CN110905709A - 一种智能化辅助动力水轮机装置及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种智能化辅助动力水轮机装置及控制方法，该装置包括：轴伸式水轮机、开关磁阻电机、转速传感器、水温传感器、控制器；所述开关磁阻电机的一端连接于所述轴伸式水轮机、另一端与冷却塔内的减速机和风机连接；所述转速传感器连接于所述轴伸式水轮机的轴伸端；所述水温传感器安装于冷却塔底部水池处；所述控制器连接于所述开关磁阻电机、转速传感器、水温传感器。该装置的控制方法参见说明书。本发明能够自动识别风机转速和冷却水的温度，根据冷却水温度要求，优先选择无电驱动；在系统冷却效果不够时，控制辅助电机的功率输出，补充水轮机的出力不足，同时实现对水轮机提速，在满足系统冷却要求的安全的前提下，节能做到最优化。
Description
技术领域
本发明涉及一种智能化辅助动力水轮机装置及控制方法。
背景技术
传统的冷却塔一般都是采用电动机通过减速箱来驱动冷却塔的风机，风机的送风作用使进入冷却塔的水流快速散热冷却，然后通过自重回到冷却水池。部分循环水系统存在末端富余水压，如不加以利用，能量白白浪费，因此市场上有一些相应的冷却塔节能技术：
1)内置式水轮机技术，取消减速箱和驱动风机的电动机，采用水轮机直接驱动风机；或者外装贯流式水轮机技术，保留原来的减速箱和传动轴，用贯流式水轮机来替代原电动机。
2)在水轮机上增加工频运行的三相交流异步电动机、或在内置式水轮机和风机叶片之间增加永久磁铁和转子铁芯(专利号CN 206770098 U)、或在水轮机上增加变频运行的三相交流异步电动机(专利号CN 109931203 A)，作为动力补偿，弥补环境温度较高时，仅利用末端富余水压输出功率的不足，可用在末端富余水压不足的场合。
现有技术均存在相应的弊端，主要体现在：
1、水轮机的设计方法是半经验半理论的，虽然设计制造时留有一定的安全余量，但是由于无法进行调节，技改后有时会因为上塔压力的变化或者循环主泵开机模式改变导致系统流量和压力变化，而造成转速达不到原来风机的转速，致使冷却塔冷却效果下降，影响安全生产，故市面上仅用水轮机替换原有驱动风机电机的改造项目成功率较低(尤其是低位换热器的循环水系统)。
2、在水轮机上增加工频运行的三相交流异步电动机、或在内置式水轮机和风机叶片之间增加永久磁铁和转子铁芯(专利号CN 206770098 U)，在环境温度较高时，开启动力补偿弥补仅利用末端富余水压输出功率的不足，控制较为粗放，大多数时候功率补偿过高，能源浪费严重。
3、在水轮机上增加变频运行的三相交流异步电动机(专利号CN 109931203 A)，按设定参数和检测参数自动控制运行，按需进行功率补偿，相比而言，控制智能化，节能较好。但是三相异步交流电动机在低负载时效率低，节能不彻底。
4、以上几种技术，在环境温度较低时(比如冬季)，水轮机转速需求较低时，超出需求转速的能量被白白浪费掉。
发明内容
本发明的目的在于提供一种智能化辅助动力水轮机装置及控制方法，应用于冷却水上塔富余压力不足时，能够很好的实现对水轮机出力补偿。智能化辅助动力装置能够自动识别风机转速和冷却水的温度，根据冷却水温度要求，优先选择无电驱动；在系统冷却效果不够时，控制辅助电机的功率输出，补充水轮机的出力不足，差多少补多少，同时实现对水轮机提速，在满足系统冷却要求的安全的前提下，节能做到最优化。
智能化辅助动力装置带有能量反馈的发电功能，在环境温度较低时，水轮机转速需求较低时，智能化的辅助动力装置可以起到制动作用，制动的能量反馈发电，可供用户厂内自用。
