CC BY
11
Абдурахманов А., Рахимов Р.Х., Маматкосимов М.А.
DOI: 10.33693/2313-223X-2019-6-2-151-156
ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ РАЗРАБОТКИ, СОЗДАНИЯ ЗЕРКАЛЬНО-КОНЦЕНТРИРУЮЩИХ СИСТЕМ НА ПРИМЕРЕ БОЛЬШОЙ СОЛНЕЧНОЙ ПЕЧИ
Абдурахманов Абдужаббар, доктор технических наук, профессор; зав. лабораторией № 2 Института материаловедения Академии наук Республики Узбекистан. Ташкент, Узбекистан. E-mail: aabdujabbar46@mail.ru_
Рахимов Рустам Хакимович, доктор технических наук, профессор; зав. лабораторией № 1 Института материаловедения Академии наук Республики Узбекистан. Ташкент, Узбекистан. E-mail: rustam-shsul@yandex.com,
Маматкосимов Мирзасултан Абдурахимович, доктор технических наук; институт материаловедения Академии наук Республики Узбекистан. Ташкент, Узбекистан. E-mail: mirzasul@mail.ru
Аннотация. Разработан новый метод расчета и ускоренного регулирования оптико-геометрических и оптико-энергетических характеристик сформированного фокального пятна зеркально-концентрирующих систем от отдельных фацет с высокими точностными и юстировочными характеристиками и зон концентратора со сложной конфигурацией Большой Солнечной
Ключевые слова: фокальная зона, параболоидный концентратор, гелиостат, зеркально концентрирующие системы, степень концентрации, фокус, оптико-энергетические параметры.
Необходимость и актуальность разработки, создания и организации эксплуатации для решения специальных задач с помощью уникальных составных крупногабаритных ЗКС (зеркально-концентрирующая система) вытекало из-за противостояния в военной области двух систем - капиталистической и социалистической в 70-х гг. прошлого века. В конце 1960-х гг. мир осознал катастрофические последствия не только применения, но и испытаний все более мощного ядерного вооружения. Были согласованы условия моратория на ядерный взрыв на поверхности земли, под водой и воздухе. Актуальность необходимости противодействия и защиты от ее воздействия, в особенности от светового импульса ядерного взрыва (СИЯВ), остается важной и в настоящее время. Как известно, спектральный состав СИЯВ является близким к спектральному составу лучистого потока солнца и отличается, в основном, высокой плотностью энергии, в отличие от солнечной, поступающей на земную поверхность.
Опыт уплотнения поступающих лучистых потоков существует давно. Этот опыт развивался при разработке крупногабаритных оптических систем и радиотелескопов. В специальных лабораториях научно-исследовательских институтов создавались имитационные установки для испытания оборудования запускаемых искусственных спутников и космических летательных аппаратов, работающих при различных плотностях лучистого потока Солнца, а также в гелиотехнике при создании автономных, относительно небольших размеров ЗКС. Проведение полномасштабных испытаний на световую стойкость, узлов и образцов новой создаваемой военной техники, имеющих достаточно большие размеры, требовало создания соответствующего устройства с равномерной высокой плотностью и мощностью лучистого имитационного потока. Указанная цель привела к необходимости разработки и создания уникального крупногабаритного составного ЗКС технологического назначения в отличие от ЗКС энергетического назначения, используемого в гелиотехнических установках.
Как известно, для достижения высоких значений плотности в фокальной плоскости технологических солнечных ЗКС параболоидной формы требуется:
• достаточно высокое значение точности изготовления оптической отражающей поверхности;
• высокий коэффициент зеркального отражения;
• большое значения апертурного угла до уровня 90°, в отличие от оптических зеркальных телескопов и энергетических гелиотехнических установок.
Оптимальный размер лучевоспринимающей поверхности приемника энергетических гелиотехнических установок для получения оптимального значения КПД приемника апертурный угол составляет не более 45°.
Изготовление оптической отражающей поверхности более чем 45° приводит к резкому увеличению размера пятна рассеяния и при 90° размер пятна становится соизмеримым (равным) размеру миделя отражающей поверхности ЗКС в целом. С учетом закона сохранения энергии лучистого потока, это приводит к значительному перераспределению плотности лучистого потока внутри пятна (перераспределение значительной доли лучистого потока от центральной зоны к краевым зонам, хотя в фокальной точке значение плотности растет все менее значительно при увеличение апертурного угла до значения 90°).
