黃 鳴，張修田，劉海波，趙吉芳

(皇明太陽能股份有限公司，德州 253000)

0 引言

從全球范圍來看，太陽能熱發(fā)電項(xiàng)目穩(wěn)步增長(zhǎng)，尤其是商業(yè)化太陽能熱發(fā)電項(xiàng)目正逐步增多[1]。太陽能熱發(fā)電是將太陽能轉(zhuǎn)化為熱能，然后利用熱功轉(zhuǎn)化過程發(fā)電的技術(shù)。隨著運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的積累，太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的成本和投資風(fēng)險(xiǎn)都在逐步降低。

槽式太陽能熱發(fā)電是目前太陽能熱發(fā)電的主要形式之一，其主要是利用槽式聚光鏡將太陽光聚在一條線上，然后利用在這條線上安裝的一個(gè)管狀集熱器來吸收太陽能，并對(duì)傳熱工質(zhì)進(jìn)行加熱，再借助蒸汽的動(dòng)力循環(huán)來發(fā)電[2]。在槽式太陽能熱發(fā)電站的建設(shè)中，集熱器支撐裝置的安裝屬于槽式太陽能集熱器安裝過程中的重要步驟之一，而立柱的安裝是支撐裝置安裝的關(guān)鍵工作，決定了槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的精度與穩(wěn)定性。本文以山東德州某槽式太陽能熱發(fā)電項(xiàng)目為例，分析了集熱器立柱安裝工程中出現(xiàn)的誤差問題，并研究了立柱安裝精度的控制要點(diǎn)。

1 槽式太陽能集熱器支撐裝置的構(gòu)成及立柱的安裝工藝流程

1.1 槽式太陽能集熱器支撐裝置的構(gòu)成

槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)由多列槽式太陽能集熱器組成，圖1為皇明太陽能股份有限公司位于山東省德州市的某槽式太陽能熱發(fā)電項(xiàng)目的槽式太陽能集熱器陣列。

圖1 槽式太陽能集熱器陣列Fig. 1 Trough solar collector array

槽式太陽能集熱器的支撐裝置主要包括立柱、真空管支撐、支撐臂、軸承座等；其中，立柱包括支撐立柱和驅(qū)動(dòng)立柱。具體如圖2所示[3]。

圖2 槽式集熱器的支撐裝置示意圖Fig. 2 Schematic diagram of supporting device of trough solar collector

1.2 槽式太陽集熱器立柱的安裝工藝流程

槽式太陽能集熱器立柱在初步安裝時(shí)的順序?yàn)椋候?qū)動(dòng)立柱定位固定→支撐立柱安裝→測(cè)量距離確定支撐立柱的位置、定位→支撐立柱固定。

立柱的安裝是支撐裝置安裝的基礎(chǔ)，其安裝精度直接決定了槽式太陽能集熱器的安裝精度。因此，合理分配各安裝步驟的誤差，編制合理的施工文件，嚴(yán)格控制安裝過程，是保證最終安裝質(zhì)量的基礎(chǔ)。

綜合分析槽式太陽能集熱器立柱安裝過程中的關(guān)鍵部件及安裝工藝，可提高安裝質(zhì)量控制能力。上述項(xiàng)目中包括4列槽式太陽能集熱器，每列槽式太陽能集熱器的立柱間的距離控制均如圖3所示。其中，2根相鄰立柱的上端距離為L(zhǎng)上、下端距離為L(zhǎng)下，M1～M6為2根相鄰立柱的相對(duì)位置。

圖3 立柱間的距離控制圖Fig. 3 Distance control chart between columns

在槽式太陽能集熱器陣列中，立柱間的位置關(guān)系如圖4所示，其中，柱0為驅(qū)動(dòng)立柱，柱1～柱6為支撐立柱。

根據(jù)安裝精度的要求，并結(jié)合零部件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)立柱安裝時(shí)的工藝進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。新的安裝工藝流程為：驅(qū)動(dòng)立柱定位、安裝→支撐立柱安裝→支撐立柱間距調(diào)整→支撐立柱標(biāo)高調(diào)整→支撐立柱間距復(fù)測(cè)調(diào)整→支撐立柱標(biāo)高復(fù)測(cè)調(diào)整→驗(yàn)收交接。

2 控制要素分析

1)為保證立柱的安裝精度，在施工前，需要根據(jù)零部件的技術(shù)特點(diǎn)并結(jié)合安裝工藝流程，編制立柱安裝專項(xiàng)方案。該方案應(yīng)該對(duì)施工中的人員、機(jī)器、原料、方法、環(huán)境，即“人、機(jī)、料、法、環(huán)”5個(gè)要素進(jìn)行界定，明確各要素的要求。該方案編制完成后，按照監(jiān)理流程進(jìn)行審批。

2)測(cè)量精度是立柱安裝精度控制的關(guān)鍵因素，為避免測(cè)量誤差影響安裝精度，應(yīng)采用多人測(cè)試、復(fù)測(cè)相結(jié)合的方法進(jìn)行測(cè)量控制。

3)立柱間距的精度高低決定了槽式聚光器能否準(zhǔn)確無誤地安裝，以及安裝后在溫度變化條件下其能否正常工作。

4)立柱安裝過程中，通過測(cè)量立柱上、下端間的距離來控制垂直度。垂直度精度是影響立柱及減速機(jī)受力狀態(tài)，以及集熱器的跟蹤精度及抗風(fēng)荷載能力的關(guān)鍵因素。

5)安裝過程中，需先將驅(qū)動(dòng)立柱調(diào)整、固定在理想位置，然后以其為基準(zhǔn)安裝支撐立柱，整列集熱器的其他6根支撐立柱的理論中心線的位置偏差需為±3 mm。

