CN108799344A - 基于智能pi控制的水电站轴瓦冷却系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于智能PI控制的水电站轴瓦冷却系统，包括一现地控制模块、一智能控制模块、一轴瓦温度测量模块、一冷却模块以及一轴瓦换热器组；所述现地控制模块与所述智能控制模块相连接，所述智能控制模块与所述轴瓦温度测量模块相连接，所述轴瓦温度测量模块与所述轴瓦换热器组相连接，所述轴瓦换热器组与所述冷却模块相连接，所述冷却模块与所述智能控制模块相连接。本发明的优点在于：可智能调整轴瓦换热器的温度，提高轴瓦换热器的可靠性，降低了使用以及维护的成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种轴瓦冷却系统，特别指一种基于智能PI控制的水电站轴瓦冷却系统。
背景技术
水电站是把水的位能和动能转换成电能的厂房。它的基本生产过程是：从河流高处或其他水库内引水，利用水的压力或流速冲动水轮机旋转，将重力势能和动能转变成机械能，然后水轮机带动发电机旋转，将机械能转变成电能，在能量转换的过程中，会导致轴瓦换热器温度上升，因此需要对轴瓦换热器进行冷却。
目前，中小型水电站水轮发电机的轴瓦换热器冷却方式通常采用以下几种方法：方法一是采用外部管道引水，进而对轴瓦换热器进行冷却的方式；方法二是采用水机蜗壳或者从压力管道中取水进行冷却的方式；方法三是采用外部循环供水进行冷却的方式。但是，这几种方法存在有以下缺陷：
方法一存在的缺陷：1、需在高于水电站厂房30米的地方加建蓄水池，成本高；2、外部管道引水导致影响水质的因素较多，水质中常含有沙粒、树叶以及昆虫等杂质，需要根据具体的水质加装过滤器。在水质较差和轴瓦换热器温度较高的状况下长期运行，容易导致轴瓦换热器生锈和结垢；3、需要定期对过滤器以及轴瓦换热器进行清理维护，一旦维护不及时，将造成轴瓦换热器烧毁，不仅影响水电站的工作，还增加人力成本。
方法二存在的缺陷：1、需要加装过滤器，并对过滤器进行定期清理维护，成本高；2、高水头的水电站水压高，通常需要加装降压设备，降压设备在使用一段时间后易于堵塞，需要定期清理维护，成本高。
方法三存在的缺陷：1、通常采用自来水作为传热介质，虽然解决了水质含有沙粒、树叶以及昆虫等杂质的问题，但是依然存在轴瓦换热器结水垢的问题；2、通用性较差，在低温地区自来水容易结冰；3、体积庞大，一般都需要定制，造价昂贵，不利于推广使用；4、非智能化冷却控制方式，冷却效率低，不能根据实际的发电机功率和轴瓦换热器温度进行冷却控制调节，没有相关特殊情况和冷却保护方面的措施，如出现传热介质过少、冷却效果不好、轴瓦换热器温度过高等情况，都需要现场工程人员进行巡查和处理，实用效果不好。
经检索，申请日为2010.07.06，申请号为201020258497.4的中国发明专利公开了轴瓦冷却器，该专利在回水管上还设置有过滤器、管道增压泵，使用一段时间后易于堵塞，需要定期清理维护，成本高，且不能根据轴瓦换热器的实际温度进行调整冷却的效率。
发明内容
本发明要解决的技术问题，在于提供一种基于智能PI控制的水电站轴瓦冷却系统，用来智能调整轴瓦换热器的温度，提高轴瓦换热器的可靠性，降低使用以及维护成本。
本发明是这样实现的：一种基于智能PI控制的水电站轴瓦冷却系统，包括一现地控制模块、一智能控制模块、一轴瓦温度测量模块、一冷却模块以及一轴瓦换热器组；所述现地控制模块与所述智能控制模块相连接，所述智能控制模块与所述轴瓦温度测量模块相连接，所述轴瓦温度测量模块与所述轴瓦换热器组相连接，所述轴瓦换热器组与所述冷却模块相连接，所述冷却模块与所述智能控制模块相连接。