В телескопических системах увеличение значения апертурного угла приводит к размазыванию получаемого изображения рассматриваемого объекта. Поэтому в крупногабаритных телескопических системах стараются увеличить фокусное расстояние для уменьшения значения апертурного угла.
Потребовалась конкретизация вышеуказанных факторов при разработке ЗКС, в особенности для технологических целей, испытания материалов и изделии под воздействием высоких лучистых потоков достаточной мощности и осуществлении синтеза высокотемпературных сверхчистых материалов под воздействием высоких значений плотности лучистых потоков.
ЭНЕРГОУСТАНОВКИ НА ОСНОВЕ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ВИДОВ ЭНЕРГИИ
Без учета вышеуказанных общих положений, многими известными авторами были разработаны предварительные расчетные методики определения распределения плотности лучистого потока в фокальной плоскости ЗКС параболоидной формы.
Проверка и сравнение данных этих расчетных методик на экспериментальных солнечных ЗКС установках с небольшим размером миделя (проектированные зеркала размером до 1,5-5 м), было затруднительно из-за небольшого пятна рассеяния с высоким значением плотности, которые измерить с большой точностью при ранее известных методиках было невозможно. Многие известные предложенные расчетные методы были основаны на представлениях о нормальном законе распределения плотности получаемого пятна рассеяния или вводом эмпирических выражений для определения характера распределения плотности лучистого потока в фокальной плоскости ЗКС параболоидной формы. Экспериментальные результаты, осуществленные при окончательном монтаже французской ЗКС и БСП (Большая Солнечная Печь) в Узбекистане показали значительно заниженные величины плотности в фокальной точке.
Предварительные расчетные методики при включение тех технических возможностей изготовления отражающей поверхности ЗКС (для концентратора 3-4 угл. мин и для гелиостатов с включением ошибок системы слежения Дх = 3-4 угл. мин, где Дх = 466 - пространственное отклонение нормали отражающей поверхности в фокальной точке, дают значения плотности равным 1200 Вт/см2.
После осуществления монтажных и юстировочных работ в 1987 г. ЗКС БСП в Узбекистане, в полученном размере пятна 2г4 тах = 165 см., предварительные измерения показали величину в фокальной точке 765 Вт/см2, намного ниже чем было указанно в предварительных расчетах. Во время осуществления аттестации установки в 1988-1990 г. для приемки комиссией ВПК, нами были осуществлены более точные детальные юстировки фацет концентратора и гелиостатов с помощью усовершенствованных ускоренных методов.
Экспериментально определенное заниженное значение, чем указанные в предварительных расчетных методиках плотности в фокальной точке, вынудили более детально рассмотреть оптическое изображение Солнца в фокальной плоскости параболоида. Оптическое изображение Солнца формируется не на фокальной плоскости, но из-за удаленности Солнца (150 млн км) на расстояние от фокуса на величину х = 0,02 мм. Согласно законам формирования изображения в геометрической оптике из-за очень малого значения х формирование изображения можно считать происходящим в фокальной плоскости. Оптическое изображение Солнца формируется от отраженных от каждой точки параболоида эллиптических отображений, если рассматриваемая плоскость проходит через фокальную точку и расположена перпендикулярно к главной оптической оси параболоида. Величина эллиптического изображения растягивается (увеличивается) при увеличении апертурного угла, то есть каждая элементарная площадка параболоида помимо концентрирования лучистого потока Солнца, растягивает этот поток в эллиптическое изображение, площадь которого увеличивается в зависимости от апертурного угла. Суммирование этих эллипсоидальных изображений и показывает существование характерных зон 0-г0; ¿0-г2; ¿2-г3; 13-г4 и приводит к сумме табличных определенных интегралов, решение которых приводит к аналитическому выражению более точно описывающих получаемые экспериментальные результаты
05.14.08
распределения энергии лучистых потоков Солнца в фокальной плоскости параболоида. Предложенная нами новая методика величины распределения плотности, энергии концентрированного лучистого потока Солнца в фокальной плоскости параболоида, позволила объяснить заниженные значения получаемых экспериментальных результатов в фокальной точке. Например, для ЗКС БСП в место 1200 Вт/см2 полученных на основание применения известных предварительных методиках экспериментально полученных во время аттестации представленной ВПК 1990 г. расчета, величину 765 Вт/см2 при новом предлагаемом в первые нами методе расчета .
