一种光热槽式扭矩管工装的研制

葛天宝

(兰州兰石石油装备工程股份有限公司，甘肃 兰州730314)

面对当今社会，可利用的再生能源相对日益渐少，并低效率的开发和利用资源，造成了环境的严重污染，是我国经济可持续发展的重要制约因素之一。伴随着全球石油价格持续低迷，此能源又不可再生。太阳能光热发电作为安全、可靠、干净的再生新能源，是太阳能利用的新技术。与碟式、塔式、太阳烟囱等太阳能光热发电技术相比，槽式太阳能热发电技术是目前商业化模式的太阳能热发电技术[1]。

太阳能热发电是通过对太阳光聚焦，从而获得几十倍，甚至几百倍的太阳辐射能量，再通过热功转换，从而带动发电机发电。对于槽式热发电站，聚光集热系统是以线聚焦的形式代替点聚焦，而聚光的关键在于聚光器技术。槽式太阳能聚光系统是由多个太阳能集热器组合组成，而每个太阳能集热器组合又由若干个太阳能集热器单元构成。太阳能集热器组合包括聚光器，集热管和跟踪系统[2]。

利用太阳能热发电属于国家提倡的低能耗、低排放、清洁、无污染、廉价的新能源，开发前景十分广阔，开发技术逐渐形成。本年初，槽式太阳能热发电系统的成套设备的制造核心技术，是由北京中航通用公司与中科院工程热物理研究所、华北电力大学三家合作研发而成，从而实现曲面聚光镜从技术到生产的完全自主性、国产化。

为了快速准确的批量加工槽式扭矩管，适应于这种光热发电集热器扭矩管结构焊接及校正的工装设计应用而生，此机构包括底座、活动弯板、法兰调整块、定位销及调整螺钉等零件，相邻两个扭矩管组片的对接侧边上均设置有立筋，相互对接的立筋通过螺栓连接固定，让若干个扭矩管组片整体拼接成扭矩管。光热发电集热器扭矩管整体结构简单，采用整体拉伸式工艺成型结构，采用螺栓连接的固定方式，保证了槽式光热发电集热器的安装聚焦精度的要求。

我国在70 年代末便开始了太阳能热发电技术的研究开发工作，但工艺、材料及相关技术未能得到相应的解决，再加上研发费用不足，热发电项目先后取缔。而在“十五”期间“ 863”项目中对“分布式发电系统”进行了立项研究，进而开启了我国太阳能高温热利用和发电的历史。通过“十五”期间“863”、“ 973”等项目的成立，以及国家自然科学重大基金项目的大力支持，我国在太阳能领域的研究，尤其是关键技术取得了的成果和成效。“十五”期间，中国科学院电工研究所、皇明太阳能集团与工程热热物理研究所联合成功研制了采光口宽度开口为2.5 m、长12m 的槽式聚光器，并具备所有的自主知识产权[3]。

扭矩管和悬臂的焊接采用新工艺，使用整体工装铆焊成型，严格控制焊接加工工艺，使铆装成型后的焊接底座和法兰板的直线度控制在±3mm 的范围内，加工时试验多种装夹、刀具及加工方式，实验结果最终采用大型工装实现所有加工面竖向的一次装夹，所有同心孔由16 米的数控龙门铣床一次而成，使加工后的线性公差控制在±0.1mm，连接座的平行度公差控制在±0.5mm，悬臂的所有孔及面一次加工而成，扭矩管与工装加装孔应严格保证同心[4]。且保证了在强度不高的部件在松开卡具后的使用过程中也能基本达到加工时的精度，最终得以确保聚光角度和光能利用率，整个工艺要求较高，制造工期长，难度较大，经反复论证试验，此工装适合于光电槽式扭矩管。

图1

这种新型光热发电集热器扭矩管焊接及校正的工装，扭矩管两对侧的立筋坐落在工装的立筋上，上下距离通过法兰调整块进行调整；扭矩管两端的法兰通过工装两端的活动弯板保证垂直度。保证了光热发电集热器扭矩管若干个立筋的平面度及共面性，工装的两端的活动弯板保证了扭矩管本体法兰的垂直度。

伴随着科学电子信息产业技术的发展和研究，太阳能热发电的控制系统也随之改进和升级。传统的PLC 控制方案价格过高，因此新的专用控制芯片也将逐步被开发出来。倾角仪精度的不断提高和价格的持续下降，使得倾角仪可在聚光器上广泛使用，作为控制系统的反馈传感器，增加了控制精度和时间精度。此外，DCS 技术也逐步被广泛用于槽式镜场的控制系统中[5]。

结论

随着槽式太阳能热发商业应用的快速发展和其在发电领域所具有的优势和前景, 对其进行热性能仿真和提高集热管效率也迫在眉睫[6]。这种扭矩管工装结构合理，加工精度高，此工装为扭矩管起到了安装、校正以及运输等三个作用，保证了扭矩管成品的准确性与完美度。相信在不远的未来，随着科学技术的发展和人民对太阳热能的应用的开发，会有越来越先进的聚光器技术的出现。

未来清洁能源及可再生能源是未来能源发展的方向，而目前国内太阳能热发电产业处于起步阶段，尚未形成产业规模，工程造价较高，技术装备制造能力弱，缺乏系统集成及运行技术。若能以槽式太阳能热发电技术为基础，综合当前热门的槽式、塔式等热发电技术，以高精度保证高聚光率为基本要求，着力发展热发电基础技术装备，进而全面发展光热发电装备行业，成为引领国内光热设备制造的龙头企业，则其前景广阔，大有可为。