一种镜场焦距分区设置方法与流程

1.本发明涉及太阳能塔式光热技术领域，具体是一种镜场焦距分区设置方法。


背景技术：

2.塔式太阳能热发电技术是利用大量的独立跟踪太阳的定日镜，将太阳辐射反射至一个安装在高塔顶部的吸热器上，加热吸热器内的工质，从而利用高温介质的热能发电，具有聚光比大、运行温度高的优点。定日镜反射的太阳光斑的质量，对吸热器将光能转换成热能的效率有很大的影响。
3.为了使定日镜反射的光斑更小、形状更加理想，通常会根据定日镜与吸热器的距离来为该定日镜设置一个理想的焦距，并在定日镜生产过程中，保证该焦距的有效性。因此，对于全镜场来说，尤其是同心圆弧镜场，每一环定日镜都要设置一次焦距；而对于麦田式镜场，每一个定日镜都要考虑不同的焦距。这种焦距的设置方法使得定日镜在生产时，设置定日镜曲率(焦距设置也即是曲率设置，曲率值是焦距值的2倍)的生产工装要不断的进行相应曲率的调节，这个过程在定日镜生产工序中产生了一定的耗时，这不仅增大了生产成本，同时也降低了生产进度和工作效率。


技术实现要素：

4.为克服现有技术的不足，本发明提供了一种镜场焦距分区设置方法，解决现有技术存在的设置效率低、生产进度缓慢等问题。
5.本发明解决上述问题所采用的技术方案是：
6.一种镜场焦距分区设置方法，根据定日镜与吸热塔之间的距离，将镜场划分为不同环形区域，每一个区域的定日镜使用相同的焦距。
7.作为一种优选的技术方案，将镜场划分为不同环形区域包括以下步骤：
8.s1，计算镜场每一环定日镜理想焦距下的光斑尺寸，形成光斑的尺寸曲线图；
9.s2，对每一个区域设定最小光斑的尺寸限值、最大光斑的尺寸限值；其中，最小光斑的尺寸限值、最大光斑的尺寸限值根据步骤s1中的尺寸曲线图进行设定；
10.s3，对每一个区域设置统一焦距前，对每一个区域的最大光斑与最小光斑之间的差值进行限定。
11.作为一种优选的技术方案，若镜场为交错式布置镜场，还包括以下步骤：
12.s4，对每一个区域设置统一焦距前，将整个镜场的焦距按照镜场自然布置分区进行分区设置，同时验证该焦距分区后每一区的光斑尺寸差异值，使该焦距分区内设置统一焦距后的光斑尺寸不超过步骤s3中设定的限值。
13.作为一种优选的技术方案，步骤s4包括以下步骤：
14.s41，分别计算某区域离吸热塔最近的定日镜的理想焦距f1、最远的定日镜的理想焦距fn，在[f1，fn]范围内等差选取n个焦距数值；其中，n＞2且n为整数；
[0015]
s42，分别计算s41中n个焦距数值下对应的每个定日镜的光斑尺寸；
[0016]
s43，每一个焦距数值下，全区定日镜的焦距尺寸做累加后，选取焦距尺寸累加和最小数值时对应的焦距数值fm作为该区镜场所有定日镜的较优焦距。
[0017]
作为一种优选的技术方案，步骤s4还包括以下步骤：
[0018]
s44，使用路径寻优方法，对fm前后焦距数值做选取，选取原则为降低被选数值的数量级，直至焦距值细化到cm单位，此时的焦距为该镜场分区的最终统一焦距；其中，fm前后焦距数值指[f
m-f
m-1
，fm+f
m+1
]范围内的焦距数值。
[0019]
作为一种优选的技术方案，步骤s1中，每一环定日镜选取镜场中以吸热塔为中心的同一径向方位定日镜。
[0020]
作为一种优选的技术方案，步骤s2中，最小光斑的尺寸限值、最大光斑的尺寸限值还根据镜场中吸热器目标点分布进行设定。
[0021]
作为一种优选的技术方案，步骤s1中，镜场每一环在以吸热塔中心为圆心的同心圆上。
[0022]
作为一种优选的技术方案，将包括74环定日镜的镜场划分为5个区域，每一个区域根据定日镜阵列的自然分区进行划分。
[0023]
本发明相比于现有技术，具有以下有益效果：
[0024]
(1)本发明调节焦距次数明显减少、生产效率大幅提升，从而明显提高了生产进度；
[0025]
(2)本发明在对镜场进行分区设置焦距的同时，并不会引起定日镜的光斑变大到超出吸热器而产生过大的溢出损失。
附图说明
[0026]
图1为本发明实施例中一个光热电站的镜场的示意图；
[0027]
图2为图1中镜场的焦距分区的划分示意图。