Начало эксплуатации показало необходимость осуществления регулярного контроля измерения и исправления нарушений оптико-геометрических и оптико-энергетических параметров отдельных зон концентратора работающих совместно с отдельным гелиостатом. Предложенный нами метод удобен и при определение эксплуатационных характеристик отдельных зон концентратора, работающих совместно с одним из 62 гелиостатов, хотя каждый гелиостат на поверхность концентратора направляет одинаковое количество энергии лучистых потоков Солнца, но в течение дня этот поток существенно меняется из-за изменения угла склонения Солнца. Эксплуатация ЗКС БСП показала, что с течением определенного времени регулярных работ оптико-геометрические и оптико-энергетические характеристики ухудшаются.
Если были бы методы мгновенного восстановления синхронной работы 62 гелиостатов и точности характеристик оптических отражающих поверхностей состоящих из 12 090 фацет гелиостатов и 10 700 фацет концентратора одновременно, можно было бы приблизится к тем завышенным предварительным известным методом расчета распределения плотности концентрированного лучистого потока Солнца в фокальной плоскости ЗКС БСП.
Уже при запуске системы в особенности прикомандированными специалистами разработчиками электронной части попросили 1 месяц для каждого из 62 гелиостатов с учетом и обеспечения постоянства направления, параллельности отраженных от гелиостатов Солнечных лучистых потоков к главной оптической оси концентратора в пределах погрешности 1 угл. мин. Это погрешность была заложена в проекте. Такой подход потребовало бы запуска установки в течение двух лет, как при запуски аналогичной ЗКС во Франции. Нашими специалистами предложен оригинальный ускоренный оптический метод совмещения направления отраженных лучистых потоков от гелиостатов и синхронизация этого направления для всех 62 гелиостатов в течение двух дней вместо месяца экспериментального определения для одного гелиостата, как было предложено до этого.
Позже регулярная эксплуатация ЗКС БСП показала, что нарушение синхронного управления всеми 62 гелиостатами происходит уже в течение 15-20 дней на 3-4 угл. мин.
Это нарушение приводит к уходу пятна рассеяния в фокальной плоскости на 10-15 см от фокальной точки. Такой уход связан с температурными изменениями в течения дня, консольного расположения датчиков слежения перед гелиостатами, а также из-за динамических нагрузок во время слежения достаточно большого размера (7,5 х 6,5 м) оптической отражающей поверхности.
Нами в течение двух месяцев были собраны все электронные части и осуществлена синхронизация работы всех 62 гелиостатов.
Абдурахманов А., Рахимов Р.Х., Маматкосимов М.А.
Одним из важных задач является формообразование отдельных фацет с кривизной соответствующей конкретному местоположению на параболоидной поверхности. Из-за малости кривизны отдельных фацет в пределах 1,5-2,5 мм по отношению к центру, при размере ромбовидной фацеты размером 440 х 440 мм как наиболее подходящими, является способ холодной деформации с помощью 4-х корректирующих винтов. Оптимальное местоположение этих 4 винтов было определено экспериментальным способом.
Контроль формообразования определялся контактным методом с помощью 42 мкм на специальном устройстве - стенде. Для ускорения процессов формообразования всей оптической поверхности концентратора состоящей из 10 700 фацет было предложено разбиение этой поверхности на 10 типоразмеров и на основание этого было создано 10 стендов. Недостатками такого метода являются:
• длительность процесса осуществления контроля формообразования с помощью 42 мкм;
• в фацетах концентратора оптическое отражение осуществляется от тыльной поверхности. В контактном методе формообразование осуществляется с наружной стороны фацеты, то есть контролируется не отражающая поверхность. Это различие является существенным. Нами предложена методика формообразования и контроля бесконтактным оптическим методом. Фацета освещается искусственным имитационным источником размером 500 х 500 с угловым расхождением как у Солнца, - 32 угл. мин. Через две зеркальные системы, которые обеспечивают местоположение фацеты относительно фокуса концентратора и полученное отражение пятна проецируется на экран.
На экране размер пятна приводится с помощью корректирующих винтов к расчетной величине, которая заранее определяется в центре экрана. На экране установлен регистратор (на основе фотометрического измерителя). По максимуму получаемого сигнала, осуществляется дополнительная коррекция формообразования фацеты.
