大功率碟式太阳能聚光器网架静载特性有限元分析-机械工程专业论文.docx

Finite Element Analysis of the Bearing Capacity of High-power Dish Solar Concentrator Grid Type of Degree Academic Degree Discipline (Type of Professional Degree) Mechanical Engineering Candidate Yin Xi Student Number 10010301002 Supervisor and Professional Title Peng Youduo Practice Mentor and Professional Title Long Dongping School School of Electromechanical Engineering Date June 1st, 2013 University Hunan University of Science and Technology i i 摘 要 聚光器网架是大功率碟式太阳能热发电系统的重要组成部分，它集中了整个 碟式太阳能发电系统三分之二的重量；同时它又是集热镜的骨架，影响和决定着 聚能器的可靠性。要使太阳能热发电系统正常工作，包括聚能器在内的钢构机架 必须满足两个条件：一是在 12 级风下不会损坏或倒塌，即满足强度要求；二是在 8 级风下能够正常高效聚焦，即满足精度要求。因此，开展 25KW 碟式太阳能聚 光器网架进行强度、精度、自振特性分析及改善设计，对碟式太阳能发电系统非 常重要。 本文首先对聚光器网架进行了强度分析。基于聚光器网架几何模型建立了网 架精细化有限元模型，分析并明确了常规工况和结构校核工况及相应参数，对聚 光器网架受力特点及其风载荷进行了深入研究，得到了聚光器网架结构在常规工 况和结构校核工况下相应的变形和应力云图及一系列重要结论。研究表明：在常 规工作条件下，自重对网架变形有较大影响，随着网架高度角的增加，网架变形 量逐渐增大，当高度角为 90°时网架变形幅值达到 61mm；在结构校验载荷下，聚 能器网架结构满足强度要求。 其次对聚光器网架碟面聚焦性能进行了分析。在有限元模型的基础上，对聚 光 器 网 架 在 最 大 工 作 载 荷 作 用 下 和 存 在 安 装 误 差 时 进 行 了 变 形 分 析 ， 并 用 MATLAB 数值计算了聚光器网架变形后的焦斑位置，得到了相应的变形云图和焦 斑位置仿真图。研究表明，在最大工作载荷作用下 ，高度角为 0°时，网架的变形 均值最大，达到 9mm，但变形后的焦斑位置 和理想焦斑位置基本重合，即聚光器 能正常工作，满足精度要求；在安装误差下，造成的角度偏转误差对焦斑位置有 较大的影响，并提出了降低安装误差的方法。 最后对聚光器网架进行了自振特性分析和改善设计。模态分析表表明：聚光 器网架结构前八阶固有频率主要集中在 1.5547Hz-8.1978Hz 之间，高于脉动风载 荷卓越频率，不会与风载荷发生共振，但网架存在局部刚度不足的问题。为了提 高局部刚度，提出了三种改善方案。 关键词 ： 聚光器网架；ANSYS；强度分析；精度分析；自振特性 ABSTRACT The condenser grid structure is an iMPaortant part of the high-power-dish solar thermal power generation system, which not only bears two-thirds of the weight of the entire system, but also used as the framework of collector mirror that has decisive iMPact on collecting efficiency. In order to make the solar thermal power generation system work properly, the strength of the steel frame as well as condenser ’s have to meet following two requirements: first, the framework won ’t collapse under 12 grade wind, that is meets the strength requirement; Secondly, the framework could meet the work demand, that is meets pre