Типы солнечных торсионных труб
В зависимости от конструкции и назначения, несущие трубы для солнечных установок могут иметь различную форму сечения, в том числе круглую, квадратную или восьмигранную. Они существенно различаются по прочности, эксплуатационным характеристикам и стоимости. В следующих разделах представлен подробный обзор каждого типа.
Размеры трубчатых валов круглого сечения
Стандарты: ASTM A500 Gr.B / Gr.C, ASTM A53, EN 10219 S235 / S355, GB/T 3091 / Q235 / Q355.
Преимущества: Низкая стоимость производства, стабильность поставок
Отработанная технология производства, возможность выпуска в больших объемах.
Ограничения: Низкая прочность, склонность к деформации, непригодность для конструкций, подверженных высоким нагрузкам.
Подходит для небольших систем крепления фотоэлектрических модулей; не подходит для трекерных систем с большими пролетами.
Размеры: Наружный диаметр: 76 – 168 мм; толщина стенки: 2,5 – 6,0 мм
| Внешний диаметр (мм) | Толщина стенки (мм) | Масса (кг/м) | Стандартная марка стали | Длина (м) |
| 76 | 2,5 – 4,0 | 4,5 – 7,2 | A500 / Q235 | 6 – 12 |
| 89 | 2,5 – 5,0 | 5,8 – 10,5 | A500 / Q355 | 6 – 12 |
| 102 | 3,0 – 5,0 | 7,5 – 13,8 | A500 / S355 | 6 – 12 |
| 114 | 3,0 – 6,0 | 9,0 – 18,5 | A500 / Q355 | 6 – 12 |
| 127 | 3,5 – 6,0 | 11,2 – 22,0 | A500 / S355 | 6 – 12 |
| 168 | 4,0 – 6,0 | 16,5 – 30,0 | A500 / A572 | 6 – 12 |
Квадратные торсионные трубы
Стандарты: ASTM A500 Gr.B / Gr.C, EN 10219 S235JR, GB/T Q355B
Технология производства: Холодное формование и высокочастотная электросварка
Преимущества: Высокая жесткость на изгиб и твердость
Хорошая устойчивость, подходит для конструкций, рассчитанных на высокие нагрузки.
Особенности: Повышенное ветровое сопротивление из-за квадратного сечения; более низкий коэффициент использования материала.
Подходит для солнечных электростанций средней мощности.
Диапазон размеров: 100×100 – 200×200 мм; толщина стенки: 3,0 – 8,0 мм
| Размер (мм) | Толщина стенки (мм) | Масса (кг/м) | Марка стали | Длина (м) |
| 100×100 | 3,0 – 5,0 | 9,0 – 15,5 | Q235 / Q355 | 6 – 12 |
| 120×120 | 3.0 – 6.0 | 11.0 – 21.0 | S355 / Q355 | 6 – 12 |
| 130×130 | 3.5 – 6.0 | 13.5 – 24.5 | Q355 / A500 | 6 – 12 |
| 150×150 | 4.0 – 6.0 | 16.0 – 30.0 | S355 / A572 | 6 – 12 |
| 180×180 | 4.5 – 8.0 | 21.0 – 40.0 | A572 / S355 | 6 – 12 |
| 200×200 | 5.0 – 8.0 | 25.0 – 45.0 | A572 / Q355 | 6 – 12 |
Восьмигранная торсионная труба — таблицы размеров
Стандарты: ASTM A500 Gr.B / Gr.C, ASTM A572, EN 10219 S355, GB/T Q355B
Технология производства: Прецизионная профильная формовка, высокочастотная электросварка
Преимущества: Оптимальная устойчивость к кручению
Равномерное распределение напряжений, снижение деформации конструкции
Высокая совместимость с системами слежения за солнцем (трекерами)
Области применения: Регионы с сильными ветрами, солнечные электростанции в пустынных районах, крупные наземные солнечные электростанции
Размеры: Диагональ: 100 – 160 мм, толщина стенки: 3,0 – 6,0 мм
| Размер под ключ (мм) | Толщина стенки (мм) | Масса (кг/м) | Марка стали | Длина (м) |
| 100 | 3,0 – 4,0 | 8,5 – 12,5 | Q355 / A500 | 6 – 12 |
| 110 | 3.0 – 4.5 | 9.8 – 14.8 | S355 / A572 | 6 – 12 |
| 120 | 3.0 – 5.0 | 10.5 – 18.0 | Q355 / A500 | 6 – 12 |
| 130 | 3.5 – 5.0 | 12.8 – 20.5 | S355 / A572 | 6 – 12 |
| 140 | 4,0 – 6,0 | 16,2 – 26,5 | Q355 / S355 | 6 – 12 |
| 150 | 4,0 – 6,0 | 18,5 – 30,0 | A572 / S355 | 6 – 12 |
| 160 | 5,0 – 6,0 | 23,8 – 36,0 | A572 / Q355 | 6 – 12 |
В целом, каждая форма трубы имеет свои преимущества и недостатки. Выбор подходящего типа трубы, работающей на кручение (Solar Torque Tube), должен основываться на условиях эксплуатации, сроке службы и масштабе проекта. По показателю сопротивления кручению формы располагаются в следующем порядке (от наибольшего к наименьшему): восьмигранная, прямоугольная и круглая. Пожалуйста, свяжитесь с нами, если у вас возникнут вопросы касательно выбора.