Таким способом в день можно осуществить формообразование до 20-25 фацет. Предложенный эксплуатационный метод формообразования был необходим из-за постепенного нарушения характеристик уже установленных фацет с течением времени, а также эксплуатационного боя отдельных фацет. Первые годы эксплуатации ЗКС БСП показали, что в год около 500 фацет необходимо заменить только из-за боя. В настоящее время предложена более прогрессивная методика формообразования и осуществления юстировки отдельных фацет одновременно с помощью стационарно установленного на гелиостатной полке протяженного источника. Параллельность к главной оптической оси концентратора БСП осуществляется с помощью перемещения вертикально поднимающейся платформы специальной машины. Регистрация формообразования и контроль, а также совмещение этого изображения осуществляется на специальном экране, вращающимся вокруг фокальной точки поверхности, с камерой-обскурой, установленной за центральным отверстием, совпадающим с фокальной точкой.
Поверхность экрана размером 500 х 500 мм имеет 62 отверстия и может регистрировать лучистый поток от отдельных зон концентратора, работающего совместно с отдельным гелиостатом. Эти экспресс-ускоренные методы были необходимы для измерения характеристик отдельных зон концентратора, работающего с гелиостатом, потоки энергии которого менялись в течение дня из-за изменения азимутального и меридионального угла поворота во время сле-
жения за Солнцем. Во время первичной сборки и монтажа плоская поверхность отдельных гелиостатов, состоящих из 195 фацет размером 500 х 500 мм приводился в единую отражающую плоскую поверхность с определенной точностью, т.е. юстировки отдельных элементов фацет.
Суть методики юстировки основана на перемещении юстировщика и автоколлиматора на специальном устройстве закрепленном на двигающейся платформе вдоль и вниз. При каждом перемещении платформы углы поворота автоколлиматора контролировались по удаленному объекту. После этого автоколлиматор разворачивался на заранее настроенные пространственные углы. Определялось автоколлимационное отраженное от юстируемой фацеты изображение перекрестка автоколлиматора, совмещенное с реальным перекрестием с помощью трех юстировочных винтов фацеты.
Такой способ юстировки потребовал 3-4 дней для одного гелиостата и больше одного года для 62 гелиостатов.
В связи с этим, была предложена и запущена методика с использованием специальной марки размером 14 х 13 м и установленной на верхней площадке концентратора. На поверхности марки установлены через каждый метр 195 осветительных источников. Наблюдательное помещение находится в центральной зоне марки и через зрительную трубу наблюдатель определяет местоположение каждого источника на заранее рассчитанной точке поверхности фацет.
При неправильном расположение видимого изображения соответствующего источника через зрительную трубу, наблюдатель оповещает юстировщика находящегося около гелиостата, который и осуществляет юстировку каждой фацеты пока изображение источника не расположится точно в расчетном месте. Контроль и оповещение юстировщика осуществляет наблюдатель.
Точность такого метода очень высока из-за удаленной марки от гелиостата (250-370 м) но при этом изображение источников из-за неточности поверхности фацет, при таких расстояниях размазывается или видны изображения рядом расположенных источников. (вогнутость или выпуклость). Кроме того, непрерывность юстировочных работ, которые являются необходимым условием эксплуатации ЗКС, при применение вышеуказанного метода нарушается из-за климатических условий (туман, дождь, снег, а также частые нарушения связи между наблюдателем и юстировщиком и т.д.)
В настоящее время предложена более прогрессивная методика осуществления непрерывных работ по юстировке фацет гелиостатов. На перемещающей вверх-вниз платформе автокара установлены 4 зеркала размером 0,5 х 0,5 м, которые направляют на поверхность фацеты протяженный лучистый поток от стационарно установленного имитатора солнечного излучения. Принцип основан на свойствах уголковых отражателей. Грубые перемещения платформы вверх-вниз, а также движение автокара, где установлена платформа вдоль поверхности юстируемого гелиостата, не влияют на направление лучистого потока от стационарно установленного имитатора на поверхность каждой фацеты. После отражения от юстируемой фацеты, при правильном ее расположение, лучистой поток должен возвратится на специальный экран установленный перед протяженным имитатором лучистого потока Солнца.