具体实施方式
[0028]
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
[0029]
实施例1
[0030]
如图1至图2所示，本发明将解决现有定日镜生产技术的低效能的镜场曲率设置方法，并对镜场曲率设置方法提出新的思路。
[0031]
本发明针对镜场焦距在镜场设计时的数值设计方法、镜场定日镜焦距在生产过程中调节较为频繁，从而导致生产进度的缓慢等问题，本发明的目的是：提出新的镜场焦距设置方法，解决大批量定日镜生产进度缓慢的问题；根据镜场焦距设置的方法，提出镜场焦距新的计算方法使镜场中定日镜的光斑满足吸热器的需求。
[0032]
1)镜场焦距设置方法：根据定日镜与吸热塔的距离，将镜场划分不同环形区域，每一个区域的定日镜使用相同的焦距。
[0033]
2)针对1)中区域的划分方法如下：
[0034]
①
首先计算镜场每一环定日镜的光斑尺寸，形成光斑的尺寸曲线图(分别包括投射到吸热器表面的光斑纵向尺寸和横向尺寸)。计算时刻应选为设计点，每一环定日镜选取
镜场中以吸热塔为中心的同一径向方位定日镜，下同。镜场布置1万台定日镜，按环布置，选取同一径向方位的意思是：全部选塔正南侧(或其他方向)的定日镜。
[0035]
②
对每一个焦距分区的镜场输入最小光斑和最大光斑的尺寸限值(该限值是以理想焦距下进行计算)，最大最小限值根据
①
中的尺寸曲线图进行设定，应兼顾镜场中吸热器目标点分布的方法；
[0036]
③
对每一个分区设置统一焦距前，对投射到吸热器的最大最小光斑差值进行限定。
[0037]
④
对于交错式布置镜场，因该种布置会自然形成布置分区。镜场焦距分区即按照布置分区进行设置，同时验证该焦距分区后每一区的光斑尺寸差异值，使该焦距分区内设置统一焦距后的光斑尺寸不能超过
③
中设定的限值。
[0038]
⑤
对于麦田布置镜场或其他无自然布置分区的镜场，仅按照
①
、
②
、
③
布置方法进行。
[0039]
3)上述方法中，每一个分区的定日镜焦距数值设置方法：
[0040]
①
分别计算该区离塔最近和最远的定日镜的理想焦距f1、fn，在[f1，fn]范围内等差选取n个数值(假设f1＝100,fn＝300,等差选取5个值，则分别是：100,150，200,250，300，n＝5。)；
[0041]
②
对每一个焦距数值，分别计算该数值下每个定日镜的光斑尺寸；
[0042]
③
每一个焦距数值下，全区定日镜的焦距尺寸做累加后，选取焦距尺寸累加和最小数值时对应的焦距数值fm(1《m《n)；
[0043]
④
使用路径寻优方法，对fm前后数值做进一步的细化选取，直至焦距值细化到cm单位，此时的焦距为该镜场区的统一焦距(选取100,150，200,250，300五个数据作为光斑尺寸的计算数据，最终得到200为较优数据，然后对160，170
……
200，210，
……
240等等数值进行计算，假设得到210为较优值，再对201,202
……
210,211,212等数据做计算。关于本发明中数量级，比如，个十百千万为不同的数量级。)。
[0044]
本发明能达到以下的技术效果：
[0045]
1，在以塔为圆心的同心圆布置的镜场中，例如镜场中定日镜环数为74，如果在生产每一个圆环定日镜时，都要在定日镜曲率设置工装台上为其设置一个理想曲率，那么该工装台将设置74次，在曲率工装台无法全自动设置的情况下，每调节一次，就需要耗费一个工作日。总的调节时长共74个工作日；
[0046]
而按本发明对74环定日镜分5个区，每一区根据定日镜阵列的自然布置分区进行划分，如：第一区(1-12环)、第二区(13-30环)、第三区(31-48环)、第四区(49-66环)、第五区(67-74环)的方法进行分区。调节焦距工装台仅需要调节5次。
[0047]
