диск с рифленой поверхностью, являющийся ведомой шестерней первого редуктора, на торец стойки надета с возможностью вращения труба, на верхнем конце трубы закреплена горизонтальная ось, на которой с возможностью вращения установлена подсистема зенитального вращения, выполненная в виде пространственной рамы и прикрепленных снизу к раме двух вертикальных секторов с рифлеными круговыми торцовыми поверхностями, являющимися ведомыми шестернями второго редуктора, на нижнем конце трубы закреплен двуплечий рычаг, на котором установлены первый и второй приводы, вал первого привода соединен также с третьим редуктором, а вал второго привода соединен также с четвертым редуктором, на ведомых шестернях третьего и четвертого редукторов закреплены по два кулачка, разнесенных по окружностям и взаимодействующих с неподвижными концевыми выключателями, останавливающими вращение соответственно первого и второго приводов [Пат. РФ 2488046, МПК F24J 2/54, F16M 11/12, 2013].The prototype is a system for tracking the sun of a photovoltaic power plant containing an azimuthal rotation subsystem and a zenithal rotation subsystem, the azimuthal rotation subsystem is made in the form of a fixed rack, in the center of which a horizontal disk with a grooved surface is fixed, which is a driven gear of the first gearbox, a pipe is put on with the pipe end to rotate , a horizontal axis is fixed at the upper end of the pipe, on which the anti-aircraft rotation subsystem is mounted rotatably, flaxen in the form of a spatial frame and two vertical sectors attached to the bottom from the frame with grooved circular end surfaces that are driven gears of the second gearbox, a two-arm lever is mounted on the lower end of the pipe on which the first and second drives are mounted, the shaft of the first drive is also connected to the third gearbox, and the shaft of the second drive is also connected to the fourth gearbox, two cams are spaced on the driven gears of the third and fourth gears, spaced around the circles and interacting with odvizhnymi limit switches, stops the rotation of the first and second actuators [Pat. RF 2488046, IPC F24J 2/54, F16M 11/12, 2013].

Недостатками прототипа являются:The disadvantages of the prototype are:

- сложная конструкция системы;- complex system design;

- большое энергопотребление, обусловленное вращением платформы с большим количеством узлов, в частности с установленными на ней приводами;- high energy consumption due to the rotation of the platform with a large number of nodes, in particular with drives installed on it;

- сложность в эксплуатации, связанная с обслуживанием большого числа узлов.- the difficulty in operation associated with servicing a large number of nodes.

Задачей изобретения является упрощение конструкции, снижение энергопотребления, надежности и улучшение эксплуатационных характеристик.The objective of the invention is to simplify the design, reduce power consumption, reliability and improve performance.

Задача решается тем, что в системе слежения за солнцем, содержащей датчик угла поворота, платформу, раму с тягой и электрические двигатели, кинематически связанные с рамой и установленные с возможностью перемещать раму вокруг ее горизонтальной и вертикальной геометрических осей, она, по крайней мере, имеет две кинематические связи, одна из которых выполнена в виде двух червяков со скрещивающимися взаимно перпендикулярными осями и червячного колеса, которое жестко закреплено на оси одного червяка, размещенного на платформе и взаимодействующего с зубчатым сектором, соединенным с тягой рамы, и сопряжено с другим червяком, ось которого совмещена с вертикальной осью поворота рамы и платформы.The problem is solved in that in a sun tracking system containing a rotation angle sensor, a platform, a frame with traction and electric motors kinematically connected with the frame and installed with the ability to move the frame around its horizontal and vertical geometric axes, it at least has two kinematic connections, one of which is made in the form of two worms with intersecting mutually perpendicular axes and a worm wheel, which is rigidly fixed to the axis of one worm placed on the platform and interact uyuschego with a toothed sector connected to the frame rod, and is associated with another worm, the axis of which is aligned with the vertical pivot axis of the frame and platform.

