CN108131172A - 一种涡轮机工作效率自动调节装置及调节方法 - Google Patents

Abstract

一种涡轮机工作效率自动调节装置及调节方法，属于涡轮机发电技术领域。所述涡轮机工作效率自动调节装置包括涡轮机、无级变速机、驱动电机、发电机、电动调节阀、第一压力变送器、第二压力变送器、转速编码器以及控制器；涡轮机的输出轴与无级变速机的输入轴连接，无级变速机的输出轴与发电机连接，驱动电机的输出轴与无级变速机的速比调节装置的转杆连接；电动调节阀安装在涡轮机的工质入口处，第一压力变送器安装在涡轮机的主进气管路内，第二压力变送器安装在涡轮机的壳体内部，转速编码器安装在发电机的轴末端，电动调节阀、第一压力变送器、第二压力变送器和转速编码器均与控制器电连接。

Description

一种涡轮机工作效率自动调节装置及调节方法

技术领域

本发明涉及涡轮机发电技术领域，特别涉及一种涡轮机工作效率自动调节装置及调节方法。

背景技术

在现有的低温余热发电机组中，涡轮机与发电机之间通过一个定传动比的减速器连接，通过定传动比的减速器调整发电机的转速。

发明人发现上述减速器在低温余热发电机组中工作时，只能以固定的传动比运行，但实际运行过程中发现，机组的运行效率会受外界环境的影响，例如，当室外环境温度升高时，会使得低温发电系统里的空冷冷凝器的工作效率降低，而空冷冷凝器的工作效率降低时，会使得涡轮机壳体内部的压力变大，而涡轮机的主进气管路中的压力是不变的，从而使涡轮机进、排气的压力差值减小，因此，涡轮机渐缩喷嘴的出口喷射速度下降，导致涡轮机的转速下降，因此会使得发电机的转速下降，低于发电机的额定转速，机组的运行效率随之降低，导致整个发电系统的发电量降低，影响发电机组运行的稳定性、可靠性和经济性。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种涡轮机工作效率自动调节装置，所述涡轮机工作效率自动调节装置包括涡轮机、无级变速机、驱动电机、发电机、电动调节阀、第一压力变送器、第二压力变送器、转速编码器以及控制器；

所述涡轮机的输出轴与所述无级变速机的输入轴连接，所述无级变速机的输出轴与所述发电机连接，所述驱动电机的输出轴与所述无级变速机的速比调节装置的转杆连接；

所述电动调节阀安装在所述涡轮机的工质入口处，所述第一压力变送器安装在所述涡轮机的主进气管路内，所述第二压力变送器安装在所述涡轮机的壳体内部，所述转速编码器安装在所述发电机的轴末端，所述电动调节阀、所述第一压力变送器、所述第二压力变送器和所述转速编码器均与所述控制器电连接。

一种所述涡轮机工作效率自动调节装置自动调节涡轮机工作效率的方法，所述方法包括：

步骤1、所述第一压力变送器实时检测所述涡轮机的主进气管路内的压力P₁并发送给所述控制器，所述第二压力变送器实时检测所述涡轮机的壳体内部的压力P₂并发送给所述控制器，所述转速编码器实时检测所述发电机的实际转速n₁并发送给所述控制器，所述控制器内预存有压力标准差值△P₀和所述发电机的额定转速n₀，执行步骤2；

步骤2、所述控制器计算所述主进气管路内的压力P₁与所述壳体内部的压力P₂的差值△P，并将△P与△P₀进行对比，若△P＜△P₀，则执行步骤3，若△P＞△P₀，则执行步骤6；

步骤3、所述控制器发送第一控制指令给所述驱动电机，所述驱动电机根据第一控制指令带动所述转杆旋转，使所述无级变速机的传动比减小、使所述发电机的实际转速n₁变大，执行步骤4；

步骤4、所述控制器将接收到的所述发电机的实际转速n₁与所述发电机的额定转速n₀进行对比：若n₁＜n₀，则执行步骤5，若n₁＞n₀，则执行步骤6，若n₁＝n₀，则执行步骤7；

步骤5、所述控制器发送第二控制指令给所述电动控制阀，所述电动调节阀根据所述第二控制指令增大阀板的开启角度，使进入所述涡轮机的工质流量增加、使所述涡轮机的输出转速变大，直至n₁＝n₀，执行步骤7；