智能化辅助动力系统安装于水轮机输出轴和减速箱之间，与原减速箱输入轴联接。与水轮机一起均是外装设备，不改变冷却塔内部结构，安装维修方便。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种智能化辅助动力水轮机装置，其包括：轴伸式水轮机(1)、开关磁阻电机(2)、转速传感器(3)、水温传感器(4)、控制器(5)；
所述开关磁阻电机(2)的一端连接于所述轴伸式水轮机(1)、另一端与冷却塔内的减速机和风机连接；
所述转速传感器(3)连接于所述轴伸式水轮机(1)的轴伸端；
所述水温传感器(4)安装于冷却塔底部水池处；
所述控制器(5)连接于所述开关磁阻电机(2)、转速传感器(3)、水温传感器(4)。
进一步，所述开关磁阻电机(2)的额定功率为W2＞W-W1；
其中，W2为开关磁阻电机的额定功率；
W为原风机电机实际运行最大有功功率；
W1为水轮机输出功率。
一种智能化辅助动力水轮机装置的控制方法，其包括：
检测冷却风机速度n1*i、冷却塔底部水池水温t1、冷却风机给定转速n、冷却塔底部水池水温设定范围t；
当t1∈t或t1＜t，开关磁阻电机(2)既不拖动也不制动，开关磁阻电机(2)处于自由运行状态，开关磁阻电机(2)起到连接轴的作用；
当t1＞t，则进行第二步参数的检测，即速度检测，若冷却风机速度n1*i＞冷却风机给定速度n，电机处于自由运行状态，当循环水系统末端富余水压不足，导致冷却风机速度n1*i＜冷却风机给定速度n，开关磁阻电机(2)介入运行并付诸拖动风机运行，保证冷却风机速度n1*i不低于冷却风机给定速度n。
一种智能化辅助动力水轮机装置的控制方法，其包括：
检测冷却风机速度n1*i、冷却塔底部水池水温t1、冷却风机给定转速n、冷却塔底部水池水温设定范围t；
当t1∈t，开关磁阻电机(2)不拖动也不制动，开关磁阻电机(2)起到连接轴的作用；
当t＜t，开关磁阻电机(2)处于制动发电状态，控制冷却风机速度下降，使t1∈t，并保持该速度运行，开关磁阻电机发出的电能通过逆变器回馈到电网；
当t1＞t，则进行第二步参数的检测，即速度检测，若冷却风机速度n1*i＞冷却风机给定速度n，开关磁阻电机处于自由运行状态，当循环水系统末端富余水压不足，导致冷却风机速度n1*i＜冷却风机给定速度n，开关磁阻电机辅助拖动风机运行，保证冷却风机速度n1*i不低于冷却风机给定速度n。
一种智能化辅助动力水轮机装置的控制方法，当t1＞t时，还包括示警提醒用于对冷却塔系统进行检查的步骤。
与现有技术相比，本发明的优点为：智能化辅助动力装置能够自动识别风机转速和冷却水的温度，根据冷却水温度要求，优先选择无电驱动；在系统冷却效果不够时，控制辅助电机的功率输出，补充水轮机的出力不足，同时实现对水轮机提速，在满足系统冷却要求的安全的前提下(差多少补多少)，节能做到最优化。
开关磁阻电机具有高效率、高效区域宽广的特点，在低负载时也具有很高的效率，能有效保证智能化辅助动力装置高效运行。
开关磁阻电机具有良好的制动性和发电效果，可以方便的实现四象限运行能力。在环境温度较低时，利用循环水富余水压驱动的水轮机转速超出冷却需求，智能化的辅助动力装置可以起到制动作用，制动的能量发电反馈，可供用户厂内自用。
智能化辅助动力系统安装于水轮机输出轴和减速箱之间，与原减速箱输入轴联接。与水轮机一起均是外装设备，不改变冷却塔内部结构，安装维护方便。
附图说明
图1为本发明实施例中一种智能化辅助动力水轮机装置结构示意图。
