CN106895010A - 一种低温余热发电工质泵气蚀检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低温余热发电工质泵气蚀检测装置及方法，检测装置包括检测低温余热发电装置发出的交流电实时电量信号的交流发电量检测电路；低温余热发电装置的输出还通过交流转直流电路连接直流电源，直流电量检测电路实时获取低温余热发电装置转为直流的电量信号；交流发电量检测电路和直流电量检测电路都与微处理器连接，微处理器控制低温余热发电装置中与工质泵连接的电动机的运行状态；位于工作泵上的噪声测量传感器与所述微处理器的输入端连接；微处理器接受外部控制指令。通过检测工质泵工作时的噪声数值，结合低温余热发电系统的发电状态，对工质泵运行状态进行判断并对其运行情况进行控制，比如异常情况报警，启动、停止等。

Description

一种低温余热发电工质泵气蚀检测装置及方法

技术领域

本发明涉及发电领域，尤其涉及一种低温余热发电工质泵气蚀检测装置及方法。

背景技术

在实际应用中发现导致低温余热发电系统工质循环泵不能正常工作的最常见原因就是气蚀，轻微的气蚀就能造成系统发电量迅速降低。严重的气蚀现象有可能造成工质泵损坏，因而系统中应该采取措施准确检测到工质泵的气蚀，然后控制工质泵的运行。

工质循环泵产生气蚀现象一般是由于与冷凝器相连的储液罐内囤积的液体不足致使工质泵在运行时吸空。

第一种情况是因为实验前期工质充注量不够而造成储液罐内有机工质液位不够，未能使机组运行时储液罐内形成稳定的液面。

第二种情况是因为冷凝器冷凝效果不好，膨胀乏汽未能及时被冷凝器冷凝为液态工质，导致储液罐内不能形成满足工质泵正常工作所需的有效液位。导致冷凝器换热效果不佳是由于冷凝器换热面积不够或传热系数较小等因素，具体表现形式为机组运行时冷凝器内部存在不凝性气体影响冷源与工质之间的换热，降低传热系数，长时间运行后的冷凝器内壁出现污垢附着于换热表面，减小了冷凝器换热面积等等。

第三种造成工质泵出现气蚀现象的原因是工质泵在选型上不合理。当工质循环泵的额定流量较大时，通过冷凝后储存在储液罐中的工质液体不能持续满足工质泵正常工作所需的流量，无法达到动态平衡，经过一点时间后，储液罐中的液态工质会被工质循环泵抽空，此时工质泵会因出现气蚀现象需要停止运行。工质泵停止运行后，蒸发器中的工质不断地蒸发、膨胀、冷凝后进入储液罐，当储液罐囤积的液态有机工质到达一定的液位可以排除工质泵吸入口气体时，气蚀现象逐渐消失，工质循环泵可以开始正常运作。

由上述原因造成的气蚀现象导致系统运行时工质泵处于间歇性工作状态。有文献中提出通过在储液罐内增加液面检测装置来实时液位检测，防止出现有机工作介质液位过低而导致的气蚀现象发生。实际应用中发现，工作介质处于液体和气体交替状态的变化，且其工作管路中有压力、流量的波动，都会造成工质液位面波动，该波动并不一定导致气蚀产生。实际液面检测值的设定过高或过低，导致难以准确把握工质的需求量。对于特定的低温余热发电系统，工质的添加量对系统的运行效率影响非常明显。在不改变发电系统最优运行所需的工作介质的需求量、蒸发器规格、工质泵及电机型号情况下，能够快速、准确的检测工质泵气蚀并控制工质泵运行状态，对实现低温余热发电系统正常运行非常关键。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种低温余热发电工质泵气蚀检测装置及方法，通过检测工质泵工作时的噪声数值，结合低温余热发电系统的发电状态，对工质泵运行状态进行判断并对其运行情况进行控制，比如异常情况报警，启动、停止等。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种低温余热发电工质泵气蚀检测装置，包括检测低温余热发电装置发出的交流电实时电量信号的交流发电量检测电路；低温余热发电装置的输出还通过交流转直流电路连接直流电源，直流电量检测电路实时获取低温余热发电装置转为直流的电量信号；所述交流发电量检测电路和直流电量检测电路都与微处理器连接，所述微处理器控制低温余热发电装置中与工质泵连接的电动机的运行状态；位于所述工作泵上的噪声测量传感器与所述微处理器的输入端连接；所述微处理器接受外部控制指令。

