一種羅茨式小型蒸汽發(fā)電機(jī)組的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種羅茨式小型蒸汽發(fā)電機(jī)組，包括主閥、流量計、壓力傳感器、溫度傳感器、流量閥、編碼器、蒸汽動力機(jī)、發(fā)電機(jī)、冷凝器、觸摸屏和控制單元；主閥是電動閥，設(shè)置在進(jìn)氣主管道上，其驅(qū)動電機(jī)與控制單元相連；在主閥和發(fā)電機(jī)組之間的管路上設(shè)有旁路管道；流量閥設(shè)置在旁路上，其流出的一端與發(fā)電機(jī)組的冷凝器相連，流量閥與控制單元相連；編碼器安裝在發(fā)電機(jī)組的蒸汽動力機(jī)上，并接入控制單元；流量計、壓力傳感器、溫度傳感器安裝在主閥與旁路之間，并且均接入控制單元；觸摸屏與控制單元相連接。本實用新型提出一種協(xié)同控制擾動分離策略，能減少蒸汽進(jìn)氣能量損失，優(yōu)化流量控制并消除流量閥閥芯抖動現(xiàn)象，提高整機(jī)工作品質(zhì)。
【專利說明】一種羅茨式小型蒸汽發(fā)電機(jī)組
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種小型蒸汽發(fā)電設(shè)備，具體是一種羅茨式小型蒸汽發(fā)電機(jī)組?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)中存在大量低壓蒸汽氣源，由于這些低壓蒸汽不能驅(qū)動大功率的蒸汽發(fā)電機(jī)組，通常在工廠中分散分布經(jīng)冷凝后直接排出。研究發(fā)現(xiàn)使用小型蒸汽發(fā)電機(jī)組可以對這些低壓蒸汽回收利用。蒸汽發(fā)電機(jī)組其核心部件是蒸汽動力機(jī)，在現(xiàn)有技術(shù)中，小型蒸汽發(fā)電機(jī)組的蒸汽動力機(jī)均為容積式。如羅茨式蒸汽動力機(jī)，為定容積式，轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)一周所通過的蒸汽流量為定值，即通過的流量與轉(zhuǎn)速成正比。所以羅茨式蒸汽動力機(jī)驅(qū)動的發(fā)電機(jī)組，對蒸汽的流量波動較為敏感，流量有波動則轉(zhuǎn)速也會波動。為保證發(fā)電質(zhì)量，動力機(jī)轉(zhuǎn)速應(yīng)盡可能穩(wěn)定且蒸汽流通的各環(huán)節(jié)能量損耗應(yīng)盡可能減少。因此進(jìn)氣流量的控制對羅茨式蒸汽動力機(jī)非常重要。現(xiàn)有技術(shù)中羅茨式小型蒸汽發(fā)電機(jī)組進(jìn)氣控制通過以下方法實現(xiàn):進(jìn)氣管道直接與氣源管道相連，進(jìn)氣管道上設(shè)有流量閥，通過調(diào)節(jié)流量閥開度控制進(jìn)氣流量。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)存在以下缺點:
[0004]1.進(jìn)氣局部能量損失大。其主要原因是流量閥流道復(fù)雜，流量閥閥芯動作頻繁，且全部蒸汽都要流經(jīng)并受到干擾。流量閥安裝在進(jìn)氣主管道，全部進(jìn)入動力機(jī)的蒸汽都要流經(jīng)流量閥，都要通過流量閥型線復(fù)雜的流道，損失能量較多。尤其在閥芯動作的動態(tài)調(diào)節(jié)過程中，對流體狀態(tài)干擾尤為明顯，能量損失更多。局部能量損失主要由流量閥流道線型決定，流量閥其流道線型彎曲且有徑向收縮，尤其在閥芯、閥座配合處邊界形狀較為復(fù)雜且不規(guī)則，容易在閥內(nèi)引起流動分離并產(chǎn)生漩渦，尤其在閥芯動作過程中尤為劇烈，漩渦的形成與衰減以及流速分布的急劇改變均會消耗蒸汽的機(jī)械能。而羅茨式蒸汽動力機(jī)對進(jìn)氣流量波動較為敏感，為保證流量穩(wěn)定閥芯需要響應(yīng)迅速并頻繁動作，這樣擾動更加劇烈。