Вторая кинематическая связь выполнена в виде червячной пары, колесом которой является платформа. Червячное колесо размещено в средней плоскости червяка, взаимодействующего с зубчатым сектором. Один червяк выполнен глобоидным. Червячная передача выполнена самотормозящейся. Червяк намагничен в радиальном направлении. Червяк, ось которого совмещена с вертикальной осью поворота рамы и платформы, выполнен в виде электрического контакта. Червяк, ось которого совмещена с вертикальной осью поворота рамы и платформы, выполнен пустотелым. Сердцевина червяка, ось которого совмещена с вертикальной осью поворота рамы и платформы, выполнена в виде световода.The second kinematic connection is made in the form of a worm pair, the wheel of which is the platform. The worm wheel is located in the middle plane of the worm interacting with the gear sector. One worm is made globoid. The worm gear is self-braking. The worm is magnetized in the radial direction. The worm, the axis of which is combined with the vertical axis of rotation of the frame and platform, is made in the form of an electrical contact. The worm, the axis of which is combined with the vertical axis of rotation of the frame and platform, is made hollow. The core of the worm, the axis of which is combined with the vertical axis of rotation of the frame and platform, is made in the form of a fiber.

Указанные отличительные признаки позволяют достичь следующих преимуществ по сравнению с прототипом.These distinctive features allow you to achieve the following advantages compared with the prototype.

Выполнение одной кинематической связи в виде двух червяков со скрещивающимися взаимно перпендикулярными осями и червячного колеса, которое жестко закреплено на оси одного червяка, размещенного на платформе и взаимодействующего с зубчатым сектором, соединенным с тягой рамы, и сопряжено с другим червяком, ось которого совмещена с вертикальной осью поворота рамы и платформы, позволяет размещать электродвигатель, управляющий поворотом рамы вокруг оси, вне платформы. Это снижает весогабаритные характеристики поворачивающихся частей, а также их момент инерции, что при частых пусках и остановках снижает энергопотребление, дает возможность применять менее мощный электродвигатель, улучшая тем самым эксплуатационные характеристики.Performing one kinematic connection in the form of two worms with intersecting mutually perpendicular axes and a worm wheel, which is rigidly fixed to the axis of one worm located on the platform and interacting with a gear sector connected to the frame rod and mating with another worm whose axis is aligned with the vertical the axis of rotation of the frame and platform, allows you to place an electric motor that controls the rotation of the frame around the axis, outside the platform. This reduces the weight and size characteristics of the rotating parts, as well as their moment of inertia, which with frequent starts and stops reduces energy consumption, makes it possible to use a less powerful electric motor, thereby improving performance.

Выполнение второй кинематической связи в виде червячной пары, колесом которой является платформа, уменьшает число деталей механизма, что снижает его весогабаритные характеристики, а также уменьшает энергопотребление. Выполнение червяка глобоидным и размещение червячного колеса в средней плоскости червяка, взаимодействующего с зубчатым сектором, уменьшает весогабаритные характеристики механизма. Выполнение червячной передачи самотормозящейся позволяет автоматически фиксировать раму в нужном положении после отключения электродвигателей, что упрощает конструкцию и улучшает эксплуатационные характеристики привода.The implementation of the second kinematic connection in the form of a worm pair, the wheel of which is the platform, reduces the number of parts of the mechanism, which reduces its weight and size characteristics, as well as reduces power consumption. Performing the worm globoid and placing the worm wheel in the middle plane of the worm interacting with the gear sector reduces the overall dimensions of the mechanism. Performing a self-braking worm gear allows you to automatically fix the frame in the right position after turning off the electric motors, which simplifies the design and improves the operating characteristics of the drive.

Намагничивание червяка в радиальном направлении позволяет использовать его в виде датчика угла поворота рамы, разместив при этом рядом с ним, например, геркон или датчик Холла. Это упрощает конструкцию и повышает ее надежность.Magnetizing the worm in the radial direction allows it to be used as a frame angle sensor, while placing, for example, a reed switch or a Hall sensor next to it. This simplifies the design and increases its reliability.

Выполнение червяка, ось которого совмещена с вертикальной осью поворота рамы и платформы, в виде электрического контакта дает возможность снимать генерируемое напряжение фотоэнергоустановкой, размещенной на поворачивающейся раме, без закручивания провода (кабеля). При этом второй провод идет по «массе». Это исключает перекручивание и возможный обрыв провода, что повышает надежность и улучшает эксплуатационные характеристики.The execution of the worm, the axis of which is aligned with the vertical axis of rotation of the frame and platform, in the form of an electrical contact makes it possible to remove the generated voltage by a photovoltaic installation located on a rotating frame without twisting the wire (cable). In this case, the second wire goes along the "mass". This eliminates twisting and possible wire breakage, which increases reliability and improves performance.

