CN107061370B - 一种利用前置泵解决orc发电系统泵汽蚀的装置及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用前置泵解决ORC发电系统泵汽蚀的装置及其使用方法，包括工质储液罐、前置泵、工质泵；所述工质储液罐与系统工质侧入口管路连接，所述工质储液罐还通过管路依次与前置泵和工质泵连接；所述工质泵通过管路与系统工质侧出口连接，所述前置泵与所述工质泵之间的管路上设置有一组温度检测单元和一组压力检测单元，所述工质泵与所述系统工质侧出口之间的管路上设置有一组流量检测单元；本发明通过调节前置泵频率改变工质泵入口工质压力，来实现对有效汽蚀余量的控制，工质泵入口工质压力的升高，保证有效汽蚀余量NPSHa升高，解决泵的汽蚀问题，并且避免了改造空间的限制问题。

Description

一种利用前置泵解决ORC发电系统泵汽蚀的装置及其使用方法
技术领域
本发明涉及发电系统的泵汽蚀防护技术领域，尤其涉及一种利用前置泵解决ORC发电系统泵汽蚀的装置及其使用方法。
背景技术
为提高能源利用率，国家提出了“十三五”节能环保发展规划，积极鼓励余热能源的开发与利用。作为国内新兴热电转换技术，有机朗肯循环(简称ORC)发电系统具有利用热源温度低、系统工作压力低、系统占地空间小、撬装体方便运输与安装、较好的适应性及高效环保等优点，目前已成为国内余热回收领域研究的热点；
泵作为有机工质动力的来源，是ORC发电系统中重要设备之一；实际的使用过程中，由于转速高流量大，容易出现汽蚀现象；泵的汽蚀现象是指，泵入口介质在叶轮进口处因压力低于该处温度对应的汽化压力而汽化成为小气泡，在流动中压力变化使气泡破裂、凝结，同时液体填充空穴发生碰撞形成水击，导致叶片表面被冲蚀损坏；
对于汽蚀现象，其解决方法通常为降低泵高度，提升液位高度来增加泵入口的压力，从而提升有效汽蚀余量，来避免汽蚀发生，但此方法对空间需求较大,1-2m的高度差才能起到防止汽蚀的作用，提高了土建成本，影响了ORC发电装置小型撬装体的布置方式，且往往因为受施工空间条件制约而无法实施；
此外，对过流部件表面进行处理，采用喷涂不锈钢和环氧云铁防腐涂料进行抗汽蚀修补，喷涂后漆膜坚韧、耐磨，表面硬度可达HRC60-70；这种方法虽然提高了泵的使用寿命，但无法解决泵发生汽蚀现象这一根本问题，无法解决汽蚀过程中泵的振动、噪声及对系统稳定性的影响。
发明内容
本发明克服了上述现有技术的不足，提供了一种利用前置泵解决ORC发电系统泵汽蚀的装置及其使用方法；本发明通过调节前置泵频率改变工质泵入口工质压力，来实现对有效汽蚀余量的控制，工质泵入口工质压力的升高，保证有效汽蚀余量NPSHa升高，解决泵的汽蚀问题，并且避免了改造空间的限制问题。
本发明的技术方案：
一种利用前置泵解决ORC发电系统泵汽蚀的装置，包括工质储液罐、前置泵、工质泵；所述工质储液罐与系统工质侧入口管路连接，所述工质储液罐还通过管路依次与前置泵和工质泵连接；所述工质泵通过管路与系统工质侧出口连接，所述前置泵与所述工质泵之间的管路上设置有一组温度检测单元和一组压力检测单元，所述工质泵与所述系统工质侧出口之间的管路上设置有一组流量检测单元。
进一步的，所述温度检测单元为一组温度传感器。
进一步的，所述压力检测单元为一组压力传感器。
进一步的，所述流量检测单元为一组体积流量计。
一种利用前置泵解决ORC发电系统泵汽蚀的装置的使用方法包括以下步骤：
a、前置泵升压：来自ORC发电系统的有机工质从系统工质侧入口经管道进入工质储液罐，再进入前置泵升压，将有机工质压力升到Ps；
b、工质泵升压：来自前置泵压力为Ps的有机工质进入工质泵，工质泵再将有机工质泵入ORC发电系统；