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明所采用的技术方案作进一步的说明。
如图1，一种智能化辅助动力水轮机装置(以下简称“该装置”)，其包括：轴伸式水轮机1、开关磁阻电机2、转速传感器3、水温传感器4、控制器5。开关磁阻电机2为双轴伸，所述开关磁阻电机2的一端连接于所述轴伸式水轮机1、另一端与冷却塔内的减速机和风机连接，轴伸式水轮机1与开关磁阻电机2采用直联方式，减少传动链，提高系统效率和减少故障点。
所述转速传感器3连接于所述轴伸式水轮机1的轴伸端。
所述水温传感器4安装于冷却塔底部水池处。
所述控制器5连接于所述开关磁阻电机2、转速传感器3、水温传感器4。控制器5包含PID、触摸屏等。控制器5控制开关磁阻电机2运行，转速传感器3和水温传感器4实时检测的参数传入控制器5，控制器5根据设置的参数变量、传感器实时检测的参数等，按既定控制原理对辅助动力水轮机装置进行自动控制运行。
需要指出的是，所述开关磁阻电机2的额定功率为W2＞W-W1，W2为开关磁阻电机的额定功率；W为原风机电机实际运行最大有功功率；W1为水轮机输出功率(仅利用循环水系统末端富余水压来驱动水轮机)，功率单位：kw。
传感器检测参数：
n1：转速传感器检测的水轮机转速，单位r/min；
冷却风机实际转速为：n1×i，i为减速比
t1：水温传感器检测的冷却塔底部水池水温，单位℃。
控制系统设置参数：
n：冷却风机给定转速，单位r/min；
t：冷却塔底部水池水温设定范围，单位℃。
本发明还提供了一种智能化辅助动力水轮机装置的控制方法，其包括：该装置启动运行后，首先进行自检程序。优先无电运行，控制实时系统检测冷却风机速度n1×i、冷却塔底部水池水温t1、控制系统设置参数n和t等基本数据。
启动运行后，首先进行自检程序。优先无电运行，控制实时系统检测冷却风机速度n1×i、冷却塔底部水池水温t1、控制系统设置参数n和t等基本数据。
首先判读温度，当t1∈t或t1＜t，开关磁阻电机2在控制器5的控制下，既不拖动也不制动，电机处于自由运行状态，电机此时的作用仅仅为连接轴。
当t1＞t，则进行第二步参数的检测，即速度检测。若冷却风机速度n1×i＞冷却风机给定速度n，电机仍处于自由运行状态，不拖动也不制动，控制器5发出报警信号(不停机)，提醒用户对冷却塔系统进行检查，是否存在其它原因导致冷却塔系统冷却效果不好，比如填料结垢。当循环水系统末端富余水压不足，导致冷却风机速度n1×i＜冷却风机给定速度n，开关磁阻电机2在控制器5的控制下，介入运行，辅助拖动风机运行，以保证冷却风机速度n1×i不低于冷却风机给定速度n。控制方式为PID调节，控制电流平缓增减，保证风机电机速度的平稳。
本发明还提供了另外一种智能化辅助动力水轮机装置的控制方法，该方法配备了制动能量反馈装置，t1＜t，在控制器的控制下，开关磁阻电机处于发电状态，发出的电能为直流电能，直流电压经滤波后，进入电能反馈单元。电能回馈采用无源逆变的原理。直流电压逆变成与电网电压同频同相的交流电压，经过滤波环节后直接到交流电网，从而达到能量反馈电网的目的。
启动运行后，首先进行自检程序。优先无电运行，控制实时系统检测冷却风机速度n1×i、冷却塔底部水池水温t1、控制系统设置参数n和t等基本数据。
首先判读温度，当t1∈t，开关磁阻电机2在控制器5的控制下，既不拖动也不制动，电机处于自由运行状态，电机此时的作用仅仅为连接轴。
当t1＜t，开关磁阻电机2在控制器5的控制下，电机处于制动发电状态，控制冷却风机速度下降，使t1∈t，并保持该速度运行；发出的电能通过逆变器回馈到电网，可以再次利用。