2，在对镜场进行分区设置焦距的同时，并不会引起定日镜的光斑变大到超出吸热器而产生过大的溢出损失。当镜场以理想焦距计算每一环定日镜反射的光斑时，光斑尺寸会随着环数的增加逐渐增大。而根据上述1)的分区焦距设置方法，最终计算每一区定日镜的光斑尺寸随着环数的变化趋近平稳，即每一区第一环和最后一环定日镜的光斑尺寸变化不大。由此推断，分区设置焦距后，每一区的定日镜光斑尺寸最前环和最后环差别不大，反而有利于吸热器表面的能流分布。镜场的焦距分区对吸热器多目标点的设置也更加方便。
[0048]
本发明是一种为提高定日镜面型制造工序的效率，而使用镜场分区设置曲率的方
法。镜场焦距的分区方法中，应保证吸热器表面集热量不发生太大的变化，其计算过程在保证生产快捷的同时，也能保证焦距的数值精度。
[0049]
本发明在以下方面具有特色：
[0050]
太阳能塔式光热镜场分区设置焦距，镜场焦距分区方法，太阳能塔式光热镜场焦距分区所用的焦距计算方法。
[0051]
实施例2
[0052]
如图1至图2所示，作为实施例1的进一步优化，在实施例1的基础上，本实施例还包括以下技术特征：
[0053]
图1中，镜场由上万个定日镜组成，形成了一个圆弧排布的阵列。由于镜场的阵列模式，导致镜场自发形成6个布置分区，从而根据该6个布置分区设置6个曲率分区，每个分区见图2(以1、2、3、4、5、6分别表示曲率分区号)。
[0054]
1区(1环-12环)：曲率设置为531.33米；
[0055]
2区(13环-30环)：曲率设置为737.73米；
[0056]
3区(31环-48环)：曲率设置为1059.29米；
[0057]
4区(49环-66环)：曲率设置为1487.78米；
[0058]
5区(67环-79环)：曲率设置为1943.5米；
[0059]
6区(80环-88环)：曲率设置为2404.3米。
[0060]
以下对本发明做进一步的阐述：
[0061]
①
某塔式太阳能热发电工程镜场包含88环定日镜，整个镜场根据圆弧交错布置被分为5个布置分区，原则上按照镜场布置分区将做5个曲率分区，即每一个布置分区为所有定日镜设置一个相同的定日镜曲率面型。
[0062]
②
以第一个布置分区举例，计算该区第一环与最后一环的理想曲率分别是：476.56m、582.29m。
[0063]
③
以[476，582]为计算区间，每10m为计算步长，分别计算每一个曲率值下，镜场第一区全部定日镜的光斑尺寸。由于接收光斑的吸热器通常是矩形截面，因此，对每一个定日镜光斑的横向及纵向尺寸分别进行记录，再将横向尺寸乘纵向尺寸，得到一个完全包裹住光斑的矩形面积。在该曲率下，对所有定日镜的光斑尺寸面积(矩形面积)相加后的累加值作为该区镜场所有定日镜的较优焦距，并进行记录。最小的光斑累加值相对应的曲率为[476，582]区间中较优值。此时计算得到的曲率为：526m。
[0064]
④
将526m的较优曲率值分别加减10m，形成[516,536]的计算区间，计算步长设置为1m，重复
③
中的步骤进行计算全区光斑面积和。最终计算较优曲率为524m。
[0065]
⑤
如需要更精确的数值，可对
④
中较优值进行进一步的寻优。
[0066]
⑥
对每一区计算的曲率进行验证，第一区得到的光斑尺寸变化不超过1m，因此可以采纳。而在对第
⑤
区的统一曲率进行验证时，发现光斑变化尺寸较大，因此，将第五区进一步分为2个区，再分别进行
②
到
⑤
步骤的计算。
[0067]
该方案，在定日镜焦距设置的工装台上调试焦距时，通常需要一个工作日才能调节完毕，如果镜场中每一环定日镜使用理想焦距，工装台至少需要调节88次，而该项目镜场南北分布不均，实际上每个定日镜都有独特的理想焦距，如果每个定日镜都要按照理想焦距调制的话，焦距工装台的调节次数则需要上万次，通过镜场分区设置焦距的办法，镜场中
定日镜的生产效率有了明显的提高。
[0068]
同时，镜场的截断效率并没有明显的下降。
[0069]
如上所述，可较好地实现本发明。
[0070]
本说明书中所有实施例公开的所有特征，或隐含公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合和/或扩展、替换。
[0071]
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

