一種羅茨式小型蒸汽發電機組的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種羅茨式小型蒸汽發電機組，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、發電機、冷凝器、觸摸屏和控制單元；主閥是電動閥，設置在進氣主管道上，其驅動電機與控制單元相連；在主閥和發電機組之間的管路上設有旁路管道；流量閥設置在旁路上，其流出的一端與發電機組的冷凝器相連，流量閥與控制單元相連；編碼器安裝在發電機組的蒸汽動力機上，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同控制擾動分離策略，能減少蒸汽進氣能量損失，優化流量控制并消除流量閥閥芯抖動現象，提高整機工作品質。
【專利說明】一種羅茨式小型蒸汽發電機組
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種小型蒸汽發電設備，具體是一種羅茨式小型蒸汽發電機組。【背景技術】
[0002]當前工業生產中存在大量低壓蒸汽氣源，由于這些低壓蒸汽不能驅動大功率的蒸汽發電機組，通常在工廠中分散分布經冷凝后直接排出。研究發現使用小型蒸汽發電機組可以對這些低壓蒸汽回收利用。蒸汽發電機組其核心部件是蒸汽動力機，在現有技術中，小型蒸汽發電機組的蒸汽動力機均為容積式。如羅茨式蒸汽動力機，為定容積式，轉子每旋轉一周所通過的蒸汽流量為定值，即通過的流量與轉速成正比。所以羅茨式蒸汽動力機驅動的發電機組，對蒸汽的流量波動較為敏感，流量有波動則轉速也會波動。為保證發電質量，動力機轉速應盡可能穩定且蒸汽流通的各環節能量損耗應盡可能減少。因此進氣流量的控制對羅茨式蒸汽動力機非常重要。現有技術中羅茨式小型蒸汽發電機組進氣控制通過以下方法實現:進氣管道直接與氣源管道相連，進氣管道上設有流量閥，通過調節流量閥開度控制進氣流量。
[0003]現有技術存在以下缺點:
[0004]1.進氣局部能量損失大。其主要原因是流量閥流道復雜，流量閥閥芯動作頻繁，且全部蒸汽都要流經并受到干擾。流量閥安裝在進氣主管道，全部進入動力機的蒸汽都要流經流量閥，都要通過流量閥型線復雜的流道，損失能量較多。尤其在閥芯動作的動態調節過程中，對流體狀態干擾尤為明顯，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雜且不規則，容易在閥內引起流動分離并產生漩渦，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械能。而羅茨式蒸汽動力機對進氣流量波動較為敏感，為保證流量穩定閥芯需要響應迅速并頻繁動作，這樣擾動更加劇烈。
[0005]2.流量閥影響蒸汽特性，無法穩定進氣流量，流量閥閥芯會出現抖動現象。流量閥的復雜流道及閥芯的動作會干擾蒸汽的特性，使流量的測量和調節變得困難，確定流量閥開度困難且誤差大，導致動力機轉速波動大，使得流量閥需要更加頻繁動作，閥芯容易出現抖動現象，嚴重影響蒸汽流體特性。且流量閥置于進氣主管道上，其管徑大閥芯行程長，響應較慢，使得穩定流量十分困難。如:流量過大時流量閥要減小開度節流，由于閥門開度的減小進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定，轉速仍然存在波動閥芯需要進一步動作以調整流量，如此會進入頻繁動作的抖動狀態。
[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]現有小型蒸汽發電機組專利中，尤其是羅茨式蒸汽動力機驅動的蒸汽發電機組如:“一種小型蒸汽發電機組”(專利號:201310117957.Χ)、“蒸汽動力機”(專利號:200620004092.1)、“羅茨蒸汽動力機”(專利號=201210459887.1)、“一種小型蒸汽發電機組”(專利號:201320168272.3)，為使能量利用率高、發電質量高，在這些設計中急需要加入可以減少能量的損耗、提高流量穩定性的部件。
[0008]基于現有技術不足，發明低能量損耗、進氣流量有效控制且高效廉價的羅茨式小型蒸汽發電機很有必要。
實用新型內容
[0009]針對現有技術的不足，本實用新型要解決的問題是:提供一種羅茨式小型蒸汽發電機組。該發電機組可利用低壓蒸汽氣源進行發電，設計的進氣管道系統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象，更準確地控制流入動力機流量，以穩定轉速提高發電機組的工作品質，從而提高發電的質量。
[0010]本實用新型解決所述技術問題的技術方案是:設計一種羅茨式小型蒸汽發電機組。該發電機組包括主閥、流量計、壓力傳感器、溫度傳感器、流量閥、編碼器、蒸汽動力機、發電機、冷凝器、觸摸屏和控制單元；其中，蒸汽動力機、發電機、冷凝器為該發電機組的主體部分，蒸汽動力機分別與發電機和冷凝器連接，并與進氣主管道連通；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，設置在進氣主管道上，其流道與進氣主管道等徑且截面無徑向收縮，其驅動電機與控制單元的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之間的進氣主管道上，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之間的進氣主管道上設有一旁路管道，旁路管道的管徑小于進氣主管道管徑；所述流量閥設置在旁路管道上，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]本實用新型與現有技術相比，其有益效果在于:本實用新型提出一種協同控制擾動分離的策略，能夠減少蒸汽的進氣能量損失，優化控制方法，實現進氣流量更準確的控制，使進氣過程擾動最小、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地顯示當前蒸汽流量、壓力、溫度和動力機轉速等參數并可進行人機交互。本實用新型應用于羅茨式小型蒸汽發電機組具有重要的意義。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1為本實用新型發電機組的結構示意圖。
