一种用于光伏平单轴跟踪支架的轴承及其安装方法与流程

1.本发明属于大规模光伏电站技术领域，具体涉及一种用于光伏平单轴跟踪支架的轴承及其安装方法。


背景技术：

2.随着全球油价升高，能源供应紧张，对太阳能以及风能等新能源的需求逐渐提高。相比于风电需要极高的支架以及巨大的叶片，太阳能发电组件的尺寸一般较小，便于施工组装，更加灵活。前期阻碍大规模光伏电站建设的原因主要在于发电组件的成本过高。随着半导体工业的进步，太阳能发电组件价格下跌，大规模光伏电站进行商业发电的前景逐渐明朗。
3.为了更好的利用单位面积组件，在光伏电站中通常可以使用跟踪支架(跟踪器)而不是固定支架。固定支架就是太阳能板被支架完全固定，只能面对一个方向，主要优点在于结构简单可靠，但是其全年发电量较低。随着纬度增加，固定支架的发电量衰减更加明显。跟踪支架即支架可以转动，使得太阳能板的朝向发生变化，增加太阳能板发电量。跟踪支架根据转动轴的数量可以分为单轴与双轴两种。通常来说，双轴跟踪器的尺寸较小，不利于大规模的进行应用，而且成本过高。单轴跟踪器一般分为平单轴跟踪器与斜单轴跟踪器，斜单轴跟踪器中太阳能板倾角固定，整体在地面平行转动。斜单轴显然无法布置较长，一般只能用于少量组件。因此在大规模太阳能电站中通常使用平单轴跟踪器，平单轴跟踪器相比固定支架可以提升约20～30％的发电量，并且结构相对简单。
4.平单轴跟踪支架中，太阳能发电组件的转轴与地面平行，且到距离地面一定高度(1-3m)。为了使得组件的转轴能够自由转动，每个立柱上都安装有轴承或类似机构。轴承对于平单轴跟踪支架有着重要作用，一方面能够以较低摩擦转动；另一方面，需要承载太阳能光伏板的重力以及风载荷等。对于一个较长的平单轴跟踪支架，其长度可达100m以上，地形起伏以及桩基建设误差都可能导致主轴的轴线偏移。对于常规的轴承结构，通常需要先将主轴穿过轴承，再连接不同部分的主轴。一方面单根主轴重量大、尺寸长，不方便穿过；另一方面，各个轴承轴心无法对其会导致较大的安装应力，工人难以操作。在大型发电项目设计到成千上万个轴承，因此降低轴承成本以及提高安装方便性，对光伏发电的大规模应用有着重要意义。此外，在大风来袭时，单点支撑类型的平单轴跟踪支架容易发生扭转振动。此时除了阻尼器外，通过轴承的限位功能可以限定主轴可以转动的角度，在极限角度时为结构提供额外的约束增加稳定性。对于不同纬度以及不同风力大小的项目，可能需要不同的限位角度；限位装置可能因为风力受到持续的撞击，可能需要经历几次大风天气后更换。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种用于光伏平单轴跟踪支架的轴承及其安装方法，成本低廉，可靠性高，易于拆装，具有转角限位以及轴向限位功能，并且可以适应复杂地形环境的安装，有助于光伏发电的大规模应用。
6.为了实现上述目的，本发明有如下的技术方案：
7.一种用于光伏平单轴跟踪支架的轴承，包括上轴承座与下轴承座，所述上轴承座与下轴承座的内侧分别设置有轴承座滑块，所述轴承座滑块的外表面与上轴承座以及下轴承座的内表面通过弧面相配合；所述轴承座滑块的内表面设有装配方形主轴的凹槽；所述上轴承座与下轴承座采用可拆卸式拼合，且拼合成一体的结构两侧设置有限位块，当所述轴承座滑块旋转到设定角度时能够与限位块接触。