所述交流转直流电路包括依次连接的EMI模块、整流电路、PFC模块及电容滤波模块。

所述噪声测量传感器通过信号处理电路与所述微处理器的SCI串口或A/D转换接口连接。

所述外部控制指令包括控制工质泵的启动或停止、工质泵的设定运行频率。

一种低温余热发电工质泵气蚀检测方法，包括：

根据低温余热发电装置的发出的交流、直流母电量计算低温余热发电装置的实时发电功率；

通过噪声测量传感器检测工质泵实际运行过程中的噪声，并实时传输到微处理器；

如果工质泵工作噪声出现异常，并且低温余热发电系统的输出电量低于正常工作值时，微处理器判断出现工质泵气蚀，暂时停止工质泵的运行，等待设定时间之后再重新启动工质泵。

通过检测以下任意一种情况下工质泵工作噪声的异常与否判断工质泵是否处于气蚀情况：

第一种，控制工质泵启动或停止运行，使得工作泵的状态发生转换；

第二种，工质泵的运行频率进行调整时。

所述第一种情况，外部工作人员通过控制按钮或低温余热发电装置内部通过指令控制工质泵启动或停止。

所述第二种情况发生在低温余热发电装置因为负载的变化或实现最大功率点跟踪控制时。

第一种情况下判断工质泵是否出现气蚀的方法，包括：

步骤一：微处理器获取操作或系统指令后，确认启动或停止指令，从外部控制指令获取最终的运行频率，微处理器按照设定的初始运行频率发出控制；

步骤二：微处理器通过驱动电动机改变工质泵的运行；

步骤三：微处理器通过噪声测量传感器实时获取工质泵实际运行过程中的噪声值；

步骤四：微处理器获取噪声值并跟试验前期所标定的不同运行频率时的噪声值进行对比，如果噪声指标大于或等于标定值，微处理器就执行报警或显示故障指示，存储故障代码便于调试查询；并将工质泵判定气蚀状态，停止其运行；

步骤五：如果噪声指标小于标定值，微处理器获取交流或直流发电量，并跟试验前期所标定的不同运行频率时的发电量进行对比，如果发电量小于标定值，微处理器就执行报警或显示故障指示，存储故障代码便于调试查询；并将系统判定为发电异常状态，停止工质泵运行；

步骤六：如果发电量大于等于标定值，微处理器继续判定设定运行频率与运行频率的实际误差是否大于设定的误差Δf，如果实际误差大于设定的误差Δf，微处理器按照设定步长增加或减小运行频率，跳到步骤二重复上面的步骤；

步骤七：如果设定运行频率与运行频率误差小于等于设定的误差Δf，工质泵运行于设定频率。

第二种情况下判断工质泵是否出现气蚀的方法，包括：

步骤一：微处理器获取工质泵频率调整指令后，同时从外部控制指令获取所要求的新设定运行频率；

步骤二：微处理器按照设定步长增加或减小运行频率，通过驱动电动机改变工质泵的运行；

步骤三：微处理器通过噪声测量传感器实时获取工质泵实际运行过程中的噪声值；

步骤四：微处理器获取噪声值并跟试验前期所标定的不同运行频率时的噪声值进行对比，如果噪声指标大于或等于标定值，微处理器就执行报警或显示故障指示，存储故障代码便于调试查询；并将工质泵判定气蚀状态，停止其运行；

步骤五：如果噪声指标小于标定值，微处理器获取交流或直流发电量，并跟试验前期所标定的不同运行频率时的发电量进行对比，如果发电量小于标定值，微处理器就执行报警或显示故障指示，存储故障代码便于调试查询；并将系统判定为发电异常状态，停止工质泵运行；

