双轴追踪太阳能光热发电系统可移动支架结构选型及整体抗震性能研究

【摘要】：随着非再生资源的不断消耗,环境污染和能源危机已成为当今社会热点和公众关注的焦点,如何充分利用太阳能这种清洁环保的可再生资源对于缓解我国当前的能源危机和环境污染等问题具有重要意义。本文所提的双轴追踪太阳能光热发电系统是一种新型的太阳能光热塔式发电系统。由于定日镜支承在沿双轴可移动的巨型支架结构上,使得系统具有更高的光能利用率,与传统的塔式光热发电系统相比其光能利用率可提高25%。支架结构受力复杂,系统正常工作时对支架结构变形量的控制较为严格,支架结构是系统得以应用的控制因素,因此,如何处理好变形量与工程造价之间的关系是支架设计的关键问题。本文对该系统支架的结构选型及系统研究分析所做的工作具体如下： 首先,介绍了光热发电技术的应用现状、光热发电的主要形式和各自的特点以及光热发电支承结构的应用。阐明双轴追踪太阳能光热发电系统的工作原理、特点和系统正常工作时的工艺要求。 其次,在明晰系统运转原理的基础上,针对系统对支架结构的性能要求,总结了支架结构的受力特点,结合中试工程支架结构选型分析,明确了结构选型要点,根据已有支架结构的设计理论,分别利用通用有限元软件midas建立空间管桁架和空间管框架支撑结构模型,对主要控制指标进行比分析,完成对支架结构选型设计,确定了较优化的结构形式,并进一步对系统的适用性做出分析。 再次,对所选空间钢框架支撑系统进行整体抗震性能研究。通过支架结构的模态分析,得到了支架结构的自振特性和刚度分布特征；并在此基础上对支架结构进行了反应谱分析,得到支架结构的侧移响应；对支架进行了多遇地震作用下的动力线性时程分析和动力非线性时程分析,得到结构的时程响应,通过两种时程分析的结果比较,得到了几何非线性对支架的影响程度；通过对反应谱分析和时程分析结果的比较,得到反应谱分析对支架结构的适用性。 【关键词】：双轴追踪太阳能光热发电系统 结构选型 空间管桁架 空间钢框架支撑 结构抗震
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TU352.11
【目录】：

• 致谢5-6
• 中文摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 绪论11-29
• 1.1 选题背景11
• 1.2 光热发电国内外发展现状11-13
• 1.2.1 国外发展现状11-13
• 1.2.2 国内发展现状13
• 1.3 光热发电的主要形式及其发电原理13-19
• 1.3.1 碟式13-15
• 1.3.2 塔式15-18
• 1.3.3 槽式18-19
• 1.4 三种光热发电系统性能对比19-20
• 1.5 可移动结构概述20-26
• 1.5.1 开合结构的受力特点21
• 1.5.2 开合屋盖结构静力分析方法21
• 1.5.3 屋盖的开合形式21-25
• 1.5.4 轮轨行走机构及空间移动方式25-26
• 1.6 双轴追踪太阳能光热发电系统26-27
• 1.6.1 双轴追踪太阳能光热发电系统组成26
• 1.6.2 双轴追踪太阳能光热发电系统工作原理26-27
• 1.6.3 双轴追踪太阳能光热发电系统优势27
• 1.7 本文研究的主要内容及意义27-29
• 2 双轴追踪太阳能光热发电系统可移动支架设计要点论述29-41
• 2.1 可移动支架的设计要求及结构组成29-35
• 2.1.1 工程概况29-30
• 2.1.2 设计要求30-31
• 2.1.3 计算荷载及取值31-32
• 2.1.4 荷载组合32-35
• 2.2 可移动支架结构受力特点35-36
• 2.3 工程设计主要控制指标36-41
• 2.3.1 可移动支架结构选型目的37
• 2.3.2 可移动支架结构的结构特点37-38
• 2.3.3 可以移动支架分析方法38-41
• 3 可移动支架结构选型41-67
• 3.1 可移动支架轮廓尺寸的确定41-43
• 3.1.1 边界约束条件42-43
• 3.2 空间管桁架式可移动支架结构选型的内容43-49
• 3.2.1 管桁架的结构特点及分析方法43-44
• 3.2.2 管桁架结构的设计要点44-49
• 3.3 空间钢框架支撑结构可移动支架结构选型的内容49-59
• 3.3.1 钢框架支撑结构特点及分析方法49-50
• 3.3.2 钢框架支撑结构可移动支架支撑体系探讨50-53
• 3.3.3 钢框架支撑结构的设计要点53-59
• 3.4 两种结构形式可移动支架主要性能指标对比59-60
• 3.5 空间钢框架支撑结构适用性研究60-65
• 3.5.1 空间钢框支撑结构模型在六级风荷载作用下61-62
• 3.5.2 空间钢框支撑结构模型在七级风荷载作用下62-63
• 3.5.3 空间钢框支撑结构模型在不同风荷载作用下性能比较63-65
• 3.6 本章小结65-67
• 4 双轴追踪太阳能光热发电系统整体抗震性能分析67-89
• 4.1 结构抗震设计的基本理论67-71
• 4.1.1 静力理论计算67-68
• 4.1.2 反应谱分析理论68-70
• 4.1.3 动力理论阶段70-71
• 4.2 双轴追踪太阳能光热发电系统结构模态分析71-75
• 4.3 系统结构体系反应谱分析75-76
• 4.4 系统结构体系非线性时程分析76-88
• 4.4.1 地震波的选取和支架的质量缘定义76-79
• 4.4.2 系统支承结构在多遇地震作用下动力非线性分析79-87
• 4.4.3 系统支承结构在不同工况下的响应比较87-88
• 4.5 本章小结88-89
• 5 结论与展望89-91
• 5.1 结论89-90
• 5.2 展望90-91
• 参考文献91-95
• 作者简历95
• 发表的学术论文95-99
• 学位论文数据集99

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