步骤6、所述控制器发送第三控制指令给所述电动控制阀，所述电动调节阀根据所述第三控制指令减小阀板的开启角度，使进入所述涡轮机的工质流量减小、使所述涡轮机的输出转速变小，直至n₁＝n₀，执行步骤7；

步骤7、所述控制器发送第四控制指令给所述电动控制阀，所述电动调节阀的阀板开度根据所述第四控制指令停止变化。

本发明中的装置将可自动控制速比的无级变速机的两个伸出轴分别与低温余热发电机组的涡轮机与发电机相连接，根据实际情况对发电机的实际转速进行合理的自动调节，能够适应复杂的工况条件，在控制器的控制下，通过驱动电机带动无级变速机的传动比进行改变，并通过自动调节电动调节阀阀板的开度来对涡轮机自身的输出转速进行微调，从而使涡轮机不受外界环境因素影响，保证发电机在额定转速下进行工作，从而使低温余热发电机组的自动调节能力得到了大幅提升，能够有效提高发电机组的自适应能力，解决了变工况下机组运行不稳定及运行效率低的问题。

附图说明

图1是本发明提供的涡轮机工作效率自动调节装置的结构示意图；

图2是本发明提供的无级变速机的剖面图；

图3是本发明提供的涡轮机工作效率自动调节方法的流程图。

其中，

1涡轮机，2无级变速机，3发电机，4主动轮，5压盘，6碟形弹簧，7输入轴，8行星摩擦轮，9固定环，10调速凸轮，11滑块轴承，12行星架，13速比调节装置，14转杆，15平面弹子夹，16固定凸轮。

具体实施方式

为了解决现有技术存在的问题，如图1所示，本发明提供了一种涡轮机工作效率自动调节装置，该涡轮机工作效率自动调节装置包括涡轮机1、无级变速机2、驱动电机、发电机3、电动调节阀、第一压力变送器、第二压力变送器、转速编码器以及控制器；

涡轮机1的输出轴与无级变速机2的输入轴连接，无级变速机2的输出轴与发电机3连接，驱动电机的输出轴与无级变速机2的速比调节装置的转杆14连接；

电动调节阀安装在涡轮机1的工质入口处，第一压力变送器安装在涡轮机1的主进气管路内，第二压力变送器安装在涡轮机1的壳体内部，转速编码器安装在发电机3的轴末端，电动调节阀、第一压力变送器、第二压力变送器和转速编码器均与控制器电连接。

其中，驱动电机能够带动无级变速机2的转杆14进行旋转，如图2所示，本发明中的无级变速机2可以直接在市面上买到，转杆14的旋转可在一定范围内改变无级变速机2的传动比，本发明中将无级变速机2的转杆14与驱动电机连接起来，通过驱动电机来带动转杆14旋转，无级变速机2包括压紧的主动装置、摩擦传动机构、调速控制机构所组成，带锥度的主动轮4和压盘5被一组碟形弹簧6压紧，输入轴7与主动轮4用键联接，而组成压紧的主动装置；一组带锥度的行星摩擦轮8内侧夹在压紧的主动轮4和压盘5之间，外侧夹在带锥度的固定环9和调速凸轮10之间，而组成摩擦副；当压紧的主动装置运转时，摩擦轮就做纯滚动，由于固定环9和调速凸轮10不动，因此，摩擦轮在自转的同时作公转运转，通过行星摩擦轮8的中心轴及滑块轴承11而带动行星架12转动；当驱动电机带动速比调节装置13的转杆14旋转时，转杆14带动调速凸轮10改变角向位置的同时，调速凸轮10的端面曲线经平面弹子夹15和固定凸轮16的端面曲线作用，使调速凸轮10产生轴向移动，从而均匀改变调速凸轮10和固定环9之间的间隔，使锥度行星摩擦轮8产生径向移动，最后均匀地改变了行星摩擦轮8与主动轮4、压盘5及固定环9、调速凸轮10摩擦处的工作半径，实现稳定的无级变速，使得无级变速机2的传动比进行改变。其中，驱动电机可以选择工作效率为9W的电机。