Выполнение червяка, ось которого совмещена с вертикальной осью поворота рамы и платформы, пустотелым позволяет отводить через него, например, нагретую воду, теплообменник с которой размещен на раме. Это улучшает эксплуатационные характеристики. Выполнение сердцевины червяка, ось которого совмещена с вертикальной осью поворота рамы и платформы, в виде световода позволяет транспортировать сконцентрированные солнечные лучи от системы к потребителю, что также улучшает эксплуатационные характеристики.The execution of the worm, the axis of which is aligned with the vertical axis of rotation of the frame and platform, hollow allows you to drain through it, for example, heated water, the heat exchanger with which is placed on the frame. This improves performance. The implementation of the core of the worm, the axis of which is aligned with the vertical axis of rotation of the frame and platform, in the form of a fiber allows the transport of concentrated sunlight from the system to the consumer, which also improves performance.

Изобретение поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.

На фиг. 1 изображена схема системы слежения за солнцем. На фиг. 2 изображен разрез Α-A системы. На фиг. 3 изображен разрез Б-Б системы. На фиг. 4 изображен вариант выполнения червяка.In FIG. 1 shows a diagram of a tracking system for the sun. In FIG. 2 shows a section of the Α-A system. In FIG. 3 shows a section of the BB system. In FIG. 4 shows an embodiment of a worm.

Система слежения за солнцем содержит платформу 1, закрепленную на червячном зубчатом колесе 2, установленном с возможностью поворота на втулке 3, неподвижно закрепленной на основании 4, и сопряженном с червяком 5, соединенным с первым электродвигателем (не показан) и вращающимся в опорах 6 основания. На осях 7, 8 платформы с возможностью поворота соответственно установлены связанные между собой тягой 9 пространственная рама 10 и зубчатый сектор 11, имеющий зубья 12, взаимодействующие с зубьями глобоидного червяка 13, который установлен в пазу 14 платформы 1 с возможностью осевого вращения и имеет жестко закрепленное на оси червячное колесо 15, сопряженное с червяком 16, вал 17 которого установлен во втулке 3 с возможностью вращения и соединен со вторым электродвигателем (не показан), закрепленным на основании 4. Червяк 16 может быть выполнен с изолирующей втулкой 18 и электрическим контактом 19, взаимодействующим с упругим проводником (лепестком) 20 фотоэнергоустановки (не показана), укрепленной на раме. Электрический контакт 19 может быть закреплен в червяке вместе с втулкой неподвижно или установлен с возможностью вращения в ней. В последнем случае он может быть закреплен неподвижно.The sun tracking system comprises a platform 1 mounted on a worm gear 2 mounted rotatably on a sleeve 3 fixedly mounted on a base 4 and mated to a worm 5 connected to a first electric motor (not shown) and rotating in the bearings 6 of the base. On the axes 7, 8 of the platform with the possibility of rotation, respectively, a spatial frame 10 and a gear sector 11 connected to each other by a thrust 9 are installed, having teeth 12 interacting with the teeth of the globoid worm 13, which is mounted in the groove 14 of the platform 1 with the possibility of axial rotation and is rigidly fixed on the axis of the worm wheel 15, coupled to the worm 16, the shaft 17 of which is rotatably mounted in the sleeve 3 and connected to a second electric motor (not shown) fixed to the base 4. The worm 16 can be made with an insulator the inducing sleeve 18 and the electrical contact 19, interacting with the elastic conductor (lobe) 20 of a photovoltaic installation (not shown), mounted on a frame. The electrical contact 19 can be fixed in the worm together with the sleeve motionless or installed with the possibility of rotation in it. In the latter case, it can be fixed motionless.

Работает система слежения за солнцем следующим образом.The sun tracking system works as follows.