Общие стандарты для солнечных торсионных труб
Различные стандарты устанавливают разные эксплуатационные характеристики. В зависимости от выбранной марки стали и технологии производства изготавливаются различные виды стальных труб. Ниже представлен обзор механических свойств торсионных труб для солнечных установок, соответствующих различным стандартам.
| Стандарт | Марка | Предел текучести (МПа) | Предел прочности (МПа) | Относительное удлинение (%) | Уровень прочности | Типичное применение (трубы, воспринимающие крутящий момент в солнечных установках) |
| ASTM | A500 Gr.B | ≥ 315 | ≥ 400 | ≥ 23% | Средний | Стандартные конструкции для солнечных установок |
| A500 Gr.C | ≥ 345 | ≥ 425 | ≥ 21% | Высокая | Промышленные системы слежения за солнцем | |
| ASTM | A572 Gr.50 | ≥ 345 | 450 – 620 | ≥ 18% | Высокая | Высоконагруженные конструкции / районы с сильными ветрами |
| EN | S235JR | ≥ 235 | 360 – 510 | ≥ 26% | Низкая | Легкие конструкции / системы с низкими нагрузками |
| S355JR | ≥ 355 | 470 – 630 | ≥ 22% | Высокая | Стандартные торсионные трубы для солнечных установок | |
| EN | S355J2 | ≥ 355 | 470 – 630 | ≥ 22% | Высокая | Холодный климат / проекты с повышенными требованиями |
| JIS | STKR400 | ≥ 245 | ≥ 400 | ≥ 23% | Средняя | Базовые конструкционные применения |
| STKR490 | ≥ 325 | ≥ 490 | ≥ 23% | Высокая | Промышленные системы / системы повышенной прочности | |
| GB/T | Q235B | ≥ 235 | 370 – 500 | ≥ 26% | Низкая | Экономичные конструкции для солнечных электростанций |
| GB/T | Q355B | ≥ 355 | 470 – 630 | ≥ 21% | Высокая | Стандартный материал для несущих труб (торсионных валов) солнечных установок |
- Предел текучести является ключевым параметром при проектировании несущих конструкций (торсионных труб) для солнечных установок.
- Для крупномасштабных промышленных систем слежения за солнцем предпочтительно использование высокопрочной стали.
- Наиболее распространенными в мире марками стали являются Q355B, S355JR и ASTM A500 Gr. C.
- Выбор материала зависит от ветровой нагрузки, длины пролета и конструкции системы слежения.
Несущая способность солнечной трубы-опоры (торсионной трубы) при кручении
В системах крепления фотоэлектрических модулей несущая труба (Solar Torque Tube) служит основным элементом, передающим нагрузку. К числу основных сил, действующих на нее, относятся крутящий момент, изгибающий момент, осевая нагрузка и ветровая нагрузка. Формула для расчета несущей способности на кручение выглядит следующим образом:
- τ = Напряжение сдвига (МПа)
- T = Крутящий момент (Н·мм или кН·м)
- r = Внешний радиус трубы (мм)
- J = Полярный момент инерции (мм⁴)
Выбор марки стали: S235JR — базовая марка; S355JR / S355J2 — наиболее распространенные марки; Q355B / Q420 — высокопрочные марки; ASTM A500 Gr.B / Gr.C.
