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      光熱發(fā)電廠定日鏡及鏡群風(fēng)洞試驗(yàn)研究

      2019-11-27 03:52:38陳健陵
      科技與創(chuàng)新 2019年21期
      關(guān)鍵詞:水平角定日角為

      陳健陵,陳 駒,詹 旭

      (1.東方電氣集團(tuán)東方鍋爐股份有限公司,四川 自貢 643000;2.清潔燃燒與煙氣凈化四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,四川 成都 611731; 3.浙江大學(xué),浙江 杭州 310000;4.四川輕化工大學(xué)自動(dòng)化與信息工程學(xué)院,四川 自貢 643000)

      1 研究背景

      新疆哈密熔鹽光熱電站50 000 kW 級(jí)電站項(xiàng)目是新疆首個(gè)大型光熱電站主設(shè)備的設(shè)計(jì)供貨項(xiàng)目。大型光熱發(fā)電站中通常選址在年日照率90%以上的開闊地帶,安裝大規(guī)模定日鏡來聚光,定日鏡作為光熱電站的關(guān)鍵的設(shè)備,它通過追日算法自動(dòng)調(diào)整自身的水平方位角α和豎向方位角β,以最佳姿態(tài)將太陽光反射到吸熱塔上,大量鏡子的反射光斑疊加后形成的高溫將水加熱成蒸汽,推動(dòng)汽輪機(jī)做功發(fā)電,如圖1所示。因此,定日鏡屬于精密設(shè)備,其投射精度將直接影響熱電廠的發(fā)電效率,所以,對(duì)定日鏡的設(shè)計(jì)制造精度應(yīng)嚴(yán)格控制。由于定日鏡處于西北沙漠開闊地區(qū),且鏡面的面積較大,因而結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要受風(fēng)荷載控制,但因?yàn)槎ㄈ甄R的姿態(tài)角要不斷隨太陽的方位角變化,其風(fēng)荷載體形系數(shù)μs也應(yīng)是姿態(tài)角α和β的變量μs(α,β);此外,數(shù)以萬計(jì)的定日鏡之間,是否有明顯的干涉影響,也是值得考慮和研究的問題,研究并確定定日鏡的風(fēng)荷載體形系數(shù),是保證定日鏡結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全性和經(jīng)濟(jì)性的必要工作。本文通過對(duì)定日鏡及鏡群開展風(fēng)洞試驗(yàn)研究并對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了擬合分析,給出了不同姿態(tài)角下定日鏡的風(fēng)荷載體形系數(shù)的計(jì)算公式和適合工程設(shè)計(jì)的推薦數(shù)值,并通過結(jié)構(gòu)振動(dòng)模態(tài)分析和疲勞分析,獲得了定日鏡的疲勞壽命。

      圖1 定日鏡場及吸熱塔

      2 風(fēng)洞試驗(yàn)簡介

      定日鏡場及吸熱塔如圖2所示。定日鏡實(shí)物的鏡面尺寸為8 m×8 m,支柱高為5 m。定日鏡試驗(yàn)?zāi)P筒捎肁BS 工程塑料制作,縮尺比例為1 20∶ ,如圖2所示。50年一遇基本風(fēng)壓為0.35 kPa。研究鏡場中定日鏡間的相互影響時(shí)間距分別取0.5D,D,1.5D和2D,如圖3所示。

      圖2 定日鏡場及吸熱塔

      圖3 鏡場干擾效應(yīng)及整體布置及測點(diǎn)布置

      3 定日鏡體型系數(shù)試驗(yàn)研究

      3.1 定日鏡體型系數(shù)隨水平角α變化關(guān)系

      通過單定日鏡測力試驗(yàn),底座六分力天平可測得的六分力系數(shù)時(shí)程數(shù)據(jù),其中阻力系數(shù),即定日鏡體型系數(shù)按下式計(jì)算:

      式(1)中:μFx為沿X軸風(fēng)力的均值。

      根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)和式(1),可得定日鏡體風(fēng)荷載型系數(shù)隨水平角0°~180°變化曲線,如圖4所示。

      圖4 由測力數(shù)據(jù)得出的整體體型系數(shù)

      為了進(jìn)一步研究定日鏡體型系數(shù)隨水平角變化關(guān)系,根據(jù)典型工況下由測力數(shù)據(jù)得出的阻力系數(shù)CFx,通過數(shù)值擬合得到水平風(fēng)向角為0°~180°工況下的相應(yīng)計(jì)算公式。