c、前置泵频率的调节：将Ps与控制要求压力Ps *的比较结果作为工质泵入口工质压力控制信号，当所述压力检测单元测得压力Ps大于Ps *则前置泵频率保持不变，泵的有效汽蚀余量满足要求，当所述压力检测单元测得压力Ps小于或等于Ps *时，通过增大前置泵频率，升高前置泵出口即工质泵入口压力Ps，使得泵的有效汽蚀余量满足要求。
本发明相对于现有技术具有以下有益效果：
本发明通过调节前置泵频率改变工质泵入口工质压力，来实现对有效汽蚀余量的控制，工质泵入口工质压力的升高，保证有效汽蚀余量NPSHa升高，解决泵的汽蚀问题，并且避免了改造空间的限制问题；
本发明通过设设有温度检测单元、压力检测单元、流量检测单元，通过测量信号计算产生工质泵入口工质压力控制信号，实时调整前置泵频率；
本发明能够在ORC发电系统原有设备条件下，在工质泵与工质储液罐之间加装前置泵，不仅可以对新建机组的泵进行设置，也可以对已经建成的系统进行加装改造
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过发明的实践了解到。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图中：1-工质储液罐；2-系统工质侧入口；3-前置泵；4-温度检测单元；5-压力检测单元；6-工质泵；7-流量检测单元；8-系统工质侧出口。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明进行详细说明。
实施例一：
结合图1所示，本实施例公开的一种利用前置泵解决ORC发电系统泵汽蚀的装置，包括工质储液罐1、前置泵3、工质泵6；所述工质储液罐1与系统工质侧入口2管路连接，所述工质储液罐1还通过管路依次与前置泵3和工质泵6连接；所述工质泵6通过管路与系统工质侧出口8连接，所述前置泵3与所述工质泵6之间的管路上设置有一组温度检测单元4和一组压力检测单元5，所述工质泵6与所述系统工质侧出口8之间的管路上设置有一组流量检测单元7,所述温度检测单元、压力检测单元、流量检测单元的测量信号经过计算处理后得到工质泵入口工质压力控制信号对前置泵频率进行控制。
具体的，所述温度检测单元4为一组温度传感器；压力检测单元5为一组压力传感器；所述流量检测单元7为一组体积流量计；温度检测单元4采用量程在-50℃-200℃，精度1％的温度传感器，压力检测单元5采用量程在0.1MPa-3MPa，精度为1％的压力传感器，流量检测单元7采用量程在0.5-1.5m3/min，精度为1％的体积流量计。
一种利用前置泵解决ORC发电系统泵汽蚀的装置的使用方法，包括以下步骤：
a、前置泵升压：前置泵为可以接收工质泵入口工质压力控制信号的变频泵；来自ORC发电系统的有机工质从系统工质侧入口经管道进入工质储液罐1，再进入前置泵3升压，将有机工质压力升到Ps；
b、工质泵升压：来自前置泵3压力为Ps的有机工质进入工质泵6，工质泵6再将有机工质泵入ORC发电系统；
c、前置泵频率的调节：将Ps与控制要求压力Ps *的比较结果作为工质泵入口工质压力控制信号，当所述压力检测单元5测得压力Ps大于Ps *则前置泵频率保持不变，泵的有效汽蚀余量满足要求，当所述压力检测单元5测得压力Ps小于或等于Ps *时，通过增大前置泵3频率，升高前置泵出口即工质泵入口压力Ps，使得泵的有效汽蚀余量满足要求。
根据所述温度检测单元4测得温度Tv，根据所述压力检测单元5测得压力Ps。
泵的有效汽蚀余量计算公式：
Figure BDA0001329473070000031
式中：Ps为泵入口静压，Pa；
Vs为泵入口处介质流速，m/s；
