[发明专利]金属板材槽式发射镜的加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种槽式太阳能热发电采用的槽式聚光集热装置，尤其是一种槽式聚光集热装置中采用金属板材制作槽式发射镜的方法。

背景技术

由于我国经济的高速发展，常规化石能源（煤炭、石油、天然气等）的消耗正以惊人的速度增长，太阳能是一个重要的化石替代能源。

在各种太阳能发电技术中，真正得到实际应用的只有太阳能光伏发电和聚焦类太阳能热发电两种。太阳能光伏发电号称“零碳能源”，但太阳能电池生产过程能耗高，生产、运输、销售、安装、包装等都要排放二氧化碳，近年人们开始重新审视太阳能光伏发电技术，同时把目光转向聚焦类热发电技术。聚焦类热发电技术有塔式、槽式、碟式、线性菲涅尔等四种类型，其中槽式太阳能热发电是技术最成熟、商业化最好的太阳能热发电技术。

槽式太阳能热发电采用槽式聚光集热装置，实现线聚焦，把太阳光聚焦到安装在槽式反光镜焦线上的集热管上，加热集热管内的工质，直接或间接生产高压、高温的水蒸汽，并将其送入汽轮机内做功发电。

槽式聚光集热装置主要由反射镜、集热管、支架、太阳跟踪装置等组成，其中的槽式聚光反射镜目前一般采用玻璃、或者多层复合材料，玻璃材料具有强度小，运输和安装过程中易破碎、不易和支架结合、抗风能力不够强、抛物面镜面加工制作工艺复杂、造价高等缺点。

发明内容

本发明是要提供一种金属板材槽式发射镜的加工方法，用于解决现有槽式聚光反射镜的抛物面镜面加工制作工艺复杂、造价高等技术问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种金属板材槽式发射镜的加工方法，首先在平板两端向中间方向施加一对大小相同方向相反的力，通过平板的弹性变形加工成一种柱形曲面，然后在柱形曲面施力位置点上再施加通过计算确定的附加外力进行修正，形成高精度的近似抛物面。

通过计算确定附加外力值和施力位置点的方法：

（1）绘制变形曲线图，找出变形曲线误差：

由纯弹性力学原理，得到公式：

                                                                                       (1) 

其中，E为弹性模量；I为构件横界面的惯性矩，惯性矩简化为I=1；F为施加的弯曲力；为力矩；曲率k(x)与曲率半径ρ的关系为：k(x)=1/ρ

将k(x)代入，取弹性细杆的惯性矩I=1，得到弯曲形变的微分方程： 

                                         (2)

由于曲面曲线是对称的，，只计算曲线的前半段，即这段，设置第一类边界条件为，该曲线由第二类边界条件的初始角来确定；

设，得到方程：

                                         （3）

通过数值计算法求解方程(3)得出的变形曲线的二阶导数的实线，通过比较变形曲线和真实抛物线的曲率，并与抛物线的常数相比，显示出变形曲线近似的两个误差：（1）曲线边缘附近的曲率逐渐减小趋向于0；（2）曲线中间段曲率的两个肩部起伏变化；

（2）用附加力修正变形曲线

首先，在变形曲线C上选两个对称的点和，施加第一个修正力：通过一个刚度构件T提供边缘扭转力为Fe，令ke=Fe/E，刚度构件T的一端和端点相连， 刚度构件T的另一端在点上形成支点，对于，边缘扭转力对k(x) 的影响为：

其中是向量和曲线C 在点处的切向量之间的夹角；用弧长代替，用1 代替cos()，得到扭转力对曲线曲率的影响方程：

                                (6)

其次，在点施加第二个修正力，方向为曲线C的法向方向，其分解的坐标形式：

其中是曲线C 在点的正切角，设和为两个分量的大小：

,

令；

压力对曲线C 的曲率的影响如下： 

                (7)

即施加在点(x₀,y₀)总的外力是向量，对曲率的影响为： 

                      (8)

附加力对曲率的总的影响，并且简化条件F/E=1和，得出修正形变曲线差分方程为：

              (9)