如图3所示为本发明提供的涡轮机工作效率自动调节方法的流程图，本发明中的涡轮机工作效率自动调节装置自动调节涡轮机工作效率的方法包括：

步骤1、第一压力变送器实时检测涡轮机1的主进气管路内的压力P₁并发送给控制器，第二压力变送器实时检测涡轮机1的壳体内部的压力P₂并发送给控制器，转速编码器实时检测发电机3的实际转速n₁并发送给控制器，控制器内预存有压力标准差值△P₀和发电机3的额定转速n₀，执行步骤2；

本发明中，转速编码器安装在发电机3的轴末端，能够实时检测发电机3轴的实际转速n₁，涡轮机1的输出轴与无级变速机2的输入轴连接，无级变速机2的输出轴与发电机3轴连接，因此无级变速机2的输入轴的转速与涡轮机1输出轴的转速相等，无级变速机2的输出轴的转速与发电机3轴的转速相等，即为发电机3的实际转速n₁；

其中，涡轮机1正常工作时，其主进气管路内的压力P₁是不会改变的，当外界环境温度变化时，会影响涡轮机1的壳体内部的压力P₂，第二压力变送器实时检测涡轮机1的壳体内部的压力P₂，并将实时检测的结果发送给控制器，其中，压力标准差值△P₀为涡轮机1在最佳效率工作点稳定工作时所对应的主进气管路内的压力与涡轮机1的壳体内部的压力的差值，为已知数值，发电机3的额定转速n₀也为已知数值。

步骤2、控制器计算主进气管路内的压力P₁与壳体内部的压力P₂的差值△P，并将△P与△P₀进行对比，若△P＜△P₀，则执行步骤3，若△P＞△P₀，则执行步骤6；

当△P＜△P₀时，会使得涡轮机1渐缩喷嘴的出口喷射速度下降，导致涡轮机1的转速下降进而使得发电机3的实际转速n₁低于发电机3的额定转速n₀；当△P＞△P₀时，会使得发电机3的实际转速n₁大于发电机3的额定转速n₀，使发电机3的输出参数超出用户需求的范围；

步骤3、控制器发送第一控制指令给驱动电机，驱动电机根据第一控制指令带动转杆14旋转，使无级变速机2的传动比减小、使发电机3的实际转速n₁变大，执行步骤4；

其中，若△P＜△P₀，则会使发电机3的工作效率降低、发电机3的实际转速n₁变小，因此，控制驱动电机带动转杆14旋转，使得无级变速机2的传动比减小，如此可以使得无级变速机2的输出轴的转速变大，进而使得发电机3的实际转速n₁变大，在转杆14旋转的过程中，转速编码器仍然实时检测发电机3的实际转速并发送给控制器；

步骤4、控制器将接收到的发电机3的实际转速n₁与发电机3的额定转速n₀进行对比：若n₁＜n₀，则执行步骤5，若n₁＞n₀，则执行步骤6，若n₁＝n₀，则执行步骤7；

其中，无级变速机2的传动比在一定范围内是可以调节的，若无级变速机2的传动比调整到极限后，发电机3的实际转速n₁仍然小于发电机3的额定转速n₀，使得发电机3的工作效率仍然较低，此时控制器控制驱动电机停止继续旋转，并执行步骤5；若调节的过程中，发电机3的实际转速n₁大于发电机3的额定转速n₀，则可能会使发电机3的输出参数超出用户需求的范围，由于控制器实时接收编码器发送的实际转速n₁并与n₀进行对比，因此当检测到n₁＞n₀时，可以控制驱动电机停止继续旋转，并执行步骤6；若发电机3的实际转速n₁等于发电机3的额定转速n₀，则此时发电机3处于最佳工作状态，则控制驱动电机停止继续旋转并执行步骤7。

步骤5、控制器发送第二控制指令给电动控制阀，电动调节阀根据第二控制指令增大阀板的开启角度，使进入涡轮机1的工质流量增加、使得工质流量对涡轮机1的喷射力加大，使涡轮机1的输出转速变大，即间接提高了无级变速机2的输入轴的转速，因而使得无级变速机2的输出轴的转速变大，即使得发电机3的实际转速n₁变大，实现了对发电机3实际转速n₁的微调，在此过程中，编码器仍然实时将检测到的发电机3的实际转速n₁发送给控制器，直至控制器对比出n₁＝n₀，则执行步骤7；