进一步地，所述冷却模块包括一冷却执行模块、一轴瓦冷却回路、一尾水换热器以及一水箱；所述智能控制模块与所述所述冷却执行模块相连接，所述冷却执行模块的输出端与所述轴瓦冷却回路的输入端相连接，所述轴瓦冷却回路的输出端与所述尾水换热器的输入端相连接，所述尾水换热器的输出端与所述水箱相连接，所述水箱与所述冷却执行模块相连接，所述轴瓦冷却回路与所述轴瓦换热器组相连接。
进一步地，所述冷却执行模块上设有一液位测量模块、一水温测量模块、一流量测量模块、水压测量模块以及一变频水泵；所述液位测量模块、水温测量模块、流量测量模块以及水压测量模块的输入端均与所述水箱连接，输出端均与所述智能控制模块连接；所述变频水泵的输入端与所述水箱连接，输出端与所述轴瓦冷却回路连接。
进一步地，所述尾水换热器为一根缠绕复数圈的导管。
进一步地，所述智能控制模块包括一CPU、一温度测量模块、一开关量模块、一模数转化模块、一通讯模块以及一变频模块；
所述模数转化模块的输入端与所述冷却模块连接，输出端与所述CPU连接；所述开关量模块的一端与所述CPU连接，另一端与所述现地控制模块以及冷却模块连接；所述温度测量模块的输入端与所述轴瓦温度测量模块连接，输出端与所述CPU连接；所述变频模块的输入端与所述通讯模块连接，输出端与所述冷却模块连接；所述通讯模块与所述CPU连接。
进一步地，所述开关量模块包括一开关量输入模块以及一开关量输出模块；所述开关量输入模块的输入端与所述冷却模块连接，输出端与所述CPU连接；所述开关量输出模块的输入端与所述CPU连接，输出端与所述现地控制模块连接。
进一步地，所述变频模块的输入端与所述通讯模块连接具体为：
所述变频模块的输入端通过一RS-485接口与所述通讯模块进行通讯。
进一步地，所述轴瓦温度测量模块包括一推力瓦温度测量模块、一前导瓦温度测量模块以及一后导瓦温度测量模块；所述推力瓦温度测量模块的一端与所述轴瓦换热器组连接，另一端与所述智能控制模块连接；所述前导瓦温度测量模块的一端与所述轴瓦换热器组连接，另一端与所述智能控制模块连接；所述后导瓦温度测量模块的一端与所述轴瓦换热器组连接，另一端与所述智能控制模块连接。
进一步地，所述轴瓦换热器组包括复数个推力瓦、复数个前导瓦以及复数个后导瓦；每所述推力瓦的一端均与所述轴瓦温度测量模块连接，另一端均与所述冷却模块连接；每所述前导瓦的一端均与所述轴瓦温度测量模块连接，另一端均与所述冷却模块连接；每所述后导瓦的一端均与所述轴瓦温度测量模块连接，另一端均与所述冷却模块连接。
本发明的优点在于：
1、通过所述智能控制模块，智能调整轴瓦换热器的温度，提高轴瓦换热器冷却的效率，防止出现冷却液过少、轴瓦换热器温度过高等情况，提高轴瓦换热器的可靠性。
2、通过所述冷却模块，使得冷却液在所述轴瓦冷却回路内循环利用，降低了轴瓦换热器冷却的成本，冷却效果不受区域水质以及水压的影响。
3、通过所述尾水换热器，极大的提高了轴瓦换热器冷却的效率。
4、通过所述现地控制模块，可对冷却系统进行控制，提高了冷却系统运行维护的自动化程度。
5、通过所述变频水泵，有效降低冷却系统的能源消耗。
附图说明
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。
图1是本发明基于智能PI控制的水电站轴瓦冷却系统的原理框图。
图2是本发明智能控制模块的电路原理框图。
图3是本发明尾水换热器的结构示意图。