步骤六：如果发电量大于等于标定值，微处理器继续判定新设定运行频率与运行频率实际误差是否大于设定的误差Δf，如果实际误差大于设定的误差Δf，微处理器按照设定步长增加或减小运行频率，跳到步骤二重复上面的步骤；

步骤七：如果新设定运行频率与运行频率实际误差小于设定的误差Δf，工质泵运行于新设定频率。

本发明的有益效果：

(1)本发明采用交直流功率作为判断值，能够较快的判断系统的发电量及运行状态；

(2)本发明在采用噪声检测装置实时检测工质泵的运行噪声，该方法简单、容易实现；

(3)本发明实时检测工质泵运行时的噪声来判断工质泵故障状态，该方法能够快速的判断工质泵的异常状态；

(4)本发明能够较快的判断工质泵气蚀，并实时控制工质泵的运行状态，实时保护工质泵及低温发电系统的各个部件。

4)本发明能够结合工质泵判断系统发电状态，判断发电状态的异常，实时保护低温发电系统的各个部件。

附图说明

图1为低温余热发电工质泵气蚀检测装置结构示意图；

图2为第一种情况的工作流程图；

图3为第二种情况的工作流程图；。

其中，1.ORC低温余热发电装置，2.交流转直流电路，3.直流电源，4.负载等其他电路，5.交流发电量检测电路，6.直流电量检测电路，7.微处理器，8.DC/AC变频模块，9.外部控制指令，10.信号处理电路，11.噪声测量传感器，12.电动机，13.工质泵。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种低温余热发电工质泵气蚀检测装置，包括：

低温余热交流发电量检测，其用于获取低温余热发电系统发出交流电的实时电量信号。

低温余热交流转直流电路，其用于将低温余热发电系统发出交流电转换为直流电。

低温余热直流发电量检测，其用于获取低温余热发电系统发出交直流电的实时电量信号

外部控制指令，检测整个低温余热发电装置的外部运行指令如运行或停止信号。

噪声测量传感器，噪声测量传感器用于检测工质泵运行过程中的实时噪声；

信号处理电路，将噪声传感器所检测到的噪声信号做处理，以串口SCI或模拟量电压分方式传输到微处理器。

微处理器，接受外部信号并对运行状态进行判断，然后控制工质泵的运行。

具体的包括检测ORC低温余热发电装置1发出的交流电实时电量信号的交流发电量检测电路5；ORC低温余热发电装置1的输出还通过交流转直流电路2连接直流电源3，直流电量检测电路6实时获取ORC低温余热发电装置1转为直流的电量信号；所述交流发电量检测电路5和直流电量检测电路6都与微处理器7连接，所述微处理器7控制ORC低温余热发电装置1中与工质泵13连接的电动机12的运行状态；位于所述工作泵13上的噪声测量传感器11与所述微处理器7的输入端连接；所述微处理器7接受外部控制指令9。

直流电源与负载等其他电路4连接。微处理器7通过DC/AC变频模块8控制电动机12。所述交流转直流电路包括依次连接的EMI模块、整流电路、PFC模块及电容滤波模块。