步骤6、控制器发送第三控制指令给电动控制阀，电动调节阀根据第三控制指令减小阀板的开启角度，使进入涡轮机1的工质流量减小、会使得工质流量对涡轮机1的喷射力变小，使涡轮机1的输出转速变小，即间接减小了无级变速机2的输入轴的转速，因而使得无级变速机2的输出轴的转速变小，即使得发电机3的实际转速n₁变小，实现了对发电机3实际转速n₁的微调，且此时涡轮机的耗气降低，间接提高了涡轮机的工作效率。在此过程中，编码器仍然实时将检测到的发电机3的实际转速n₁发送给控制器，直至控制器对比出直至n₁＝n₀，则执行步骤7；

步骤7、控制器发送第四控制指令给电动控制阀，电动调节阀的阀板开度根据第四控制指令停止变化，使得涡轮机1的输出转速停止变化，保证发电机3在额定转速下进行发电。

本发明中的装置将可自动控制速比的无级变速机2的两个伸出轴分别与低温余热发电机组的涡轮机1与发电机3相连接，根据实际情况对发电机3的实际转速进行合理的自动调节，能够适应复杂的工况条件，在控制器的控制下，通过驱动电机带动无级变速机2的传动比进行改变，并通过自动调节电动调节阀阀板的开度来对涡轮机1自身的输出转速进行微调，从而使涡轮机1不受外界环境因素影响，保证发电机3在额定转速下进行工作，从而使低温余热发电机组的自动调节能力得到了大幅提升，能够有效提高发电机组的自适应能力，解决了变工况下机组运行不稳定及运行效率低的问题。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种涡轮机工作效率自动调节装置，其特征在于，所述涡轮机工作效率自动调节装置包括涡轮机、无级变速机、驱动电机、发电机、电动调节阀、第一压力变送器、第二压力变送器、转速编码器以及控制器；

所述涡轮机的输出轴与所述无级变速机的输入轴连接，所述无级变速机的输出轴与所述发电机连接，所述驱动电机的输出轴与所述无级变速机的速比调节装置的转杆连接；

所述电动调节阀安装在所述涡轮机的工质入口处，所述第一压力变送器安装在所述涡轮机的主进气管路内，所述第二压力变送器安装在所述涡轮机的壳体内部，所述转速编码器安装在所述发电机的轴末端，所述电动调节阀、所述第一压力变送器、所述第二压力变送器和所述转速编码器均与所述控制器电连接。

2.一种使用权利要求1中的涡轮机工作效率自动调节装置自动调节涡轮机工作效率的方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤1、所述第一压力变送器实时检测所述涡轮机的主进气管路内的压力P₁并发送给所述控制器，所述第二压力变送器实时检测所述涡轮机的壳体内部的压力P₂并发送给所述控制器，所述转速编码器实时检测所述发电机的实际转速n₁并发送给所述控制器，所述控制器内预存有压力标准差值△P₀和所述发电机的额定转速n₀，执行步骤2；

步骤2、所述控制器计算所述主进气管路内的压力P₁与所述壳体内部的压力P₂的差值△P，并将△P与△P₀进行对比，若△P＜△P₀，则执行步骤3，若△P＞△P₀，则执行步骤6；

步骤3、所述控制器发送第一控制指令给所述驱动电机，所述驱动电机根据第一控制指令带动所述转杆旋转，使所述无级变速机的传动比减小、使所述发电机的实际转速n₁变大，执行步骤4；

步骤4、所述控制器将接收到的所述发电机的实际转速n₁与所述发电机的额定转速n₀进行对比：若n₁＜n₀，则执行步骤5，若n₁＞n₀，则执行步骤6，若n₁＝n₀，则执行步骤7；

步骤5、所述控制器发送第二控制指令给所述电动控制阀，所述电动调节阀根据所述第二控制指令增大阀板的开启角度，使进入所述涡轮机的工质流量增加、使所述涡轮机的输出转速变大，直至n₁＝n₀，执行步骤7；

步骤6、所述控制器发送第三控制指令给所述电动控制阀，所述电动调节阀根据所述第三控制指令减小阀板的开启角度，使进入所述涡轮机的工质流量减小、使所述涡轮机的输出转速变小，直至n₁＝n₀，执行步骤7；

步骤7、所述控制器发送第四控制指令给所述电动控制阀，所述电动调节阀的阀板开度根据所述第四控制指令停止变化。