技术特征：
1.一种镜场焦距分区设置方法，其特征在于，根据定日镜与吸热塔之间的距离，将镜场划分为不同环形区域，每一个区域的定日镜使用相同的焦距。2.根据权利要求1所述的一种镜场焦距分区设置方法，其特征在于，将镜场划分为不同环形区域包括以下步骤：s1，计算镜场每一环定日镜理想焦距下的光斑尺寸，形成光斑的尺寸曲线图；s2，对每一个区域设定最小光斑的尺寸限值、最大光斑的尺寸限值；其中，最小光斑的尺寸限值、最大光斑的尺寸限值根据步骤s1中的尺寸曲线图进行设定；s3，对每一个区域设置统一焦距前，对每一个区域的最大光斑与最小光斑之间的差值进行限定。3.根据权利要求2所述的一种镜场焦距分区设置方法，其特征在于，若镜场为交错式布置镜场，还包括以下步骤：s4，对每一个区域设置统一焦距前，将整个镜场的焦距按照镜场自然布置分区进行分区设置，同时验证该焦距分区后每一区的光斑尺寸差异值，使该焦距分区内设置统一焦距后的光斑尺寸不超过步骤s3中设定的限值。4.根据权利要求3所述的一种镜场焦距分区设置方法，其特征在于，步骤s4包括以下步骤：s41，分别计算某区域离吸热塔最近的定日镜的理想焦距f1、最远的定日镜的理想焦距f
n
，在[f1，f
n
]范围内等差选取n个焦距数值；其中，n＞2且n为整数；s42，分别计算s41中n个焦距数值下对应的每个定日镜的光斑尺寸；s43，每一个焦距数值下，全区定日镜的焦距尺寸做累加后，选取焦距尺寸累加和最小数值时对应的焦距数值f
m
作为该区镜场所有定日镜的较优焦距。5.根据权利要求4所述的一种镜场焦距分区设置方法，其特征在于，步骤s4还包括以下步骤：s44，使用路径寻优方法，对f
m
前后焦距数值做选取，选取原则为降低被选数值的数量级，直至焦距值细化到cm单位，此时的焦距为该镜场分区的最终统一焦距；其中，f
m
前后焦距数值指[f
m-f
m-1
，f
m
+f
m+1
]范围内的焦距数值。6.根据权利要求5所述的一种镜场焦距分区设置方法，其特征在于，步骤s1中，每一环定日镜选取镜场中以吸热塔为中心的同一径向方位定日镜。7.根据权利要求6所述的一种镜场焦距分区设置方法，其特征在于，步骤s2中，最小光斑的尺寸限值、最大光斑的尺寸限值还根据镜场中吸热器目标点分布进行设定。8.根据权利要求1至7任一项所述的一种镜场焦距分区设置方法，其特征在于，步骤s1中，镜场每一环在以吸热塔中心为圆心的同心圆上。9.根据权利要求8所述的一种镜场焦距分区设置方法，其特征在于，将包括74环定日镜的镜场划分为5个区域，每一个区域根据定日镜阵列的自然分区进行划分。

技术总结
本发明涉及太阳能塔式光热技术领域，公开了一种镜场焦距分区设置方法，根据定日镜与吸热塔之间的距离，将镜场划分为不同环形区域，每一个区域的定日镜使用相同的焦距。本发明解决了现有技术存在的设置效率低、生产进度缓慢等问题。等问题。等问题。


技术研发人员：张平 华文瀚 奚正稳 黄愿 王娟娟
受保护的技术使用者：东方电气集团东方锅炉股份有限公司
技术研发日：2023.05.17
技术公布日：2023/9/12