当t1＞t，则进行第二步参数的检测，即速度检测。若冷却风机速度n1×i＞冷却风机给定速度n，电机仍处于自由运行状态，不拖动也不制动，控制器5发出报警信号(不停机)，提醒用户对冷却塔系统进行检查，是否存在其它原因导致冷却塔系统冷却效果不好，比如填料结垢。当循环水系统末端富余水压不足，导致冷却风机速度n1×i＜冷却风机给定速度n，开关磁阻电机2在控制器5的控制下，介入运行，辅助拖动风机运行，以保证冷却风机速度n1×i不低于冷却风机给定速度n。控制方式为PID调节，控制电流平缓增减，保证风机电机速度的平稳。
由于开关磁阻电机2具有的制动发电、逆变功能，采用有发电逆变控制原理这种方式，可以进一步的利用多余的冷却风机动能，提高总体节电量。
上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种智能化辅助动力水轮机装置，其特征在于，其包括：轴伸式水轮机(1)、开关磁阻电机(2)、转速传感器(3)、水温传感器(4)、控制器(5)；
所述开关磁阻电机(2)的一端连接于所述轴伸式水轮机(1)、另一端与冷却塔内的减速机和风机连接；
所述转速传感器(3)连接于所述轴伸式水轮机(1)的轴伸端；
所述水温传感器(4)安装于冷却塔底部水池处；
所述控制器(5)连接于所述开关磁阻电机(2)、转速传感器(3)、水温传感器(4)。
2.根据权利要求1所述的一种智能化辅助动力水轮机装置，其特征在于，所述开关磁阻电机(2)的额定功率为W2＞W-W1；
其中，W2为开关磁阻电机的额定功率；
W为原风机电机实际运行最大有功功率；
W1为水轮机输出功率。
3.根据权利要求1所述的一种智能化辅助动力水轮机装置，其特征在于，所述控制器包括PID、触摸屏。
4.如权利要求1所述的一种智能化辅助动力水轮机装置的控制方法，其特征在于，其包括：
检测冷却风机速度n1*i、冷却塔底部水池水温t1、冷却风机给定转速n、冷却塔底部水池水温设定范围t；
当t1∈t或t1＜t，开关磁阻电机(2)既不拖动也不制动，开关磁阻电机(2)处于自由运行状态，开关磁阻电机(2)起到连接轴的作用；
当t1＞t，则进行第二步参数的检测，即速度检测，若冷却风机速度n1*i＞冷却风机给定速度n，电机处于自由运行状态，当循环水系统末端富余水压不足，导致冷却风机速度n1*i＜冷却风机给定速度n，开关磁阻电机(2)介入运行并付诸拖动风机运行，保证冷却风机速度n1*i不低于冷却风机给定速度n。
5.如权利要求1所述的一种智能化辅助动力水轮机装置的控制方法，其特征在于，其包括：
检测冷却风机速度n1*i、冷却塔底部水池水温t1、冷却风机给定转速n、冷却塔底部水池水温设定范围t；
当t1∈t，开关磁阻电机(2)不拖动也不制动，开关磁阻电机(2)起到连接轴的作用；
当t＜t，开关磁阻电机(2)处于制动发电状态，控制冷却风机速度下降，使t1∈t，并保持该速度运行，开关磁阻电机发出的电能通过逆变器回馈到电网；
当t1＞t，则进行第二步参数的检测，即速度检测，若冷却风机速度n1*i＞冷却风机给定速度n，开关磁阻电机处于自由运行状态，当循环水系统末端富余水压不足，导致冷却风机速度n1*i＜冷却风机给定速度n，开关磁阻电机辅助拖动风机运行，保证冷却风机速度n1*i不低于冷却风机给定速度n。
6.如权利要求4或5所述的一种智能化辅助动力水轮机装置的控制方法，当t1＞t时，还包括示警提醒用于对冷却塔系统进行检查的步骤。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20200324 |