      3.1.1 豎向角0°定日鏡體型系數(shù)隨水平角變化關(guān)系

      當(dāng)豎向角為0°時(shí),定日鏡體型系數(shù)隨水平角變化采用3次多項(xiàng)式進(jìn)行擬合,得到的擬合公式為μs=2×10-6α3- 0.000 5α2+0.016 2α+1.172。

      3.1.2 豎向角30°定日鏡體型系數(shù)隨水平角變化關(guān)系

      當(dāng)豎向角為30°時(shí),定日鏡體型系數(shù)隨水平角變化采用3 次多項(xiàng)式進(jìn)行擬合,得到的擬合公式為μs=2×10-4α3- 0.000 4α2+0.015 0α+1.037 9。

      3.1.3 豎向角60°定日鏡體型系數(shù)隨水平角變化關(guān)系

      當(dāng)豎向角為60°時(shí),定日鏡體型系數(shù)隨水平角變化采用3 次多項(xiàng)式進(jìn)行擬合,得到的擬合公式為μs=5×10-7α3- 0.000 1α2+0.002 3α+0.559 3。

      3.1.4 豎向角90°定日鏡體型系數(shù)隨水平角變化關(guān)系

      當(dāng)豎向角為90°時(shí),定日鏡體型系數(shù)隨水平角變化采用3 次多項(xiàng)式進(jìn)行擬合,得到的擬合公式為μs=6×10-8α3- 0.000 02α2+0.000 2α+0.079 6。

      3.2 定日鏡體型系數(shù)隨豎向角β的變化關(guān)系

      3.2.1 水平角0°定日鏡體型系數(shù)隨豎向角β變化關(guān)系

      當(dāng)水平角為0°時(shí),定日鏡體型系數(shù)隨豎向角變化采用3次多項(xiàng)式進(jìn)行擬合,得到的擬合公式為μs=3×10-6β3- 0.000 5β2+0.007 3β+1.222 1。

      3.2.2 水平角45°定日鏡體型系數(shù)隨豎向角變化關(guān)系

      當(dāng)水平角為45°時(shí),定日鏡體型系數(shù)隨豎向角變化采用3 次多項(xiàng)式進(jìn)行擬合,得到的擬合公式為μs=4×10-6β3- 0.000 7β2+0.014 7β+1.029 4,其中μs為定日鏡體型系數(shù),β為豎向角。

      3.2.3 水平角90°定日鏡體型系數(shù)隨豎向角變化關(guān)系

      當(dāng)水平角為90°時(shí),定日鏡體型系數(shù)較小,所以體型系數(shù)隨豎向角變化的離散程度較大,即使采用6 次多項(xiàng)式擬合,得到的擬合公式為μs=2×10-11β6-5×10-9β5+5×10-7β4-2×10-5β3+0.000 2β2+0.002 1β-0.004 2,其中,μs為定日鏡體型系數(shù),β為豎向角。

      3.3 定日鏡體型系數(shù)、豎向角、水平角三維視圖

      通過單定日鏡測力試驗(yàn),得到豎向角0°~90°,水平角0°~180°共130 工況下定日鏡體型系數(shù)。定日鏡體型系數(shù)隨豎向角、水平角變化關(guān)系μs(α,β)如圖5所示。

      圖5 定日鏡體型系數(shù)隨豎向角、水平角變化關(guān)系圖

      4 結(jié)論

      根據(jù)定日鏡的結(jié)構(gòu)特征,抗風(fēng)設(shè)計(jì)是保證其安全性及經(jīng)濟(jì)性的重要環(huán)節(jié)。由于定日鏡的鏡面姿態(tài)是隨鏡面的水平角和豎向角變化的,其體形系數(shù)也必將是鏡面水平角和豎向角的變量,因此建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范GB 5009—2012 中并沒有現(xiàn)成的體形系數(shù)可以參選,而定日鏡的來流狀況又難于直接模擬。鑒于以上原因,本文通過風(fēng)洞試驗(yàn)獲得測點(diǎn)數(shù)據(jù)并通過對(duì)測點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)值分析的方法獲得了定日鏡的最大風(fēng)荷載體形系數(shù),通過數(shù)據(jù)擬合,獲得了定鏡的最大體型系數(shù)為 1.28,在鏡面水平角和豎向角均為0°時(shí)取得,其他夾角坐標(biāo)下均不大于此值,為定日鏡的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)奠定了理論基礎(chǔ)。

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