В этом методе отсутствует наблюдатель, сам юстировщик осуществляет наблюдение возвратившего отраженного протяженного потока излучения, что резко сокращает процесс юстировки отдельной фацеты, а также при соответствующей
ЭНЕРГОУСТАНОВКИ НА ОСНОВЕ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ВИДОВ ЭНЕРГИИ
организации процесса юстировки, не зависит от климатических условий работы. Вышеуказанные преимущества позволяют в 2-3 раза ускорить процесс юстировки фацет гелиостата.
Эксплуатационные условия регулярной работы ЗКС БСП показали, что эффективность юстировочных работ резко повышается при одновременном или хотя бы последовательном осуществление юстировки отдельной зоны концентратора и соответственно работающего совместно с этой зоной гелиостата.
Методика юстировки отдельных зон концентратора ЗКС БСП в процессе длительной эксплуатации существенно обновилась.
Первоначально была предложена независимая, не мешающая дневным эксплуатационным работам ночная методика с помощью специального источника, устанавливаемого в фокальную точку, который освещает определенный блок концентратора, отраженный от каждой фацеты лучистый поток направляется предварительно отмеченную зону соответствующего гелиостата. За ночь группа техников в осуществляла юстировку фацет только одного блока. Для однократной юстировки всей оптической поверхности требуется почти год, что является недопустимым из-за постепенного выхода из оптимума уже проюстированных зон.
Поэтому для ускорения процесса юстировки была разработана дневная методика. Поступающий от гелиостата лучистый поток Солнца направляется отдельной фацетой на фокальную точку концентратора, где находится специальный экран-регистратор. Положение пятна рассеяния от отдельных фацеты (в виде круга для центральной зоны концентратора до эллипсоидального изображения в зависимости от апертурного угла, доходящего от г0 = 24 см до г4 = 0,85 см для БСП) совмещается с фокальной точкой. Затруднения выставления пятна расселения происходит, в основном, для фацет расположенных на больших значениях апертурного угла, доходящего до 75°.
Устранение этих недостатков осуществлено применением специального экрана, вращающего вдоль горизонтальной и вертикальной осей, проходящих через фокальную точку. Устанавливая поверхность экрана перпендикулярно к направлению юстируемой зоны можно сократить размер получаемого при перпендикулярном расположение поверхности экрана относительно главной оптической оси концентратора. Уточнение место положения отдельной фацеты зоны было осуществлено с применением камеры обскура за отверстием диаметром 2 мм в центре экрана, совмещенной с фокальной точкой концентратора. На матовом экране камеры-обскуры видны изображения до 30-40 фацет юстируемой зоны. Уточняя эти положения, наблюдатель сигнализирует юстировщику о прекращение юстировки каждой фацеты. Процесс юстировки предложенным методом составляет 6-7 блоков в течение дня.
Недостаток этого метода заключается в занятости ЗКС БСП в течение проводимых юстировочных работ. Кроме того, этот метод не применим при облачных днях.
В настоящее время создана методика юстировки фацет концентратора с использованием стационарно установленного протяженного источника излучения размером 0,5 х 0,5 м, имитирующего солнечный лучистый поток на соответствующих гелиостатных полках. Переход с одной фацеты на другую и сохранение параллельности поступающего на юстируемую фацету протяженного лучистого потока от имитатора, осуществляется перемещением кары и платформы на ней с четырьмя уголковыми отражателями.
05.14.08
Необходимо отметить, что последовательность юстировки отдельного гелиостата и соответствующей зоны концентратора является наиболее эффективной с точки зрения получения наиболее высоких значений вклада оптика - энергетические характеристики общего пятна рассеяния в фокальной плоскости концентратора.
Измерения оптико-энергетических характеристик фокального пятна в течение длительного периода эксплуатации аналогичны известным методам. Во время запуска и в начале эксплуатации был применен специальный точечный радиометр, установленный и перемещающийся в горизонтальном направлении на специальном охлаждаемом устройстве.
К недостаткам радиометрических измерений можно отнести следующее.
С помощью радиометров измеряются потоки плотностью до 200-250 Вт/см2. Поэтому мы не смогли организовать измерения лучистого потока от всего концентратора БСП где уровень плотности в фокальной точки достигает величину 760-800 Вт/см2. Поэтому измерения были осуществлены от отдельного гелиостата, а также от отдельной полки, где максимум энергии от 9-и гелиостатов находится в пределах 200 Вт/см2.
