一种塔式太阳能吸热器的试验装置制造方法及图纸

一种塔式太阳能吸热器的试验装置，其超大功率感应电源通过多芯铜电缆与吸热器连接。太阳能吸热器固定在超高精度工件台的台面上；超高精度工件台焊接在耐高温丝杠导轨上，耐高温丝杠导轨固定在基础平台上，基础平台固定在地面上。所述的试验装置的外部包裹隔热材料。箱体内部布置有高温区和低温区。2台脉宽调制直流风机分别固定在高温区和低温区底部的风道上；2个热电偶分别插入高温区和低温区的顶部；制冷元件固定在低温区的顶部。高温区和低温区之间布置有导槽，活动门插入该导槽内，分隔高温区和低温区。超大功率感应电源包括整流电路、滤波电路、逆变电路和保护控制电路。本发明专利技术试验装置可进行塔式太阳能吸热器的高温工况和低温工况试验。

A Test Device for Tower Solar Energy Absorber

【技术实现步骤摘要】
一种塔式太阳能吸热器的试验装置
本专利技术涉及一种塔式太阳能吸热器的试验装置。
技术介绍
塔式太能热发电系统利用定日镜群将太阳光集中在吸热器上，通过能量转化将热量传递给热传导工质，由蒸汽发生器产生500～700℃过热蒸汽，过热蒸汽推动蒸汽轮机转动从而带动发电机转动产生电能发电，电压等级为10.5千伏，频率为50赫兹。塔式太阳能热发电系统有聚光比高、运行温度高、热转换效率高等优点。塔式太阳能热发电系统利用独立跟踪太阳的定日镜群，将阳光聚集到固定在塔顶部的太阳能吸热器产生高温，加热工质产生过热蒸汽，驱动汽轮发电机组发电。塔式太能热发电系统主要由定日镜系统、吸热器与热能传递系统、发电系统三部分组成。塔式太阳能吸热器是热发电站的核心部件，吸热器将定日镜场反射的光转换成热能。吸热器由几十根吸热管道组成，安装在几十米高的吸热塔的上部。白天聚光时吸热器的工作温度可达1000℃，夜晚需要耐受室外的最低温度是-50℃。由于运行前后温差比较大，会引起吸热管在水平和竖直方向较大的膨胀变形。为使吸热器在剧烈的温度变化下工作可靠，吸热器的制造材料不会产生裂纹发生泄漏，为此需要一种检测塔式太阳能吸热器的试验装置，用于试验吸热器在高温和低温环境条件下热应力的变化。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种塔式太阳能吸热器试验装置。本专利技术设置了两个独立的温度区域：高温区域和低温区域，可实现对塔式太阳能吸热器的高温区域和低温区域的温度测量。本专利技术塔式太阳能吸热器试验装置外部包裹隔热材料保温。本专利技术包括超大功率感应电源、太阳能吸热器、制冷元件、超高精度工件台、耐高温高精度丝杠导轨、基础平台、2台脉宽调制直流风机、2个热电偶，以及活动门。超大功率感应电源通过螺栓固定在塔式太阳能吸热器试验装置靠近高温区的顶部，为加热吸热器供电。超大功率感应电源的两个输出端通过多芯铜电缆与吸热器连接，用铜螺钉固定，以减小接触电阻避免铜排与电缆的连接处氧化。超大功率感应电源的功率为1000Kw。太阳能吸热器固定在超高精度工件台的台面上。超高精度工件台焊接在丝杠导轨上，耐高温丝杠导轨固定在基础平台上，基础平台固定在地面上。本专利技术试验装置是一个长方形箱体，箱体内部水平方向左右布置有高温区和低温区，高温区和低温区的体积相同。2台脉宽调制直流风机分别固定在高温区和低温区底部的风道上。2个热电偶分别插入高温区和低温区的顶部。制冷元件固定在低温区的顶部。高温区和低温区之间布置有导槽，活动门插入该导槽内，分隔高温区和低温区。所述的超大功率感应电源包括整流电路、滤波电路、逆变电路和保护控制电路。整流电路采用三相桥式全控整流电路，整流电路的输入端连接来自电网的三相电源，整流电路的输出端和滤波电路输入端连接，滤波电路的输出端和逆变电路的输入端连接，控制和保护电路的输出端分别和整流电路及逆变电路输入端连接。