[0005]2.流量閥影響蒸汽特性，無法穩(wěn)定進(jìn)氣流量，流量閥閥芯會出現(xiàn)抖動現(xiàn)象。流量閥的復(fù)雜流道及閥芯的動作會干擾蒸汽的特性，使流量的測量和調(diào)節(jié)變得困難，確定流量閥開度困難且誤差大，導(dǎo)致動力機(jī)轉(zhuǎn)速波動大，使得流量閥需要更加頻繁動作，閥芯容易出現(xiàn)抖動現(xiàn)象，嚴(yán)重影響蒸汽流體特性。且流量閥置于進(jìn)氣主管道上，其管徑大閥芯行程長，響應(yīng)較慢，使得穩(wěn)定流量十分困難。如:流量過大時流量閥要減小開度節(jié)流，由于閥門開度的減小進(jìn)入閥門前的蒸汽的壓力、密度會增大，加上氣源蒸汽流量的波動，使確定下一個動作的閥門開度困難，且誤差較大，在本次動作后由于流量不穩(wěn)定，轉(zhuǎn)速仍然存在波動閥芯需要進(jìn)一步動作以調(diào)整流量，如此會進(jìn)入頻繁動作的抖動狀態(tài)。
[0006]3.流量閥置于主管道，口徑大、行程長、成本高，增加電能的成本。
[0007]現(xiàn)有小型蒸汽發(fā)電機(jī)組專利中，尤其是羅茨式蒸汽動力機(jī)驅(qū)動的蒸汽發(fā)電機(jī)組如:“一種小型蒸汽發(fā)電機(jī)組”(專利號:201310117957.Χ)、“蒸汽動力機(jī)”(專利號:200620004092.1)、“羅茨蒸汽動力機(jī)”(專利號=201210459887.1)、“一種小型蒸汽發(fā)電機(jī)組”(專利號:201320168272.3)，為使能量利用率高、發(fā)電質(zhì)量高，在這些設(shè)計中急需要加入可以減少能量的損耗、提高流量穩(wěn)定性的部件。
[0008]基于現(xiàn)有技術(shù)不足，發(fā)明低能量損耗、進(jìn)氣流量有效控制且高效廉價的羅茨式小型蒸汽發(fā)電機(jī)很有必要。
實用新型內(nèi)容
[0009]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型要解決的問題是:提供一種羅茨式小型蒸汽發(fā)電機(jī)組。該發(fā)電機(jī)組可利用低壓蒸汽氣源進(jìn)行發(fā)電，設(shè)計的進(jìn)氣管道系統(tǒng)對蒸汽的擾動顯著減小，蒸汽能量因管路影響造成的損失顯著減少，從根本上消除流量閥抖動現(xiàn)象，更準(zhǔn)確地控制流入動力機(jī)流量，以穩(wěn)定轉(zhuǎn)速提高發(fā)電機(jī)組的工作品質(zhì)，從而提高發(fā)電的質(zhì)量。
[0010]本實用新型解決所述技術(shù)問題的技術(shù)方案是:設(shè)計一種羅茨式小型蒸汽發(fā)電機(jī)組。該發(fā)電機(jī)組包括主閥、流量計、壓力傳感器、溫度傳感器、流量閥、編碼器、蒸汽動力機(jī)、發(fā)電機(jī)、冷凝器、觸摸屏和控制單元；其中，蒸汽動力機(jī)、發(fā)電機(jī)、冷凝器為該發(fā)電機(jī)組的主體部分，蒸汽動力機(jī)分別與發(fā)電機(jī)和冷凝器連接，并與進(jìn)氣主管道連通；其特征在于，所述控制單元由PLC與流量積算儀組成，流量積算儀與PLC電連接；所述主閥是電動閥，設(shè)置在進(jìn)氣主管道上，其流道與進(jìn)氣主管道等徑且截面無徑向收縮，其驅(qū)動電機(jī)與控制單元的PLC電連接；所述流量計、壓力傳感器、溫度傳感器依次安裝在主閥與蒸汽動力機(jī)之間的進(jìn)氣主管道上，并與控制單元的流量積算儀電連接；在溫度傳感器和蒸汽動力機(jī)之間的進(jìn)氣主管道上設(shè)有一旁路管道，旁路管道的管徑小于進(jìn)氣主管道管徑；所述流量閥設(shè)置在旁路管道上，與控制單元的PLC電連接，與冷凝器管連接；所述編碼器安裝在蒸汽動力機(jī)上，并與控制單元中的PLC電連接；所述觸摸屏與控制單元的PLC電連接。
