CN102165191B - 用于地热电站的制冷剂动力阀门 - Google Patents

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Abstract

一种蒸气膨胀系统包括在蒸发器和涡轮机入口之间的常闭气动阀门，其中所述阀门选择性地被来自蒸发器的制冷剂蒸气流驱动以便仅在蒸发器中的压力已经积聚到足够大以正确操纵涡轮机的时期内使所述阀门能够打开。旁通管线具有带执行器的常开气动阀门，该执行器类似地被来自蒸发器的加压制冷剂蒸气导致进行操作。两个执行器都向冷凝器排气以使从执行器排出的制冷剂蒸气不会向周围环境逃逸。

Description

用于地热电站的制冷剂动力阀门
技术领域
本申请的披露内容主要涉及地热电站，并且更具体地是，本申请的披露内容涉及一种用于操作涡轮机入口及其旁通阀门的方法和设备。
背景技术
为了有效地利用例如在地球上的不同位置自然发生的地热能，采用了闭环蒸气膨胀系统，其包括蒸发器/锅炉、涡轮机、冷凝器和泵，且来自地热源的热量被用于蒸发器/锅炉以在工作流体流向用来产生电能的涡轮机之前将其加热。最普通地，制冷剂被用作工作流体，且所述系统被称为有机朗肯循环系统(Organic Rankine Cycle System)。在转让给本专利申请前任受让人的美国专利7,174,716中示出和说明了一个这样的系统。
在蒸发器/锅炉或者联机或者脱机期间，这样工作流体的温度不足以驱动涡轮机，否则有必要绕过涡轮机且允许工作流体从蒸发器直接通往冷凝器以使工作流体的闭环循环连续。迄今为止，气动动力阀门已经被用于此用途，利用外界加压气体源(通常地或者瓶装氮气或者压缩空气)然后随着气体排向周围环境来提供动力以操作所述阀门。往现场增加压缩机或瓶装气体系统已经引起主要与维修、可靠性和造价方面有关的问题。进一步，具有这样的补充压力源，有可能有时操作阀门，当条件不利于正常的涡轮机运行时，因此可能由于携带的液体而导致损坏涡轮机转子。目前还没有可用的电动执行器能够达到这样的功能要求。
发明内容
根据本申请披露内容的一个方面，采取措施以利用系统内的工作流体的能量从而为涡轮机入口/旁通阀门提供动力。这是通过调节器依靠选择性地把阀门连接到蒸发器/锅炉以致提供加压制冷剂而在受到调节的方式下操作阀门来完成的。
根据本申请披露内容的另一个方面，常开阀门被用作旁通阀门且常闭阀门被用作涡轮机入口阀门。因此，用以向涡轮机引导工作流体的阀门是不可操作的，除非在蒸发器内有足够大的压力来操作所述阀门。
按照本申请披露内容的另一个方面，阀门执行器的低压侧通向冷凝器以便使得制冷剂存留在闭环系统中而非进入大气。
虽然参照如附图所示的优选方式，已经详细地示出和描述了当前公开，但是需要明白的是由本领域技术人员进行的细节上的在此可以实现的各种改变不会脱离如权利要求书所限定的本申请的披露内容的精神和范围。
附图说明
图1是其中包括当前发明的地热电站的示意图。
图2是地热电站的执行器部分的示意图。
图3A和3B是其中电磁阀门部分分别在无激励和激励位置的横截面视图。
具体实施方式
图1所示是地热电站11，其包括涡轮机12、冷凝器13、泵14、和蒸发器/锅炉16。所述电站11设计成使用有机制冷剂，例如R245fa或类似物作为工作流体来运行，所述工作流体以制冷剂蒸气形式从所述蒸发器16通向用来驱动发电机17产生电力的所述涡轮机而串行通过系统进行循环。然后所产生的低能蒸气通向冷凝器13和然后所产生的冷凝物通过泵14被泵送到蒸发器16。
用于蒸发器16的热源18可以是任何合适的类型例如自然发生的地热源、或例如燃气轮机尾气产生的热源。类似地，冷源19，例如冷却塔或激冷器被设置成向冷凝器13提供冷却水的目的。
涡轮机入口阀门21设在位于蒸发器16和涡轮机入口22之间的主流路管线15上。涡轮机入口阀门21是带有执行器23的常闭气动阀门，其如图2所示且会在下文中更充分进行描述。执行器23仅仅通过压力源来操作，且该压力源是蒸发器16而非像现有技术中的独立于系统之外。也就是说，加压制冷剂蒸气沿着管线24向压力调节器26流动，该压力调节器26适合于在预设的压力下，例如80psi，提供制冷剂蒸气。然后调节压力后的制冷剂蒸气流沿着管线27向其随后被控制器C控制的电磁阀门S1流动。因此，当电磁阀门S1打开时，制冷剂蒸气流入执行器23以打开常闭气动阀门21。
流体连通到主流路管线15上的是旁通管线28，通向常开气动阀门29且然后到管线31通向冷凝器13。所述气动阀门29具有类似于上文描述的执行器23的齿条齿轮副型执行器32。执行器32被来自调节器26沿着管线33流向被控制器C控制的电磁阀门S2的制冷剂加压。因此，气动阀门29是常开的，除非在电磁阀门S2打开条件下当执行器32接收来自调节器26的加压气体时被执行器32关闭。
下面将要描述阀门21和29通过它们各自的执行器来操作的方式。在启动和关闭期间，当蒸发器16内的压力不足以驱动涡轮机12时，在调节器26处的压力处于低压，电磁阀门S1和S2关闭，且执行器23和32无操作。因此，常闭气动阀门21是关闭的，且常开气动阀门29是打开的以致来自蒸发器的任何蒸气沿着管线28通过常开气动阀门29、通过管线31、流至冷凝器13。当蒸发器16内的压力足以操作涡轮机时，在调节器26处的压力将足以操作执行器23和32，且电磁阀门S1和S2被控制器C打开。然后执行器32将被导致进行操作以关闭气动阀门29，且执行器23将被导致进行操作以打开气动阀门21以使来自蒸发器16的蒸气因而流过气动阀门21并流至涡轮机入口22。
现在参照图2和3，将更详细地描述执行器和电磁阀门的操作。在图2中会看到，执行器23包括加压区段34和排出区段36以及它们之间的滑动活塞密封37。复位弹簧38使加压区段34朝向滑动活塞37偏置。当加压区段34被来自电磁阀门S1的制冷剂蒸气输入加压时，齿条齿轮副引起执行器23内的旋转因此驱动(例如，打开)涡轮机入口阀门21。在图1和图2中会看到，排出区段36通过管线39流体连通到冷凝器13以允许所述旋转，同时，制冷剂蒸气通过通道排向冷凝器13而非排向周围环境。执行器32以完全相同的方式操作来关闭常开气动阀门29。
图3A和3B所示的是电磁阀门S1，其具有分别在无激励(non-energized)和激励(energized)位置的滑块41。也就是说，在图3A中，滑块41处于如图示的左侧位置以使执行器44的加压区段沿着管线42向冷凝器13排气，同时压力源被隔离。当电磁阀门S1通过向如图3B所示的向右侧移动滑块41而被激励时，压力源流体连通到执行器的压力区段，同时排气口被隔离。电磁阀门S2以大体上相同的方式而操作。
虽然参照如附图所示的优选实施方式，已经详细地示出和描述了当前发明，但是需要明白的是由本领域技术人员进行的细节上的各种改变将会构成而不偏离如所附权利要求书所限定的本申请的披露内容的范围。