所述噪声测量传感器通过信号处理电路10与所述微处理器的SCI串口或A/D转换接口连接。

一种低温余热发电工质泵气蚀检测方法，包括：

根据低温余热发电系统的交流、直流母电量检测，计算低温余热发电系统的实时发电功率；

通过噪声测量传感器和信号处理电路，将工质泵实际运行过程中的噪声实时传输到微处理器；

如果工质泵工作噪声出现异常，并且低温余热发电系统的输出电量低于正常工作值，微处理器判断出现工质泵气蚀，暂时停止工质泵的运行，等一段时间之后再重新启动工质泵。

工质泵气蚀判断方法，具体步骤如下：

根据发电系统对工质泵运行频率调整及工质泵的初始状态分两种情况对工质泵气蚀及运行控制进行判断。如图2和图3所示。

图2所示的为第一种由外部工作人员通过控制按钮或发电系统内部通过指令控制工质泵启动和停止运行状态的转换。

步骤一：微处理器获取操作或系统指令后，确认启动或停止指令，通过通讯方式从外部控制指令获取最终的运行频率。

步骤二：微处理器按照设定步长增加或减小运行频率，然后通过D/A或SCI串口，控制DC/AC变频模块，驱动电动机和工质泵运行。

步骤三：通过噪声测量传感器和信号处理电路，将工质泵实际运行过程中的噪声实时传输到微处理器。

步骤四：微处理器获取噪声值并跟试验前期所标定的不同运行频率时的噪声值进行对比，如果噪声指标大于标定值，微处理器就执行报警、显示故障指示，存储故障代码便于调试查询；并将工质泵判定气蚀状态，停止其运行。

步骤五：如果噪声指标小于标定值，微处理器获取交流或直流发电量，并跟试验前期所标定的不同运行频率时的发电量进行对比，如果发电量小于标定值，微处理器就执行报警、显示故障指示，存储故障代码便于调试查询；并将系统判定为发电异常状态，停止工质泵运行。

步骤六：如果发电量大于等于标定值，微处理器继续判定设定运行频率与运行频率误差是否大于设定的误差Δf,如果实际误差大于设定的误差Δf，跳到步骤二重复上面的步骤。

步骤七：设定运行频率与运行频率误差小于等于设定的误差Δf，工质泵运行于设定频率。

图3所示的为第二由发电系统因为负载的变化或实现最大功率点跟踪(MTTP)等控制，对工质泵运行频率进行调整时的状态变换。

步骤一：微处理器获取工质泵频率调整指令后，同时从外部控制指令获取系统所要求的新设定运行频率。

步骤二：微处理器按照设定步长增加或减小运行频率，然后通过D/A或SCI串口，控制DC/AC变频模块，驱动电动机和工质泵运行。

步骤三：通过噪声测量传感器和信号处理电路，将工质泵实际运行过程中的噪声实时传输到微处理器。

步骤四：微处理器获取噪声值并跟试验前期所标定的不同运行频率时的噪声值进行对比，如果噪声指标大于标定值，微处理器就执行报警、显示故障指示，存储故障代码便于调试查询；并将工质泵判定气蚀状态，停止其运行。

步骤五：如果噪声指标小于标定值，微处理器获取交流或直流发电量，并跟试验前期所标定的不同运行频率时的发电量进行对比，如果发电量小于标定值，微处理器就执行报警、显示故障指示，存储故障代码便于调试查询；并将系统判定为发电异常状态，停止工质泵运行。

步骤六：如果发电量大于等于标定值，微处理器继续判定新设定运行频率与运行频率误差是否大于设定的误差Δf,如果实际误差大于设定的误差Δf，跳到步骤二重复上面的步骤。

步骤七：如果新设定运行频率与运行频率误差小于等于设定的误差Δf，工质泵运行于新设定频率。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种低温余热发电工质泵气蚀检测装置，其特征是，包括检测低温余热发电装置发出的交流电实时电量信号的交流发电量检测电路；低温余热发电装置的输出还通过交流转直流电路连接直流电源，直流电量检测电路实时获取低温余热发电装置转为直流的电量信号；所述交流发电量检测电路和直流电量检测电路都与微处理器连接，所述微处理器控制低温余热发电装置中与工质泵连接的电动机的运行状态；位于所述工作泵上的噪声测量传感器与所述微处理器的输入端连接；所述微处理器接受外部控制指令。