[0011]本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益效果在于:本實用新型提出一種協(xié)同控制擾動分離的策略，能夠減少蒸汽的進(jìn)氣能量損失，優(yōu)化控制方法，實現(xiàn)進(jìn)氣流量更準(zhǔn)確的控制，使進(jìn)氣過程擾動最小、能耗最小，并消除了閥芯抖動。同時可以在觸摸屏上直觀動態(tài)地顯示當(dāng)前蒸汽流量、壓力、溫度和動力機(jī)轉(zhuǎn)速等參數(shù)并可進(jìn)行人機(jī)交互。本實用新型應(yīng)用于羅茨式小型蒸汽發(fā)電機(jī)組具有重要的意義。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本實用新型發(fā)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖2為本實用新型發(fā)電機(jī)組的進(jìn)氣管路控制原理示意圖。
【具體實施方式】
[0014]下面結(jié)合具體實施例進(jìn)一步詳細(xì)敘述本實用新型。
[0015]本實用新型羅茨式小型蒸汽發(fā)電機(jī)組(簡稱發(fā)電機(jī)組，參見圖1)，包括主閥1、流量計2、壓力傳感器3、溫度傳感器4、流量閥5、編碼器6、蒸汽動力機(jī)7、發(fā)電機(jī)8、冷凝器9、觸摸屏10和控制單元11 ;其中，蒸汽動力機(jī)7、發(fā)電機(jī)8、冷凝器9為該發(fā)電機(jī)組的主體部分，蒸汽動力機(jī)7分別與發(fā)電機(jī)8和冷凝器9連接，并與進(jìn)氣主管道連通；其特征在于，所述控制單元11由PLC與流量積算儀組成，流量積算儀與PLC電連接；所述主閥I是電動閥，設(shè)置在進(jìn)氣主管道上，其流道與進(jìn)氣主管道等徑且截面無徑向收縮，其驅(qū)動電機(jī)與控制單元11的PLC電連接；所述流量計2、壓力傳感器3、溫度傳感器4依次安裝在主閥I與蒸汽動力機(jī)7之間的進(jìn)氣主管道上，并與控制單元11的流量積算儀電連接；在溫度傳感器3和蒸汽動力機(jī)7之間的進(jìn)氣主管道上設(shè)有一旁路管道，旁路管道的管徑小于進(jìn)氣主管道管徑；所述流量閥5設(shè)置在旁路管道上，與控制單元11的PLC電連接，與冷凝器9管連接；所述編碼器6安裝在蒸汽動力機(jī)7上，并與控制單元11中的PLC電連接；所述觸摸屏10與控制單元11的PLC電連接。
[0016]所述控制單元11中的PLC的型號為FX3U-48M，所用流量積算儀的型號為SB-2100A。
[0017]所述編碼器的型號為T印S3806G-300BM-C526。
[0018]本實施例中的零件均為市售，未注明型號的即為常規(guī)常見的零件。
[0019]本實用新型發(fā)電機(jī)組其工作原理(參見圖1-2)是:當(dāng)氣源蒸汽接入到本發(fā)電機(jī)組時，用主閥I控制適配流量，氣源蒸汽的流量波動通過旁路管道泄流微調(diào)，通過主閥I和流量閥5的配合動作實現(xiàn)對進(jìn)氣流量的控制。開機(jī)時，流量閥5關(guān)閉而主閥I逐漸開啟，流量計2、壓力傳感器3、溫度傳感器4和編碼器6實時地把數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂茊卧?1中，并顯示在觸摸屏10上。控制單元11對當(dāng)前流量進(jìn)行計算，溫度壓力值用于溫度壓力補(bǔ)償，從而算出較為精確的當(dāng)前流量并顯示在觸摸屏10上。根據(jù)觸摸屏10上的信息調(diào)控控制單元11，輸入控制信息，調(diào)控主閥I直至達(dá)到額定轉(zhuǎn)速后主閥I停止動作，此時控制單元11比較當(dāng)前流量與額定流量信息，由偏差得到當(dāng)前流量的特性，得到調(diào)整信號并和編碼器6的轉(zhuǎn)速信號一起輸入控制算法，將所得控制信號輸入流量閥5。若氣源波動流量增大，蒸汽動力機(jī)7轉(zhuǎn)速增大，則啟動流量閥5進(jìn)行泄流，由當(dāng)前轉(zhuǎn)速與流量共同確定流量閥5的開度，泄流的少量蒸汽進(jìn)入發(fā)電機(jī)組的冷凝器9中。當(dāng)流量閥5持續(xù)較大流量需要泄流時減小主閥I的開度，控制單元11控制兩閥動作使泄流量最小。當(dāng)氣源流量減小導(dǎo)致蒸汽動力機(jī)7的轉(zhuǎn)速減小時，關(guān)閉流量閥5，同時增大主閥I的開度。