Claims (1)

1.一种与涡轮机、冷凝器、泵和蒸发器具有串行流动关系类型的蒸气膨胀系统，包括：
气动入口阀门，所述气动入口阀门具有可移动到一定位置以便通过所述气动入口阀门把所述蒸发器流体连通到涡轮机入口的执行器；
导管，所述导管把所述蒸发器流体互连到所述执行器以使来自于所述蒸发器的加压制冷剂选择性地引起所述执行器运动从而打开所述气动入口阀门。
2、根据权利要求1所述的蒸气膨胀系统，其中所述气动入口阀门是常闭阀门。
3、根据权利要求1所述的蒸气膨胀系统，其中所述执行器包括排出区段，并且所述排出区段流体连通到所述冷凝器。
4、根据权利要求1所述的蒸气膨胀系统，还在所述蒸发器和所述执行器之间包括压力调节器用以在预定的压力水平上向所述执行器提供加压制冷剂。
5、根据权利要求1所述的蒸气膨胀系统，还包括流体连通在所述蒸发器和所述执行器之间的电磁阀门。
6、根据权利要求5所述的蒸气膨胀系统，其中所述电磁阀门是三通阀门，其具有流体连通到冷凝器的排气口。
7、根据权利要求1所述的蒸气膨胀系统，其中所述执行器包括滑动活塞和用于使所述滑动活塞偏置的弹簧。
8、根据权利要求1所述的蒸气膨胀系统，其中所述执行器是齿条齿轮副的类型。
9、根据权利要求1所述的蒸气膨胀系统，还包括用于引导制冷剂蒸气围绕所述涡轮机流动并且流向所述冷凝器的旁通管线，所述旁通管线具有设置在其中的气动旁通阀门。
10、根据权利要求9所述的蒸气膨胀系统，其中所述气动旁通阀门是具有流体连通到所述蒸发器的执行器的常开阀门。
11、一种控制与涡轮机、冷凝器、泵和蒸发器具有串行流动关系类型的蒸气膨胀系统的方法，所述方法包括以下步骤：
提供气动入口阀门，所述气动入口阀门具有可移动到一定位置以便通过所述气动入口阀门把所述蒸发器流体连通到涡轮机入口的执行器；以及
把所述蒸发器流体互连到所述执行器以使来自所述蒸发器的加压制冷剂选择性地引起所述执行器运动从而打开所述气动入口阀门。
12、根据权利要求11所述的方法，其中所述气动入口阀门是常闭阀门。
13、根据权利要求11所述的方法，其中所述执行器包括排出区段，并且包括把所述排出区段流体连通到所述冷凝器的步骤。
14、根据权利要求11所述的方法，还包括在所述蒸发器和所述执行器之间提供压力调节器以及在预定的压力水平上向所述执行器提供加压制冷剂的步骤。
15、根据权利要求11所述的方法，还包括在所述蒸发器和所述执行器之间流体连通电磁阀门的步骤。
16、根据权利要求15所述的方法，其中电磁阀门是具有排气口的三通阀门，并且包括把所述排气口流体连通到所述冷凝器的步骤。
17、根据权利要求11所述的方法，其中所述执行器包括滑动活塞和用于使所述滑动活塞偏置的弹簧。
18、根据权利要求11所述的方法，其中所述执行器是齿条齿轮副类型的。
19、根据权利要求11所述的方法，还包括提供通过气动旁通阀门用于引导制冷剂蒸气围绕所述涡轮机流动并且流向所述冷凝器的旁通管线的步骤。
20、根据权利要求19所述的方法，其中所述气动旁通阀门是常开阀门，并且包括把所述执行器流体连通到所述蒸发器的步骤。
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