Инерционность и длительность осуществляемых измерений по точкам пятна размером до 1,5 м достигает 10-15 мин. За это время происходит большие изменения в плотности падающего лучистого потока Солнца, что существенно влияет на достоверность получаемых результатов. Здесь необходимо отметить, что, во время достаточно длительного срока измерений, плотность поступающего на концентратор от отдельных гелиостатов в течении времени слежения, из-за изменения зенитально-азимутального угла поверхности гелиостатов, изменяется лучистый поток на оптическую поверхность концентратора. Это приводит к тому, что достоверность радиометрических измерений не соответствует истине.
• Применение колориметрических измерений для пятна размером 1,5 м нереально, кроме того этот метод аналогично радиометрическим методам занимает много времени и достоверность измерений находится на низком уровне.
• Одним из прогрессивных и ускоренных методов измерения плотности пятна рассеяния осуществляется с помощью разработанной нами методике, основанной на использования специального анализатора фокального пятна. Установка обеспечивает измерение на достаточно далеком расстоянии. В нашем случае, установка находиться в пирометрическом помещение в центральной зоне концентратора.
Сигнал анализатору поступает от отраженного лучистого потока, идущего от специального диффузноотражающего охлаждаемого экрана, установленного в фокальной плоскости концентратора. Для наглядности изображение пятна рассеяния передается к монитору другой установки (телевизионная измерительная система ТИС).
Суть работы анализатора фокального пятна основана на сравнении отраженного сигнала от диффузного экрана и стандартизованного сигнала источника в специальном фотометрическом шаре. Сигнал, поступающий на анализатор можно пропустить через 12 цветовых фильтров для определения долевого участия в формирование фокального пятна спектрального состава поступающего излучения. Создание телевизионной системы измерения дополнительно дает возможность наглядно установить синхронность работы
Абдурахманов А., Рахимов Р.Х., Маматкосимов М.А.
каждого гелиостата с другими, которые возникают из-за различного влияния температурных колебаний для каждого гелиостата индивидуальных динамических нагрузок для каждого гелиостата, а также изменений, которые возникают из-за несоответствия оптической оси отражающей поверхности гелиостатов с реальными механическими осями гелиостатов. Из-за невозможности точного совмещения этих осей, необходимо уточнять и учитывать эти несоответствия. С течением времени регулярных работ системы слежения расхождения индивидуальны для каждого гелиостата.
Точка максимальной плотности от каждого из 62 гелиостатов, которая только для центрального 26 гелиостата находится в центре пятна. Для остальных гелиостатов центр пятна рассеяния не соответствует центру максимальной плотности (из-за эллиптичности получаемых изображений Солнца в фокальной плоскости с различными значениями г0, г2, г3, Г4). Точка максимальной плотности должна находиться в фокальной точке концентратора и это достигается путем осуществления параллельности поступающей от отдельного гелиостата лучистого потока к главной оптической оси концентратора. Необходимость постоянного контроля и корректировка отклонений от центра пятна рассеяния является обязательным условием синхронной работы всех гелиостатов.
Нами разработан ускоренный оптической метод осуществления синхронной работа 62 гелиостатов, которая позволила в течении 1-2 дней обеспечить этот процесс.
Очень важной работой является создание банка данных и его изменение с течением времени регулярной работы системы слежения, оптико-геометрических (размерность получаемого пятна рассеяния в виде близкой к эллипсоиду вращения) и оптико-энергетического распределения энергии концентрированного лучистого потока не только для всей ЗКС БСП, но также для каждой отдельной зоны концентратора, работающего совместно с соответствующим гелиостатом; и для каждой фацеты концентратора и гелиостатов, суммированием которых и формируется фокальное пятно рассеяния системы.
В настоящее время для контроля состояния отдельных фацет зоны концентратора разработана обобщенная независимая от Солнца методика осуществления контроля и одновременного осуществления доюстировочных работ с помощью стационарно установленной на гелиостатных полках (количество полок - 8) специального имитатора, обеспечивающего протяженным лучистом потоком размером 0,5 х 0,5 м с угловым расхождением 32 мин. Необходимое направление на каждую фацету концентратора осуществляется с помощью четырех уголковых отражателей размером 0,5 х 0,5 м, перемещающихся вдоль с помощью кара перпендикулярно к главной оптической оси концентратора и вертикально с помощью поднятия или опускания платформы, установленной на каре. При этом грубые перемещения устраняются с помощью указанных уголковых отражателей. Регистрация осуществляется с помощью специального экрана размером 500 х 500 мм центр которого совмещается с фокальной точкой и имеет возможность поворота относительно этой точки в двух взаимно перпендикулярных осях, что позволяет установить поверхность экрана перпендикулярно поступающему лучистому потоку от отдельной зоны концентратора.