Типичные диапазоны допустимого крутящего момента
Типичные диапазоны допустимого крутящего момента
Системы слежения за солнцем малого масштаба
· Диапазон крутящего момента: 1–5 кН·м
· Диаметр трубы: Ø60–Ø120 мм
· Толщина стенки: 2,0–4,0 мм
Электростанции промышленного масштаба (средней мощности)
Диапазон крутящего момента: 5 – 20 кН·м
Диаметр трубы: Ø120 – Ø200 мм
Толщина стенки: 3,0 – 6,0 мм
Крупномасштабные проекты в районах с сильными ветрами (пустынные / прибрежные зоны)
Диапазон крутящего момента: 20 – 60 кН·м
Диаметр трубы: Ø180 – Ø300 мм
Толщина стенки: 5,0 – 10,0 мм
Сверхкрупные системы слежения (конструкция для высоких нагрузок)
Диапазон крутящего момента: 60 – 120+ кН·м
Диаметр трубы: Ø250 – Ø400 мм
Толщина стенки: 8,0 – 16,0 мм
Обработка поверхности торсионной трубы для солнечных установок
Толщина цинкового покрытия: 65–100 мкм (стандарт); 100–120 мкм для проектов с повышенными требованиями.
Срок службы: 20–30 лет.
Условия эксплуатации: пустынные районы с высокими температурами и сильными ветрами, прибрежные зоны с высоким риском коррозии, регионы с повышенной влажностью, а также крупные наземные солнечные электростанции.
Особенности: высокая адгезия цинкового покрытия; сохранение коррозионной стойкости даже при наличии незначительных царапин. Умеренная стоимость.
Толщина цинкового покрытия: 20–30 мкм
Срок службы: 8–15 лет
Подходящие условия эксплуатации: регионы с относительно мягким климатом или временные сооружения
Ограничения: отсутствие цинкового покрытия на срезах, из-за чего они подвержены коррозии; не подходит для длительного воздействия агрессивных сред; относительно низкая стойкость.
Толщина покрытия: 60–120 мкм.
Обычно используется в качестве дополнительного защитного слоя.
Характеристики: привлекательный внешний вид с возможностью выбора цвета; хорошая начальная коррозионная стойкость.
Недостатки: низкая ударопрочность; склонность к старению под воздействием УФ-излучения; не применяется самостоятельно; требует сочетания с другими методами защиты от коррозии.
Защита от коррозии — это задача, актуальная для всех трубопроводов. Важно отметить, что нанесение защитного покрытия на наружную поверхность трубы не должно нарушать ее габаритные размеры или ухудшать эксплуатационные характеристики. Зоны сварных соединений требуют дополнительной защиты.
Применение: торсионные трубы для солнечных установок
Крупномасштабные наземные солнечные электростанции
В проектах мощностью от 10 МВт до 500 МВт и более могут применяться системы слежения за солнцем с одной или двумя осями вращения, в которых несущие трубы (торсионные балки) проходят через весь массив фотоэлектрических модулей. Это обеспечивает синхронное движение всей конструкции, повышает эффективность улавливания солнечного излучения и снижает риск усталостного разрушения элементов.
Опорные конструкции для фотоэлектрических систем слежения за солнцем
При использовании в качестве приводного вала труба, передающая крутящий момент, обеспечивает возможность регулировки в диапазоне ±45°–60°, минимизирует деформацию и отличается сроком службы более 25 лет.
Навесы для автомобилей с солнечными панелями
В таких проектах несущие элементы (торсионные трубы) для солнечных панелей обычно изготавливаются из труб круглого или квадратного сечения. Эти трубы отличаются умеренной прочностью, превосходной коррозионной стойкостью, эстетичным внешним видом и достаточной несущей способностью.
Сельскохозяйственные фотоэлектрические системы
Данная сфера применения предъявляет высокие требования к коррозионной стойкости несущей трубы солнечной установки, поскольку она эксплуатируется в течение длительного времени в условиях высокой влажности и агрессивной среды. Кроме того, конструкция должна быть адаптирована к сложному рельефу местности.
FAQ
Преимущества солнечной трубы кручения
Повышенная выработка электроэнергии
Более эффективное использование углов падения солнечных лучей
· Одноосевое слежение: +15–20%
· Двухосевое слежение: +20–25%
Высокая устойчивость конструкции
· Отсутствие деформации при больших пролетах
· Отсутствие усталостного разрушения в процессе длительной эксплуатации
· Обеспечение точного выравнивания модулей
Отличная ветроустойчивость
· Расчетная ветроустойчивость: 35–45 м/с
· До 50 м/с и более в регионах с экстремальными условиями
Снижает амплитуду колебаний и предотвращает повреждение модулей