Для поворота пространственной рамы 10 вокруг вертикальной оси включают первый электродвигатель, в результате чего червяк 5 начинает вращаться в опорах 6 и поворачивать на втулке 3 зубчатое колесо 2 вместе с платформой 1 (фиг. 1-3). При этом происходит также поворот в горизонтальной плоскости осей 7, 8 и глобоидного червяка 13 с червячным колесом 15, которое своими зубьями будет скользить по винтовой поверхности червяка 16. Так как угол поворота платформы 1 в процессе очередной коррекции своего положения небольшой, а передаточное отношение от червяка 16 до сектора 11, наоборот, большое, то колесо 15 будет практически стоять на месте при повороте платформы, тем более не будет перемещаться сектор 11 на горизонтальной оси 8. При достижении рамой нужного положения (азимута) выключают первый электродвигатель, обеспечивая за счет самоторможения червячной передачи ее фиксацию.To rotate the spatial frame 10 around the vertical axis, the first electric motor is turned on, as a result of which the worm 5 begins to rotate in the bearings 6 and rotate the gear 2 on the sleeve 3 together with the platform 1 (Fig. 1-3). In this case, there is also a horizontal rotation of the axes 7, 8 and the globoid worm 13 with the worm wheel 15, which with its teeth will slide on the helical surface of the worm 16. Since the rotation angle of the platform 1 during the next correction of its position is small, and the gear ratio is the worm 16 to sector 11, on the contrary, is large, then the wheel 15 will practically remain in place when the platform rotates, moreover, sector 11 will not move on the horizontal axis 8. When the frame reaches the desired position (azimuth) off the first electric motor, providing due to the self-braking of the worm gear its fixation.

Для поворота пространственной рамы 10 вокруг горизонтальной оси включают второй электродвигатель, благодаря чему начинают вращаться вал 17 с червяком 16, который посредством зубчатого колеса 15 и связанного с ним червяка 13 поворачивает зубчатый сектор 11 на оси 8. При этом за счет тяги 9 происходит поворот вокруг горизонтальной оси 7 пространственной рамы 10 до требуемого положения, после чего производят ее фиксирование путем выключения двигателя.To rotate the spatial frame 10 around the horizontal axis, a second electric motor is turned on, due to which the shaft 17 begins to rotate with the worm 16, which, by means of the gear wheel 15 and the worm 13 connected thereto, rotates the gear sector 11 on the axis 8. At the same time, the rotation around the horizontal axis 7 of the spatial frame 10 to the desired position, after which it is fixed by turning off the engine.

Заметим, что, так как первый и второй электродвигатели размещены на основании 4, то механизм системы слежения за солнцем получается максимально облегченным, что позволяет использовать электродвигатели малой мощности на перемещение пространственной рамы, настройку которой можно легко «запоминать» по количеству оборотов червяков.Note that, since the first and second electric motors are located on the base 4, the mechanism of the sun tracking system is as lightweight as possible, which allows the use of low-power electric motors to move the spatial frame, the setting of which can be easily "remembered" by the number of revolutions of the worms.

Для съема электроэнергии, генерируемой фотоэнергоустановкой, червяк 16 выполняют с электрическим контактом 19, при этом один провод подсоединяют к упругому лепестку 20, а в качестве второго проводника используют «массу» (фиг. 4).To remove the electricity generated by the photovoltaic installation, the worm 16 is made with an electrical contact 19, while one wire is connected to the elastic tab 20, and the mass is used as the second conductor (Fig. 4).

Внедрение изобретения позволит создать простую по конструкции, надежную и удобную в эксплуатации систему слежения за солнцем, которая потребляет мало энергии в процессе своей работы.The implementation of the invention will allow you to create a simple in design, reliable and easy to use system for tracking the sun, which consumes little energy in the process of its work.

Claims

1. The tracking system for the sun, containing a rotation angle sensor, a platform, a frame with traction and electric motors kinematically connected with the frame and installed with the ability to move the frame around its horizontal and vertical geometric axes, characterized in that the system at least has two kinematic connections, one of which is made in the form of two worms with intersecting mutually perpendicular axes and a worm wheel, which is rigidly fixed to the axis of one worm placed on the platform and interact working with a gear sector connected to the frame rod, and is interfaced with another worm, the axis of which is combined with the vertical axis of rotation of the frame and platform.

2. The system according to p. 1, characterized in that the second kinematic connection is made in the form of a worm pair, the wheel of which is the platform.

3. The system according to claim 1, characterized in that the worm wheel is located in the middle plane of the worm interacting with the gear sector.

4. The system according to p. 1, characterized in that one worm is made globoid.

5. The system according to claim 1, characterized in that the worm gear is self-braking.

6. The system according to claim 1, characterized in that the worm is magnetized in the radial direction.

7. The system according to p. 1, characterized in that the worm, the axis of which is aligned with the vertical axis of rotation of the frame and platform, is made in the form of an electrical contact.

8. The system according to claim 1, characterized in that the worm, the axis of which is aligned with the vertical axis of rotation of the frame and platform, is made hollow.

9. The system according to p. 1, characterized in that the core of the worm, the axis of which is aligned with the vertical axis of rotation of the frame and platform, is made in the form of a fiber.