Ранее был изготовлен охлаждаемый экран с 62 конусообразными отверстиями диаметром 2 мм и с углом конусности 74 градуса. Позади этого отверстия находится фотометрический шар с фотоэлементом. Такая система не может регистрировать косые падающие потоки от зон кон-
центратора, при вертикальном расположение поверхности экрана относительно главной оптической оси. Размер экрана 0,5 х 0,5 м не позволяет регистрировать пятно рассеяния размером 1,5 м от всего концентратора.
В 62 фотометрических шарах измерения количество поступающего лучистого потока, сравнивается с потоком излучения искусственных стандартных излучателей.
В настоящее время эту процедуру можно осуществить, направив на поверхность лучистый поток от имитационной установки с дальнейшей регистрацией сигналов от фотоэлементов, которые находятся внутри каждого из 62 аров посредством персонального компьютера. Эти процедуры позволили создать банк данных от соответствующей зоны концентратора, работающего с отдельным гелиостатом. За экраном устанавливается камера обскура. Изображение пятна рассеяния, получаемого от отдельной зоны концентратора на полупрозрачном экране внутри обскуры направляется на монитор компьютера, где можно наблюдать изображение отдельных фацет рассматриваемой зоны концентратора, если состояние не соответствует (яркость поступающего от фацеты или отсутствие сигнала) действительности, осуществляется юстировка этой фацеты. Этот метод позволяет не только проводить измерение, но также и юсти-ровочные работы контролируемой зоны. Проведенные многолетние последовательные развития методов контроля, юстировки позволили не только сохранить, но и улучшить оптико-геометрические и оптико-энергетические характеристики концентратора.
Следует отметить, что ухудшение общего коэффициента зеркального отражения в среднем на величину от 0,75 до 0,66 для фацет концентратора и от 0,7 до 0,6, для фацет гелиостатов с начала времени эксплуатации, удалось компенсировать проведением вышеуказанных регулярных работ.
Кроме того, это позволило расширить функциональные возможности БСП не только как технологического, но и энергетического назначения:
1. Расчеты и экспериментально установлены размерности как более равномерного и высокотемпературного нагрева при синтезе различных материалов, а также определена наиболее эффективная зона энергетического назначения.
2. Переделка системы слежения с переводом аналогового сигнала в цифровой и обеспечения программного управления, позволили существенно расширить не только дневную, но и ночную эксплуатацию БСП.
3. Расчеты и экспериментально определенные точности отражающей оптической поверхности позволили провести обнаружение и измерение характеристик вторичного Черенковского излучения гамма источников ночного неба.
4. Осуществлено исследования в области получения тепловой, электрической энергии и водорода, как энергоносителя одновременно с помощью концентрированного лучистого солнечного потока с коэффициентом полезного действия до 66%.
5. Получено лазерное излучение за счет преобразования концентрированного солнечного излучения иттрий-алюминий-гранатовым элементом. Увеличив количество активных элементов до 10, можно достичь мощности лазерного излучения 500 Вт.
6. Разработана система, позволяющая получать многократные импульсы концентрированного лучистого потока Солнца различной длительности и мощности для
POWER
05.14.00
POWER STATIONS ON THE BASIS OF RENEWABLE ENERGY
решения ряда задач. В частности, для определения старения поверхности изделий новой разработанной техники и материалов ускоренным методом.
7. Аналоговый сигнал переведен в цифровой для программного без датчиков слежения за объектами ночного неба.
Обобщая вышеизложенное, можно отметить, что созданы методики, позволяющие ускоренную и более точную настройку. В результате удалось увеличить период эксплуатации ЗКС БСП без ухудшения оптико-геометрических и оптико-энергетических характеристик.