所述的三相桥式整流电路由两组半波整流电路串联组成，输出电压是三相半波的两倍。开机时调节可控硅的导通角逐渐变大实现软启动，限制冲击电流不超过电源满载时的额定电流。整流电路输出的脉动直流经过滤波处理，减小脉冲的直流电压中的交流成分，保留其直流成分，使其输出的电压波形变得比较平滑。滤波电路由低频电容C1和高频率波电容C2并联组成，通过低频电容C1过滤掉低频干扰，通过高频率波电容C2过滤掉高频干扰。逆变电路为由IGBT功率器件组成的高频逆变电源。逆变电路是由两个半桥组成电压型全桥逆变电路，两个对侧的桥臂为一对，成对的两个桥臂导通，两对桥臂交替各导通180°，输出电压波形是矩形波。三相交流电有ABC三相输出、输入线，其中C相装有交流互感器，交流互感器输出一个同步信号到控制和保护电路，滤波电路输出一个同步信号到控制和保护电路，逆变电路输出一个同步信号到控制和保护电路，控制和保护电路根据上述信号来控制逆变电路的输出。逆变电路的输出端和太阳能吸热器输入端相连接。控制和保护电路是由运放电路组成的跟随器。控制和保护电路对逆变电路IGBT功率器件中电流过大进行保护，当电源输出端短路时，电流在IGBT管中急剧上升时，给IGBT提供一个快速保护；当流经IGBT管的电流不过大时，控制和保护电路输出为低电平，IGBT的驱动信号正常工作；当IGBT电流过大时，控制和保护电路输出为低电平，IGBT的驱动信号被封锁，从而关断IGBT。控制和保护电路中的运放电路输入端连接有一个电位器，以电位器的电压为运放电路的基准值，以此基准值调整IGBT电流保护值的大小。IGBT采用的是富士公司的EXB系列的EXB841集成化驱动模块。EXB841最大运行频率为40kHz，采用具有高隔离电压的光耦合器作为信号隔离，能用于交流380V的动力设备上。所述的大功率感应电源的输出端和太阳能吸热器输入端通过200平方毫米的多芯铜电缆连接。第一脉宽调制直流风机固定在高温区的风道上，第二脉宽调制直流风机固定在低温区的风道上，第一热电偶固定在高温区的顶部，第二热电偶固定在低温区的顶部。制冷元件固定在低温区的顶部。高温区和低温区之间的导槽内装有活动门，活动门可以向上拔出。试验用的太阳能吸热器按照比列1:20制作,采用高强度抗氧化的碳钢制成，通过超大功率感应电源加热到1200℃,可以模拟太阳能吸热器正常工作下的实际工况。第一热电偶焊接在在高温区的顶部，通过第一热电偶提供的温度数据来控制变频器的输出，变频器控制第一风机的转速，第一脉宽调制直流风机的转动使得空气在本专利技术试验装置的高温区内流动，使得高温区内的温度保持在1200℃。塔式太阳能吸热器的高温工况试验完毕，降温后进行低温工况的试验。低温工况试验时，首先打开活动门，通过工件台的移动把太阳能吸热器从高温区域移动到低温区域，然后关闭活动门。低温区域使用的液氮制冷，制冷元件焊接在低温区的顶部，通过向制冷元件内注入液氮产生低温环境。通过第二热电偶提供的温度数据来控制变频器的输出，变频器控制第二风机的转速来控制温度，使得低温区温度达到-50℃。塔式太阳能吸热器经过高温热应力和低温应力试验，可以考验吸热器材料本身的不均匀性、焊接工艺过程中工艺缺陷以及不同材料暴露本身的缺陷，为吸热器设计提供参考。附图说明图1为本专利技术塔式太阳能吸热器试验装置结构框图；图2为超大功率感应电源原理框图；图3为超大功率感应电源电路图。具体实施方式如图1所示，本专利技术试验装置包括超大功率感应电源、太阳能吸热器、制冷元件、超高精度工件台、耐高温高精度丝杠导轨、基础平台、2台宽调制直流风机、2个热电偶，以及活动门。