附图说明：
100-冷却系统，1-现地控制模块，2-智能控制模块，21-CPU，22-温度测量模块，23-开关量模块，24-变频模块，25-通讯模块，26-模数转化模块，231-开关量输入模块，232-开关量输出模块，3-轴瓦温度测量模块，4-冷却模块，5-轴瓦换热器组，31-推力瓦温度测量模块，32-前导瓦温度测量模块，33-后导瓦温度测量模块，41-冷却执行模块，42-轴瓦冷却回路，43-尾水换热器，44-水箱。
具体实施方式
请参照图1至图3所示，本发明基于智能PI控制的水电站轴瓦冷却系统100的较佳实施例，包括一现地控制模块(LCU)1、一智能控制模块2、一轴瓦温度测量模块3、一冷却模块4以及一轴瓦换热器组5；所述现地控制模块1用于对全厂设备进行集中控制；所述智能控制模块2用于智能调整轴瓦换热器的温度，提高轴瓦换热器冷却的效率，防止出现冷却液过少、轴瓦换热器温度过高等情况，提高轴瓦换热器的可靠性；所述轴瓦温度测量模块3用于测量所述轴瓦换热器组5的温度；所述冷却模块4用于冷却所述轴瓦换热器组5；所述现地控制模块1与所述智能控制模块2相连接，所述智能控制模块2与所述轴瓦温度测量模块3相连接，所述轴瓦温度测量模块3与所述轴瓦换热器组5相连接，所述轴瓦换热器组5与所述冷却模块4相连接，所述冷却模块4与所述智能控制模块2相连接。
所述冷却模块4包括一冷却执行模块41、一轴瓦冷却回路42、一尾水换热器43以及一水箱44；所述冷却执行模块41用于测量冷却液的液位、温度、流量以及压力数据，并控制水泵的运转；所述轴瓦冷却回路42用于带走所述轴瓦换热器组5的热量；所述尾水换热器43用于加速散热；所述智能控制模块2与所述所述冷却执行模块41相连接，所述冷却执行模块41的输出端与所述轴瓦冷却回路42的输入端相连接，所述轴瓦冷却回路42的输出端与所述尾水换热器43的输入端相连接，所述尾水换热器43的输出端与所述水箱44相连接，所述水箱44与所述冷却执行模块41相连接，所述轴瓦冷却回路42与所述轴瓦换热器组5相连接。
所述冷却执行模块41上设有一液位测量模块(未图示)、一水温测量模块(未图示)、一流量测量模块(未图示)、水压测量模块(未图示)以及一变频水泵(未图示)；用于测量冷却液的液位、温度、流量以及压力数据，并控制水泵的运转；所述液位测量模块、水温测量模块、流量测量模块以及水压测量模块的输入端均与所述水箱44连接，输出端均与所述智能控制模块2连接；所述变频水泵的输入端与所述水箱44连接，输出端与所述轴瓦冷却回路42连接。
所述尾水换热器43为一根缠绕复数圈的导管，有利于增加扇热面积，加快冷却速度，所述尾水换热器43采用304不锈钢材质的无缝钢管，具有耐腐蚀、硬度高的优点。
所述智能控制模块2包括一CPU21、一温度测量模块22、一开关量模块23、一模数转化模块26、一通讯模块25以及一变频模块24；所述CPU21采用STM32F407；所述模数转化模块26用于将所述液位测量模块、水温测量模块、流量测量模块以及水压测量模块所测量的模拟信号转换为数字信号，并传输给所述CPU21进行处理分析；所述变频模块24用于控制所述变频水泵的运转；
所述模数转化模块26的输入端与所述冷却模块4的冷却执行模块41连接，输出端与所述CPU21连接；所述开关量模块23的一端与所述CPU21连接，另一端与所述现地控制模块1以及冷却模块4的冷却执行模块41连接；所述温度测量模块22的输入端与所述轴瓦温度测量模块3连接，输出端与所述CPU21连接；所述变频模块24的输入端与所述通讯模块25连接，输出端与所述冷却模块4的冷却执行模块41连接；所述通讯模块25与所述CPU21连接。