[0013]圖2為本實用新型發電機組的進氣管路控制原理示意圖。
【具體實施方式】
[0014]下面結合具體實施例進一步詳細敘述本實用新型。
[0015]本實用新型羅茨式小型蒸汽發電機組(簡稱發電機組，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7、發電機8、冷凝器9、觸摸屏10和控制單元11 ;其中，蒸汽動力機7、發電機8、冷凝器9為該發電機組的主體部分，蒸汽動力機7分別與發電機8和冷凝器9連接，并與進氣主管道連通；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，設置在進氣主管道上，其流道與進氣主管道等徑且截面無徑向收縮，其驅動電機與控制單元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7之間的進氣主管道上，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7之間的進氣主管道上設有一旁路管道，旁路管道的管徑小于進氣主管道管徑；所述流量閥5設置在旁路管道上，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常見的零件。
[0019]本實用新型發電機組其工作原理(參見圖1-2)是:當氣源蒸汽接入到本發電機組時，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，通過主閥I和流量閥5的配合動作實現對進氣流量的控制。開機時，流量閥5關閉而主閥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實時地把數據傳輸到控制單元11中，并顯示在觸摸屏10上。控制單元11對當前流量進行計算，溫度壓力值用于溫度壓力補償，從而算出較為精確的當前流量并顯示在觸摸屏10上。根據觸摸屏10上的信息調控控制單元11，輸入控制信息，調控主閥I直至達到額定轉速后主閥I停止動作，此時控制單元11比較當前流量與額定流量信息，由偏差得到當前流量的特性，得到調整信號并和編碼器6的轉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7轉速增大，則啟動流量閥5進行泄流，由當前轉速與流量共同確定流量閥5的開度，泄流的少量蒸汽進入發電機組的冷凝器9中。當流量閥5持續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。當氣源流量減小導致蒸汽動力機7的轉速減小時，關閉流量閥5，同時增大主閥I的開度。
[0020]本實用新型發電機組所基于的思路是:提出一種協同控制擾動分離的策略，用最簡單優化的結構達到進氣過程擾動最小且進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；適配流量流經主閥I全部直接地進入蒸汽動力機7，而調節作用產生的擾動只作用于被分離出來的過量流量，過量流量不進入蒸汽動力機7，并通過控制使過量流量最小或沒有。氣源蒸汽若是充足，則可增大發電機功率提高適配流量或增加多組設備。
[0021]本實施例僅為本實用新型發電機組的一個具體應用實例，并不用來作為權利要求的限制，凡在本實用新型的基礎上進行簡單的模仿、改造均在本實用新型的保護范圍之內。
[0022]本實用新型未述及之處適用于現有技術。
【權利要求】
1.一種羅茨式小型蒸汽發電機組，該發電機組包括主閥、流量計、壓力傳感器、溫度傳感器、流量閥、編碼器、蒸汽動力機、發電機、冷凝器、觸摸屏和控制單元；其中，蒸汽動力機、發電機、冷凝器為該發電機組的主體部分，蒸汽動力機分別與發電機和冷凝器連接，并與進氣主管道連通；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，設置在進氣主管道上，其流道與進氣主管道等徑且截面無徑向收縮，其驅動電機與控制單元的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之間的進氣主管道上，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之間的進氣主管道上設有一旁路管道，旁路管道的管徑小于進氣主管道管徑；所述流量閥設置在旁路管道上，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.根據權利要求1所述的羅茨式小型蒸汽發電機組，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.根據權利要求1所述的羅茨式小型蒸汽發電機組，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 優先權日:2014年4月29日
【發明者】肖艷軍, 王大源, 李春霞, 張賀 申請人:河北工業大學