Pv为介质在其温度Tv下对应饱和压力，Pa；
ρ为温度Tv对应下的工质液体密度，kg/m3；
泵的必需汽蚀余量计算公式：
Figure BDA0001329473070000041
式中：V0为叶片进口前的绝对速度，m/s；
W0为叶片进口前压力最低处的相对速度m/s；
λ为叶片进口压降系数；
必需汽蚀余量为泵厂家经过试验测量，结合公式计算得到，是泵厂家对用户的使用条件要求。当有效汽蚀余量NPSHa大于必须汽蚀余量NPSHr时，可以保证不发生汽蚀。一般要求有效汽蚀余量大于必须汽蚀余量0.5～1m留为余量以保证泵稳定运行。要求如下式：
NPSHa≥NPSHr+1
控制要求压力Ps *根据公式
Figure BDA0001329473070000042
泵入口处工质流速Vs为根据公式：
Figure BDA0001329473070000043
式中：Q为利用流量检测单元7测得的管道体积流量m3/s，
D为管道直径，m。
实施例二：
在本实施例中；所述温度检测单元4布置于管道上具有插深的温井中，保证有机工质管道的密闭性同时对工质温度进行测量。
实施例三：
在本实施例中；所述压力检测单元5布置于管道上支管座连接的角阀上，通过角阀的开关，连通或隔离系统与压力检测单元5，保证有机工质管道的密闭性同时对工质压力进行测量。
实施例四：
在本实施例中；流量检测单元7为涡街流量计。
实施例五：
在本实施例中；前置泵3为可以接收工质泵6入口工质压力控制信号的变频泵。
以上实施例只是对本专利的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。

Claims (4)

1.一种利用前置泵解决ORC发电系统泵汽蚀的装置，包括工质储液罐(1)、前置泵(3)、工质泵(6)；所述工质储液罐(1)与系统工质侧入口(2)管路连接，所述工质储液罐(1)还通过管路依次与前置泵(3)和工质泵(6)连接；所述工质泵(6)通过管路与系统工质侧出口(8)连接，所述前置泵(3)与所述工质泵(6)之间的管路上设置有一组温度检测单元(4)和一组压力检测单元(5)，所述工质泵(6)与所述系统工质侧出口(8)之间的管路上设置有一组流量检测单元(7)；
所述的利用前置泵解决ORC发电系统泵汽蚀的装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、前置泵升压：来自ORC发电系统的有机工质从系统工质侧入口经管道进入工质储液罐(1)，再进入前置泵(3)升压，将有机工质压力升到Ps；
b、工质泵升压：来自前置泵(3)压力为Ps的有机工质进入工质泵(6)，工质泵(6)再将有机工质泵入ORC发电系统；
c、前置泵频率的调节：将Ps与控制要求压力Ps *的比较结果作为工质泵(6)入口工质压力控制信号，当所述压力检测单元(5)测得压力Ps大于Ps *则前置泵(3)频率保持不变，泵的有效汽蚀余量满足要求，当所述压力检测单元(5)测得压力Ps小于或等于Ps *时，通过增大前置泵(3)频率，升高前置泵出口即工质泵入口压力Ps，使得泵的有效汽蚀余量满足要求。
2.根据权利要求1所述的一种利用前置泵解决ORC发电系统泵汽蚀的装置，其特征在于，所述温度检测单元(4)为一组温度传感器。
3.根据权利要求1所述的一种利用前置泵解决ORC发电系统泵汽蚀的装置，其特征在于，所述压力检测单元(5)为一组压力传感器。
4.根据权利要求1所述的一种利用前置泵解决ORC发电系统泵汽蚀的装置，其特征在于，所述流量检测单元(7)为一组体积流量计。
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