所述开关量模块23包括一开关量输入模块231以及一开关量输出模块232；所述开关量输入模块231的输入端与所述冷却模块4连接，输出端与所述CPU21连接；所述开关量输出模块232的输入端与所述CPU21连接，输出端与所述现地控制模块1连接。
所述变频模块24的输入端与所述通讯模块25连接具体为：
所述变频模块24的输入端通过一RS-485接口与所述通讯模块25进行通讯，RS-485协议具有良好的抗噪声干扰性。
所述轴瓦温度测量模块3包括一推力瓦温度测量模块31、一前导瓦温度测量模块32以及一后导瓦温度测量模块33；所述推力瓦温度测量模块31的一端与所述轴瓦换热器组5连接，另一端与所述智能控制模块2连接；所述前导瓦温度测量模块32的一端与所述轴瓦换热器组5连接，另一端与所述智能控制模块2连接；所述后导瓦温度测量模块33的一端与所述轴瓦换热器组5连接，另一端与所述智能控制模块2连接。
所述轴瓦换热器组5包括复数个推力瓦(未图示)、复数个前导瓦(未图示)以及复数个后导瓦(未图示)；每所述推力瓦的一端均与所述轴瓦温度测量模块3连接，另一端均与所述冷却模块4连接；每所述前导瓦的一端均与所述轴瓦温度测量模块3连接，另一端均与所述冷却模块4连接；每所述后导瓦的一端均与所述轴瓦温度测量模块3连接，另一端均与所述冷却模块4连接。
本发明工作原理：
所述现地控制模块1向所述智能控制模块2的所述CPU21发出启动所述变频水泵的命令，所述CPU21通过所述冷却执行模块41的液位测量模块查询液位，若液位正常，所述CPU21向所述冷却执行模块41发出启动所述变频水泵的命令。所述变频水泵启动后转速达到额定转速(最高转速的50％)，冷却液从所述水箱44中被所述变频水泵抽至所述轴瓦冷却回路42；所述轴瓦冷却回路42途经所述轴瓦换热器组5，带走所述轴瓦换热器组5的热量；冷却液流经所述尾水换热器43，所述尾水换热器43置于尾水池中，尾水池中流动的冷水冷却所述尾水换热器43中的冷却液，冷却液流回所述水箱44。
冷却执行模块41测量水箱中冷却液的液位、温度、流量以及压力数据，并传输给所述智能控制模块2进行分析；所述轴瓦温度测量模块3实时测量所述轴瓦换热器组5的温度；所述智能控制模块2依据所述水箱44的冷却液的液位、温度、流量、压力以及所述轴瓦换热器组5的温度，对所述变频水泵进行控制；例如，所述轴瓦换热器组5的温度超过设定的阈值，就提高所述变频水泵的转速；所述轴瓦换热器组5的温度低于设定的阈值，就降低所述变频水泵的转速；所述水箱44的冷却液的液位过低，就停止所述变频水泵的运转。
综上所述，本发明的优点在于：
1、通过所述智能控制模块，智能调整轴瓦换热器的温度，提高轴瓦换热器冷却的效率，防止出现冷却液过少、轴瓦换热器温度过高等情况，提高轴瓦换热器的可靠性。
2、通过所述冷却模块，使得冷却液在所述轴瓦冷却回路内循环利用，降低了轴瓦换热器冷却的成本，冷却效果不受区域水质以及水压的影响。
3、通过所述尾水换热器，极大的提高了轴瓦换热器冷却的效率。
4、通过所述现地控制模块，可对冷却系统进行控制，提高了冷却系统运行维护的自动化程度。
5、通过所述变频水泵，有效降低冷却系统的能源消耗。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。
Claims (9)