Выводы
1. Предложена обобщенная новая методика расчета оптико-геометрических и оптико-энергетических характеристик фокального пятна, отличающаяся от ранее известных методов, на основе получаемого оптического изображения Солнца в около фокальной области, в широко апертурных параболоидных, параболо-цилиндрических а также френелевских ЗКС. Получены аналитические выражения более точно описывающие экспериментальные результаты измерения, не только для крупногабаритного составного концентратора, но и его отдельных зон, отдельной фацеты на примере эксплуатации ЗКС БСП.
05.14.08
2. Показаны и определены отличительные характеристики ЗКС технологического и энергетического назначения.
3. Создан прогрессивный, ускоренный, точный комплекс методов измерения оптико-геометрических и оптико-энергетических характеристик отдельных зон, а также всего устройства.
4. Разработан более прогрессивный ускоренный и более точный комплекс методов юстировки отдельных фацет крупногабаритных составных ЗКС и гелиостатов.
Литература
1. Rakhimov R.Kh., Ermakov V.P., Rakhimov M.R., Latipov R.N. Method of drying raw cotton IAP 04881 / Decision on the grant of patent No 3263, dated March 28, 2014.
2. Rakhimov R.Kh., Ermakov V.P, Rakhimov M.R. Film-ceramic composite for solar dryers IAP 2011 0375 (22) 24.08.2011.
3. Rakhimov R.Kh., Ermakov V.P., Method for the preparation of active calcium citrate. The decision to grant a patent on May 13, 2014.
4. Абдурахманов А.А., Рахимов Р.Х., Маматкосимов М.А., Кучка-ров А.А. Методика расчета геометрических и энергетических параметров фокального пятна от отдельных зон концентратора со сложной конфигурацией миделя // Comp. nanotechnol. 2019. № 1. С. 69-74.
5. Rakhimov R.Kh., Hasanov R.Z., Yermakov V.P. Comparative frequency characteristics of vibrations generated by the functional ceramics and cavitation generator // Comp. nanotechnol. 2018. № 4. Р. 57-70.
DOI: 10.33693/2313-223X-2019-6-2-151-156
THE MAIN STAGES OF DEVELOPMENT, CREATION OF MIRROR-CONCENTRATING SYSTEMS ON THE EXAMPLE OF A LARGE SOLAR FURNACE
Abdurakhmanov Abdujabbar, doctor of technical Sciences, Professor; head laboratory 2 of the Institute of materials Science of the Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan. Tashkent, Uzbekistan. E-mail: aabdujabbar46@ mail.ru
RakhimovRustam Khakimovich, doctor of technical Sciences, Professor; head laboratory 1 of the Institute of materials Science of the Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan. Tashkent, Uzbekistan. E-mail: rustam-shsul@ yandex.com
Mamatkasimov Mirzasultan Abdurahimovich, doctor of technical Sciences; of the Institute of materials Science of the Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan. Tashkent, Uzbekistan. E-mail: mirzasul@mail.ru
Abstract. A new method of calculation and accelerated regulation of optical-geometric and optical-energy characteristics of the formed focal spot of mirror-concentrating systems from individual facets with high accuracy and alignment characteristics and concentrator zones with a complex configuration of a Large Solar Furnace was developed
Key words: the focal zone, parabolic concentrator, heliostat, mirror concentrating systems, concentrating degree, focus, optical and energy parameters.
Reference list
1. Rakhimov R.Kh., Ermakov V.P, Rakhimov M.R., Latipov R.N. Method of drying raw cotton IAP 04881 / Decision on the grant of patent No 3263, dated March 28, 2014.
2. Rakhimov R.Kh., Ermakov V.P, Rakhimov M.R. Film-ceramic composite for solar dryers IAP 2011 0375 (22) 24.08.2011.
3. Rakhimov R.Kh., Ermakov V.P., Method for the preparation of active calcium citrate. The decision to grant a patent on May 13, 2014.
4. Abdurakhmanov A.A., Rakhimov R.Kh., Mamatkosimov M.A., Kuchkarov A.A. Method of calculating the geometric and energy parameters of the focal spot from the individual zones of the hub with a complex mid-center configuration // Comp. nanotechnol. 2019. № 1. P. 69-74.
5. Rakhimov R.Kh., Hasanov R.Z., Yermakov V.P. Comparative frequency characteristics of vibrations generated by the functional ceramics and cavitation generator // Comp. nanotechnol. 2018. № 4. P. 57-70.