[0020]本實用新型發(fā)電機(jī)組所基于的思路是:提出一種協(xié)同控制擾動分離的策略，用最簡單優(yōu)化的結(jié)構(gòu)達(dá)到進(jìn)氣過程擾動最小且進(jìn)氣能量損失最少的目的。即將輸入的蒸汽由主閥I和流量閥5的配合協(xié)同控制，主閥I控制著適配流量，流量閥5控制著過量流量；適配流量流經(jīng)主閥I全部直接地進(jìn)入蒸汽動力機(jī)7，而調(diào)節(jié)作用產(chǎn)生的擾動只作用于被分離出來的過量流量，過量流量不進(jìn)入蒸汽動力機(jī)7，并通過控制使過量流量最小或沒有。氣源蒸汽若是充足，則可增大發(fā)電機(jī)功率提高適配流量或增加多組設(shè)備。
[0021]本實施例僅為本實用新型發(fā)電機(jī)組的一個具體應(yīng)用實例，并不用來作為權(quán)利要求的限制，凡在本實用新型的基礎(chǔ)上進(jìn)行簡單的模仿、改造均在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0022]本實用新型未述及之處適用于現(xiàn)有技術(shù)。
【權(quán)利要求】
1.一種羅茨式小型蒸汽發(fā)電機(jī)組，該發(fā)電機(jī)組包括主閥、流量計、壓力傳感器、溫度傳感器、流量閥、編碼器、蒸汽動力機(jī)、發(fā)電機(jī)、冷凝器、觸摸屏和控制單元；其中，蒸汽動力機(jī)、發(fā)電機(jī)、冷凝器為該發(fā)電機(jī)組的主體部分，蒸汽動力機(jī)分別與發(fā)電機(jī)和冷凝器連接，并與進(jìn)氣主管道連通；其特征在于，所述控制單元由PLC與流量積算儀組成，流量積算儀與PLC電連接；所述主閥是電動閥，設(shè)置在進(jìn)氣主管道上，其流道與進(jìn)氣主管道等徑且截面無徑向收縮，其驅(qū)動電機(jī)與控制單元的PLC電連接；所述流量計、壓力傳感器、溫度傳感器依次安裝在主閥與蒸汽動力機(jī)之間的進(jìn)氣主管道上，并與控制單元的流量積算儀電連接；在溫度傳感器和蒸汽動力機(jī)之間的進(jìn)氣主管道上設(shè)有一旁路管道，旁路管道的管徑小于進(jìn)氣主管道管徑；所述流量閥設(shè)置在旁路管道上，與控制單元的PLC電連接，與冷凝器管連接；所述編碼器安裝在蒸汽動力機(jī)上，并與控制單元中的PLC電連接；所述觸摸屏與控制單元的PLC電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的羅茨式小型蒸汽發(fā)電機(jī)組，其特征在于:所述控制單元11中的PLC的型號為FX3U-48M，所用流量積算儀的型號為SB-2100A。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的羅茨式小型蒸汽發(fā)電機(jī)組，其特征在于:所述編碼器的型號為 T印S3806G-300BM-C526。
【文檔編號】F01C20/24GK203809054SQ201420214743
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年4月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月29日
【發(fā)明者】肖艷軍, 王大源, 李春霞, 張賀 申請人:河北工業(yè)大學(xué)