8.作为一种优选方案，所述上轴承座与下轴承座沿轴向具有宽度，并且沿径向两端均设置有水平的延伸段，所述延伸段之间通过竖直方向的螺栓连接，实现拼合成一体的结构。
9.作为一种优选方案，所述上轴承座或下轴承座的延伸段设置有轴承座凸起部，限位块沿轴向拼接在所述轴承座凸起部的两侧并通过轴向安装的螺栓与凸起部连接在一起。
10.作为一种优选方案，所述限位块的端部加工有限位斜面，轴承座滑块沿轴向两侧设置有滑块凸起部，滑块凸起部的侧面加工有接触斜面，接触斜面与限位斜面以平面接触的形式接触。
11.作为一种优选方案，所述下轴承座通过支架安装在工字形桩基上，工字形桩基的顶部两侧设置有轴承座连接件，支架与轴承座连接件提供水平的安装平面，所述支架的安装平面上开设第一螺栓连接孔，轴承座连接件设置有第二螺栓连接孔，通过竖直设置的螺栓穿过第一螺栓连接孔与第二螺栓连接孔进行连接，所述的第一螺栓连接孔为腰形螺栓孔。
12.作为一种优选方案，所述轴承座连接件为l型板状结构，l型板状结构的侧面通过三角形板将两端连接；
13.所述轴承座连接件与工字形桩基的接触面存在三排两列水平方向且带有倾斜度的螺栓孔，工字形桩基的表面对应设置有竖直的腰型螺栓孔，轴承座连接件与工字形桩基的腰型螺栓孔之间通过螺栓进行连接。
14.作为一种优选方案，所述凹槽的竖直壁面与方形主轴间隙配合，凹槽的水平壁面与方形主轴紧密配合。
15.作为一种优选方案，所述上轴承座与下轴承座的内表面以及轴承座滑块的外表面沿轴线设有弧度。
16.一种所述用于光伏平单轴跟踪支架的轴承的安装方法，包括以下步骤：
17.s1、将限位块安装在下轴承座的两侧，再在下轴承座的内部放入轴承座滑块，使所述轴承座滑块旋转到设定角度时能够与限位块接触；
18.s2、完成若干个下轴承座的安装后，将方形主轴装配进轴承座滑块的凹槽上，轴承座滑块通过弧面修正，使方形主轴与下轴承座同轴；
19.s3、在上轴承座的内部放入轴承座滑块，并将轴承座滑块内表面的凹槽卡入装配在方形主轴的上方，最后将上轴承座与下轴承座拼合成一体。
20.作为一种优选方案，步骤s2还包括在工字形桩基的顶部两侧安装轴承座连接件，然后将已完成安装的下轴承座通过支架安装在工字形桩基上，通过竖直设置的螺栓穿过第一螺栓连接孔与第二螺栓连接孔，将支架与轴承座连接件的水平安装平面进行连接。
21.相较于现有技术，本发明至少具有如下的有益效果：
22.本发明的轴承采用可拆卸式拼合的上轴承座与下轴承座，安装方便，由于轴承座以及轴承座滑块都分为两半，安装过程中不需要将方形主轴穿过轴承。本发明的轴承对复杂地形环境的适应性强，轴承座滑块的外表面与上轴承座以及下轴承座的内表面通过弧面相配合，采用弧面配合具备一定调心功能，轴承座滑块通过弧面修正，可以使方形主轴与下轴承座同轴。本发明轴承的上轴承座与下轴承座拼合成一体的结构两侧设置有限位块，限位块易于调节与替换，可以根据项目要求单独调整限位角度，限位块磨损后可以快速更换。
附图说明
23.图1本发明用于光伏平单轴跟踪支架的轴承装配结构示意图；
24.图2本发明用于光伏平单轴跟踪支架的轴承结构爆炸图；
25.图3本发明用于光伏平单轴跟踪支架的轴承结构剖面示意图；