2.如权利要求1所述一种低温余热发电工质泵气蚀检测装置，其特征是，所述交流转直流电路包括依次连接的EMI模块、整流电路、PFC模块及电容滤波模块。

3.如权利要求1所述一种低温余热发电工质泵气蚀检测装置，其特征是，所述噪声测量传感器通过信号处理电路与所述微处理器的SCI串口或A/D转换接口连接。

4.如权利要求1所述一种低温余热发电工质泵气蚀检测装置，其特征是，所述外部控制指令包括控制工质泵的启动或停止、工质泵的设定运行频率。

5.一种低温余热发电工质泵气蚀检测方法，其特征是，包括：

根据低温余热发电装置的发出的交流、直流母电量计算低温余热发电装置的实时发电功率；

通过噪声测量传感器检测工质泵实际运行过程中的噪声，并实时传输到微处理器；

如果工质泵工作噪声出现异常，并且低温余热发电系统的输出电量低于正常工作值时，微处理器判断出现工质泵气蚀，暂时停止工质泵的运行，等待设定时间之后再重新启动工质泵。

6.如权利要求5所述一种低温余热发电工质泵气蚀检测方法，其特征是，通过检测以下任意一种情况下工质泵工作噪声的异常与否判断工质泵是否处于气蚀情况：

第一种，控制工质泵启动或停止运行，使得工作泵的状态发生转换；

第二种，工质泵的运行频率进行调整时。

7.如权利要求6所述一种低温余热发电工质泵气蚀检测方法，其特征是，所述第一种情况，外部工作人员通过控制按钮或低温余热发电装置内部通过指令控制工质泵启动或停止。

8.如权利要求6所述一种低温余热发电工质泵气蚀检测方法，其特征是，所述第二种情况发生在低温余热发电装置因为负载的变化或实现最大功率点跟踪控制时。

9.如权利要求6所述一种低温余热发电工质泵气蚀检测方法，其特征是，第一种情况下判断工质泵是否出现气蚀的方法，包括：

步骤一：微处理器获取操作或系统指令后，确认启动或停止指令，从外部控制指令获取最终的运行频率，微处理器按照设定的初始运行频率发出控制；

步骤二：微处理器通过驱动电动机改变工质泵的运行；

步骤三：微处理器通过噪声测量传感器实时获取工质泵实际运行过程中的噪声值；

步骤四：微处理器获取噪声值并跟试验前期所标定的不同运行频率时的噪声值进行对比，如果噪声指标大于或等于标定值，微处理器就执行报警或显示故障指示，存储故障代码便于调试查询；并将工质泵判定气蚀状态，停止其运行；

步骤五：如果噪声指标小于标定值，微处理器获取交流或直流发电量，并跟试验前期所标定的不同运行频率时的发电量进行对比，如果发电量小于标定值，微处理器就执行报警或显示故障指示，存储故障代码便于调试查询；并将系统判定为发电异常状态，停止工质泵运行；

步骤六：如果发电量大于等于标定值，微处理器继续判定设定运行频率与运行频率的实际误差是否大于设定的误差Δf，如果实际误差大于设定的误差Δf，微处理器按照设定步长增加或减小运行频率，跳到步骤二重复上面的步骤；

步骤七：如果设定运行频率与运行频率误差小于等于设定的误差Δf，工质泵运行于设定频率。

10.如权利要求6所述一种低温余热发电工质泵气蚀检测方法，其特征是，第二种情况下判断工质泵是否出现气蚀的方法，包括：

步骤一：微处理器获取工质泵频率调整指令后，同时从外部控制指令获取所要求的新设定运行频率；

步骤二：微处理器按照设定步长增加或减小运行频率，通过驱动电动机改变工质泵的运行；

步骤三：微处理器通过噪声测量传感器实时获取工质泵实际运行过程中的噪声值；

步骤四：微处理器获取噪声值并跟试验前期所标定的不同运行频率时的噪声值进行对比，如果噪声指标大于或等于标定值，微处理器就执行报警或显示故障指示，存储故障代码便于调试查询；并将工质泵判定气蚀状态，停止其运行；

步骤五：如果噪声指标小于标定值，微处理器获取交流或直流发电量，并跟试验前期所标定的不同运行频率时的发电量进行对比，如果发电量小于标定值，微处理器就执行报警或显示故障指示，存储故障代码便于调试查询；并将系统判定为发电异常状态，停止工质泵运行；

步骤六：如果发电量大于等于标定值，微处理器继续判定新设定运行频率与运行频率实际误差是否大于设定的误差Δf，如果实际误差大于设定的误差Δf，微处理器按照设定步长增加或减小运行频率，跳到步骤二重复上面的步骤；

步骤七：如果新设定运行频率与运行频率实际误差小于设定的误差Δf，工质泵运行于新设定频率。