6)分別使用水平儀、經(jīng)緯儀測(cè)量立柱標(biāo)高和各立柱中心面共面精度，并進(jìn)行調(diào)整。

7)在立柱頂端平面上設(shè)置標(biāo)桿，標(biāo)桿橫置，標(biāo)桿零刻度線與立柱中心面對(duì)齊，以驅(qū)動(dòng)立柱中心面為基準(zhǔn)，使用水平儀、經(jīng)緯儀測(cè)量其他立柱中心面偏差，然后根據(jù)測(cè)量值進(jìn)行調(diào)整，直至符合要求。

8)立柱間距及立柱垂直度通過測(cè)量、調(diào)整立柱上、下端距離來綜合控制，即要求立柱之間上端與上端、下端與下端之間的間距符合要求，且立柱的上端或下端距離與理論值L理論的差值符合要求。

3 工程案例分析

對(duì)上文中的某槽式太陽能熱發(fā)電項(xiàng)目(其立柱布置方式見圖3、圖4)的立柱安裝過程中產(chǎn)生誤差的原因進(jìn)行分析。該項(xiàng)目的太陽能集熱器共為4列(A列～D列)，每列太陽能集熱器的立柱由6根支撐立柱和1根驅(qū)動(dòng)立柱組成。相關(guān)部門已按既定安裝工藝完成了立柱的安裝。

根據(jù)圖3所示的立柱間的距離，立柱間距離的測(cè)量數(shù)據(jù)如表1所示。圖5為4列集熱器中每2根相鄰立柱的上端距離L上與其下端距離L下的差值，即位置偏差ΔL的曲線圖。

圖5 集熱器立柱間的位置偏差分布Fig. 5 Distribution of position deviation between collector columns

由于立柱間距的位置偏差須為±3 mm，由圖5可知，4列集熱器中，A列和B列集熱器的立柱上端距離與下端距離之間的差值絕大部分都超過了3 mm，所以立柱的安裝不滿足設(shè)計(jì)要求。

這可能是因?yàn)樵诹⒅陌惭b過程中采用的是水平儀控制立柱的垂直度，由于測(cè)量?jī)x器的精度較低，再加上測(cè)量時(shí)的誤差、測(cè)量人員不同等原因，導(dǎo)致垂直度超過了允許的偏差值。

通過上述原因分析，對(duì)原有立柱施工方案進(jìn)行修訂。修訂后的方案為：驅(qū)動(dòng)立柱安裝(位置度、垂直度、高度達(dá)到要求后固定)→支撐立柱安裝→支撐立柱間距復(fù)測(cè)調(diào)試→支撐立柱的直線度、高度復(fù)測(cè)調(diào)試→支撐立柱的垂直度復(fù)測(cè)調(diào)試。

在立柱的安裝調(diào)試過程中，立柱的間距、高度、垂直度最為重要。安裝過程中，測(cè)試人員應(yīng)盡量固定，測(cè)試方法采取正向測(cè)試后再逆向復(fù)測(cè)，避免因操作失誤而影響安裝精度。重新安裝調(diào)試后對(duì)集熱器立柱間的距離再次進(jìn)行測(cè)量，數(shù)據(jù)如表2所示，2根相鄰立柱間的位置偏差曲線如圖6所示。

表2 修訂后的集熱器立柱間的距離統(tǒng)計(jì)表Table 2 Revised statistics table of distance between collector columns

由圖6可以看出，施工方案調(diào)整后，立柱的位置偏差全部控制在允許的偏差范圍內(nèi)，達(dá)到了立柱的安裝要求，從而可保證槽式太陽能集熱器的安裝精度。

圖6 修訂后的集熱器立柱位置偏差分布Fig. 6 Revised position deviation distribution between collector columns

4 結(jié)論

本文分析了槽式太陽能集熱器立柱的位置偏差特點(diǎn)及安裝工藝路線，并結(jié)合實(shí)際的立柱安裝案例，對(duì)立柱在安裝過程中的精度控制進(jìn)行了詳細(xì)闡述。在立柱安裝過程中，應(yīng)對(duì)施工方案進(jìn)行嚴(yán)格論證，在施工過程中做好過程管理，特別是數(shù)據(jù)的記錄與檢測(cè)復(fù)驗(yàn)工作，以便在施工過程中及時(shí)進(jìn)行糾偏分析，達(dá)到立柱安裝的精度要求，從而實(shí)現(xiàn)立柱的高精度安裝。該做法是在實(shí)際工程施工中總結(jié)得到的，在后續(xù)的立柱安裝過程中，經(jīng)過實(shí)踐驗(yàn)證了該方法是可行、有效的。

本文的研究旨在提供一種科學(xué)合理的槽式太陽能集熱器立柱的安裝調(diào)試方法，以便解決長(zhǎng)期困擾槽式太陽能熱發(fā)電站的集熱器陣列建設(shè)時(shí)的技術(shù)瓶頸，提高施工效率和安裝質(zhì)量。

目前，中國(guó)槽式太陽能熱發(fā)電處于研究與實(shí)踐相結(jié)合的階段，科研機(jī)構(gòu)、企業(yè)相關(guān)人員都在消化國(guó)外技術(shù)、探索適合中國(guó)國(guó)情的技術(shù)路線，本文的研究方法可為相關(guān)研究人員、研究機(jī)構(gòu)提供有益的指導(dǎo)，為槽式太陽能集熱器立柱的安裝調(diào)試提供有益的幫助，為現(xiàn)階段槽式太陽能集熱器的安裝施工提供有力的技術(shù)支持；同時(shí)，也希望為采用類似結(jié)構(gòu)的其他項(xiàng)目提供可靠的技術(shù)支持，并且該方法在大規(guī)模槽式太陽能集熱器陣列的建設(shè)、施工中的作用更為顯著。