26.附图中：1-下轴承座；2-上轴承座；3-轴承座滑块；4-限位块；21-方形主轴；22-工字形桩基；23-轴承座连接件；101-轴承座圆弧修正面；102-轴承座滑块圆弧修正面；201-轴承座滑块深处面；202-轴承座侧边；301-限位斜面；302-接触斜面；41-竖直壁面；42-水平壁面。
具体实施方式
27.下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。
28.参见图1，本发明提出一种用于光伏平单轴跟踪支架的轴承，结构上包括上轴承座2与下轴承座1，上轴承座2与下轴承座1的内侧分别设置有轴承座滑块3。下轴承座1通过支架安装在工字形桩基22上，工字形桩基22的顶部两侧设置有轴承座连接件23，支架与轴承座连接件23提供水平的安装平面，支架的安装平面上开设第一螺栓连接孔，轴承座连接件23设置有第二螺栓连接孔，通过竖直设置的螺栓穿过第一螺栓连接孔与第二螺栓连接孔进行连接，第一螺栓连接孔为腰形螺栓孔。在本实施例中，轴承座连接件23为l型板状结构，l型板状结构的侧面通过三角形板将两端连接；轴承座连接件23与工字形桩基22的接触面存在三排两列水平方向且带有倾斜度的螺栓孔，工字形桩基22的表面对应设置有竖直的腰型螺栓孔，轴承座连接件23与工字形桩基22的腰型螺栓孔之间通过螺栓进行连接。
29.如图2所示，轴承座滑块3的外表面与上轴承座2以及下轴承座1的内表面通过弧面相配合；轴承座滑块3的内表面设有装配方形主轴21的凹槽。凹槽的竖直壁面41与方形主轴21间隙配合，凹槽的水平壁面42与方形主轴21紧密配合。上轴承座2与下轴承座1采用可拆卸式拼合，且拼合成一体的结构两侧设置有限位块4，当轴承座滑块3旋转到设定角度时能够与限位块4接触。上轴承座2与下轴承座1沿轴向具有宽度，并且沿径向两端均设置有水平的延伸段，延伸段之间通过竖直方向的螺栓连接，实现拼合成一体的结构。上轴承座2或下轴承座1的延伸段设置有轴承座凸起部，限位块4沿轴向拼接在所述轴承座凸起部的两侧并通过轴向安装的螺栓与凸起部连接在一起。限位块4的端部加工有限位斜面301，轴承座滑块3沿轴向两侧设置有滑块凸起部，滑块凸起部的侧面加工有接触斜面302，接触斜面302与限位斜面301以平面接触的形式接触。更进一步的，上轴承座2与下轴承座1的内表面以及轴承座滑块3的外表面沿轴线设有弧度，如图3所示，使轴承具有调心能力。
30.本发明用于光伏平单轴跟踪支架的轴承的安装方法，包括以下步骤：
31.首先在地面安装限位块4：下轴承座1的两侧存在螺栓孔，与限位块4通过螺栓连接。完成限位块安装之后即可将一块轴承座滑块3放入下轴承座1内部。放入后，当轴承座滑块3旋转到一定角度时，其两侧凸出块就会与限制块4接触。此时如图2所示，限位斜面301与接触斜面302接触，限制块4的限位斜面301具有一定斜度，使得接触时为平面相接触。
32.完成地面组装后即可将下轴承座1安装到工字形桩基22上：下轴承座1的底部有腰形螺栓孔，通过轴承座连接件23上存在与其垂直的螺栓孔，两者通过螺栓连接。通过腰形螺栓孔的定位允许安装时存在一定的平移误差。轴承座连接件23与桩基接触面存在三排两列水平方向且带有一定倾斜的螺栓孔，对应的工字形桩基22表面存在竖直的腰形螺栓孔，两者通过螺栓进行连接。通过腰形螺栓孔允许桩基建设位置存在一定的平移误差。此外轴承座连接件23上的螺栓孔相对水平方向带有一定角度，这是为了平衡桩基建设时产生的垂直度误差。