1.一种基于智能PI控制的水电站轴瓦冷却系统，其特征在于：包括一现地控制模块、一智能控制模块、一轴瓦温度测量模块、一冷却模块以及一轴瓦换热器组；所述现地控制模块与所述智能控制模块相连接，所述智能控制模块与所述轴瓦温度测量模块相连接，所述轴瓦温度测量模块与所述轴瓦换热器组相连接，所述轴瓦换热器组与所述冷却模块相连接，所述冷却模块与所述智能控制模块相连接。
2.如权利要求1所述的基于智能PI控制的水电站轴瓦冷却系统，其特征在于：所述冷却模块包括一冷却执行模块、一轴瓦冷却回路、一尾水换热器以及一水箱；所述智能控制模块与所述所述冷却执行模块相连接，所述冷却执行模块的输出端与所述轴瓦冷却回路的输入端相连接，所述轴瓦冷却回路的输出端与所述尾水换热器的输入端相连接，所述尾水换热器的输出端与所述水箱相连接，所述水箱与所述冷却执行模块相连接，所述轴瓦冷却回路与所述轴瓦换热器组相连接。
3.如权利要求2所述的基于智能PI控制的水电站轴瓦冷却系统，其特征在于：所述冷却执行模块上设有一液位测量模块、一水温测量模块、一流量测量模块、水压测量模块以及一变频水泵；所述液位测量模块、水温测量模块、流量测量模块以及水压测量模块的输入端均与所述水箱连接，输出端均与所述智能控制模块连接；所述变频水泵的输入端与所述水箱连接，输出端与所述轴瓦冷却回路连接。
4.如权利要求2所述的基于智能PI控制的水电站轴瓦冷却系统，其特征在于：所述尾水换热器为一根缠绕复数圈的导管。
5.如权利要求1所述的基于智能PI控制的水电站轴瓦冷却系统，其特征在于：所述智能控制模块包括一CPU、一温度测量模块、一开关量模块、一模数转化模块、一通讯模块以及一变频模块；
所述模数转化模块的输入端与所述冷却模块连接，输出端与所述CPU连接；所述开关量模块的一端与所述CPU连接，另一端与所述现地控制模块以及冷却模块连接；所述温度测量模块的输入端与所述轴瓦温度测量模块连接，输出端与所述CPU连接；所述变频模块的输入端与所述通讯模块连接，输出端与所述冷却模块连接；所述通讯模块与所述CPU连接。
6.如权利要求5所述的基于智能PI控制的水电站轴瓦冷却系统，其特征在于：所述开关量模块包括一开关量输入模块以及一开关量输出模块；所述开关量输入模块的输入端与所述冷却模块连接，输出端与所述CPU连接；所述开关量输出模块的输入端与所述CPU连接，输出端与所述现地控制模块连接。
7.如权利要求5所述的基于智能PI控制的水电站轴瓦冷却系统，其特征在于：所述变频模块的输入端与所述通讯模块连接具体为：
所述变频模块的输入端通过一RS-485接口与所述通讯模块进行通讯。
8.如权利要求1所述的基于智能PI控制的水电站轴瓦冷却系统，其特征在于：所述轴瓦温度测量模块包括一推力瓦温度测量模块、一前导瓦温度测量模块以及一后导瓦温度测量模块；所述推力瓦温度测量模块的一端与所述轴瓦换热器组连接，另一端与所述智能控制模块连接；所述前导瓦温度测量模块的一端与所述轴瓦换热器组连接，另一端与所述智能控制模块连接；所述后导瓦温度测量模块的一端与所述轴瓦换热器组连接，另一端与所述智能控制模块连接。
9.如权利要求1所述的基于智能PI控制的水电站轴瓦冷却系统，其特征在于：所述轴瓦换热器组包括复数个推力瓦、复数个前导瓦以及复数个后导瓦；每所述推力瓦的一端均与所述轴瓦温度测量模块连接，另一端均与所述冷却模块连接；每所述前导瓦的一端均与所述轴瓦温度测量模块连接，另一端均与所述冷却模块连接；每所述后导瓦的一端均与所述轴瓦温度测量模块连接，另一端均与所述冷却模块连接。
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