超大功率感应电源通过螺栓固定在塔式太阳能吸热器试验装置靠近高温区的顶部，超大功率感应电源的输出端与吸热器连接，通过感应加热使吸热器处在交变磁场中，吸热器内部产生涡流引发热效应，在极短的时间内吸热器产生大量的热能，以此为吸热器进行加热。太阳能吸热器固定在超高精度工件台上，超高精度工件台焊接在耐高温丝杠导轨上，耐高温丝杠导轨固定在基础平台上，基础平台固定在地面上。试验装置为长方形的箱体，内部分为高温区和低温区，高温区和低温区的体积相同。高温区和低温区的底部布置有风道，2台宽调制直流风机分别固定在高温区和低温区底部的风道上。2个热电偶分别安装在高温区和低温区的顶部，活动门插入高温区和低温区中间的导槽内。所述的太阳能吸热器放置在超高精度工件本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种塔式太阳能吸热器的试验装置，其特征在于，所述的试验装置包括超大功率感应电源、太阳能吸热器、制冷元件、超高精度工件台、耐高温的高精度丝杠导轨、基础平台、2台脉宽调制直流风机、2个热电偶、以及活动门；超大功率感应电源固定在塔式太阳能吸热器试验装置靠近高温区的顶部，为加热吸热器供电；超大功率感应电源的两个输出端通过多芯铜电缆与吸热器连接；太阳能吸热器固定在超高精度工件台的台面上；超高精度工件台焊接在耐高温的丝杠导轨上，耐高温的丝杠导轨固定在基础平台上，基础平台固定在地面上；所述的塔式太阳能吸热器试验装置是一个长方形箱体，箱体外部包裹隔热材料，箱体内部水平方向左右布置有高温区和低温区，高温区和低温区的体积相同，2脉宽调制直流台风机分别固定在高温区和低温区底部的风道上；2个热电偶分别插入高温区和低温区的顶部；制冷元件固定在低温区的顶部；高温区和低温区之间布置有导槽，活动门插入该导槽内，分隔高温区和低温区。

【技术特征摘要】
1.一种塔式太阳能吸热器的试验装置，其特征在于，所述的试验装置包括超大功率感应电源、太阳能吸热器、制冷元件、超高精度工件台、耐高温的高精度丝杠导轨、基础平台、2台脉宽调制直流风机、2个热电偶、以及活动门；超大功率感应电源固定在塔式太阳能吸热器试验装置靠近高温区的顶部，为加热吸热器供电；超大功率感应电源的两个输出端通过多芯铜电缆与吸热器连接；太阳能吸热器固定在超高精度工件台的台面上；超高精度工件台焊接在耐高温的丝杠导轨上，耐高温的丝杠导轨固定在基础平台上，基础平台固定在地面上；所述的塔式太阳能吸热器试验装置是一个长方形箱体，箱体外部包裹隔热材料，箱体内部水平方向左右布置有高温区和低温区，高温区和低温区的体积相同，2脉宽调制直流台风机分别固定在高温区和低温区底部的风道上；2个热电偶分别插入高温区和低温区的顶部；制冷元件固定在低温区的顶部；高温区和低温区之间布置有导槽，活动门插入该导槽内，分隔高温区和低温区。2.按照权利要求1所述的塔式太阳能吸热器的试验装置，其特征在于，所述的超大功率感应电源包括整流电路、滤波电路、逆变电路和保护控制电路；整流电路采用三相桥式全控整流电路，整流电路的输入端连接来自电网的三相电源，整流电路的输出端和滤波电路输入端连接，滤波电路的输出端和逆变电路的输入端连接，控制和保护电路的输出端分别和整流电路及逆变电路输入端连接。3.按照权利要求2所述的塔式太阳能吸热器的试验装置，其特征在于，所述的三相桥式整流电路由两组半波整流电路串联组成，输出电压是三相半波的两倍；调节可控硅的导通角逐渐变大实现软启动，限制冲击电流不超过电源满载时的额定电流；整流电路输出...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘鸿，王志峰，李钧，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11