33.在完成一排光伏支架所有下轴承座1的安装后，即可将方形主轴21安装在下轴承座1上：对于方形主轴21，轴承座滑块3上凹槽的竖直壁面41与方形主轴21间隙配合，凹槽的水平壁面42与方形主轴21紧密配合。由于方形主轴21较长，安装过程通常困难，凹槽的竖直壁面41使用间隙配合可以方便主轴顺利滑入轴承座滑块中间的凹槽。此外，由于下轴承座1的内侧表面为修正后的弧形表面，轴承座滑块3的表面与该表面接触并滑动。在本实施例中，轴承座滑块3与下轴承座1接触的表面不是圆柱形，而是沿轴线有弧度，允许轴承座滑块3与下轴承座1的轴线存在一定的夹角。施工过程中，由于工字形桩基22的安装偏差以及方形主轴21本身由于重力引起的变形，很难保证方形主轴21与轴承的同轴度。如果轴承没有调心功能，将会有较大的安装应力。本发明通过对轴承座滑块3与轴承座滑块3的接触表面进行圆弧修正，使得方形主轴21可以相对省力的放入。
34.当方形主轴21安装完成后，即可在方形主轴21上方卡入带轴承座滑块3的上轴承座2，并将上轴承座2通过螺栓固定在下轴承座1上，完成最终的轴承安装。
35.本发明用于光伏平单轴跟踪支架的轴承具体工作原理如下：
36.在正常工作状态下，轴承需要承担方形主轴21上的力载荷，并允许方形主轴21自由转动。方形主轴21上的力通过水平壁面42传递至轴承座滑块3，并由轴承座滑块3的轴承座滑块圆弧修正面102传递至轴承座圆弧修正面101。轴承座通过轴承座连接件23将力传递至工字形桩基22。当方形主轴21存在滑动时，由于下轴承座1与上轴承座2被螺栓加紧导致轴承座滑块3的凹槽的水平壁面42与方形主轴21紧密接触，水平壁面42将扭矩转递至轴承座滑块3。由于轴承座滑块3的轴承座滑块圆弧修正面102自润滑材料，与轴承座的摩擦较小，仅有少部分扭矩通过摩擦传递至轴承座。由于主轴上扭矩损失较少，故可以自由转动。
37.角度限位：当大风天气来临时，通过控制转动到限位角度，或者风载荷导致轴承转动到限位角度后，限位斜面301与接触斜面302接触。此时传递到轴承座滑块3的扭矩将通过限位块4传递到轴承座，轴承座再将扭矩转递到桩基上。在角度限位状态中，轴承座提供了转动支撑，使得主轴的扭转刚度提升，可以避免产生过大的扭转振动。
38.轴向限位：正常情况下，轴承座滑块3可以延轴承座的轴向方向滑动。但是为了保证轴承正常工作，显然轴承座滑块3不能产生较大的轴向位移使得轴承座圆弧修正面101与轴承座滑块圆弧修正面102脱离接触。在大风天气或者方形主轴21热变形导致轴向位移时，轴承座滑块3在水平壁面42的摩擦力作用下产生轴向位移趋势。当位移达到一定程度时，轴
承座滑块深处面201就会与轴承座侧边202接触。此时轴承座为轴承座滑块3提供轴向限位。
39.本发明针对长跨度平单轴支架安装误差较大的问题，对轴承座滑块进行弧形修正设计。针对单点支撑平单轴支架稳定性问题，在轴承座滑块3上设计有凸出部分，同时起到旋转限位以及轴向限位作用。将轴承座、轴承座滑块以及限位块都使用分离式设计，便于安装。
40.以上所述的仅仅是本发明的较佳实施例，并不用以对本发明的技术方案进行任何限制，本领域技术人员应当理解的是，在不脱离本发明精神和原则的前提下，该技术方案还可以进行若干简单的修改和替换，这些修改和替换也均属于权利要求书所涵盖的保护范围之内。