CN113062827A - 一种工业循环水系统余压发电装置 - Google Patents

一种工业循环水系统余压发电装置 Download PDF

Info

Publication number
CN113062827A
CN113062827A CN202110460594.4A CN202110460594A CN113062827A CN 113062827 A CN113062827 A CN 113062827A CN 202110460594 A CN202110460594 A CN 202110460594A CN 113062827 A CN113062827 A CN 113062827A
Authority
CN
China
Prior art keywords
water
valve
water turbine
turbine
bypass pipe
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202110460594.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113062827B (zh
Inventor
包可羊
来周传
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hangzhou Fuding Energy Saving Technology Service Co ltd
Original Assignee
Hangzhou Fuding Energy Saving Technology Service Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hangzhou Fuding Energy Saving Technology Service Co ltd filed Critical Hangzhou Fuding Energy Saving Technology Service Co ltd
Priority to CN202110460594.4A priority Critical patent/CN113062827B/zh
Publication of CN113062827A publication Critical patent/CN113062827A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113062827B publication Critical patent/CN113062827B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B13/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B15/00—Controlling
    • F03B15/02—Controlling by varying liquid flow
    • F03B15/04—Controlling by varying liquid flow of turbines
    • F03B15/06—Regulating, i.e. acting automatically
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B15/00—Controlling
    • F03B15/02—Controlling by varying liquid flow
    • F03B15/04—Controlling by varying liquid flow of turbines
    • F03B15/06—Regulating, i.e. acting automatically
    • F03B15/08—Regulating, i.e. acting automatically by speed, e.g. by measuring electric frequency or liquid flow
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B3/00—Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto
    • F03B3/16—Stators
    • F03B3/18—Stator blades; Guide conduits or vanes, e.g. adjustable
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B3/00—Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto
    • F03B3/16—Stators
    • F03B3/18—Stator blades; Guide conduits or vanes, e.g. adjustable
    • F03B3/186—Spiral or volute casings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28C—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA COME INTO DIRECT CONTACT WITHOUT CHEMICAL INTERACTION
    • F28C1/00—Direct-contact trickle coolers, e.g. cooling towers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F25/00—Component parts of trickle coolers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2220/00—Application
    • F05B2220/70—Application in combination with
    • F05B2220/706—Application in combination with an electrical generator
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20—Hydro energy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Control Of Water Turbines (AREA)
  • Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)

Abstract

本发明涉及循环水系统技术领域，具体涉及一种工业循环水系统余压发电装置；包括冷却塔、上水管、旁通管和水轮发电机组；所述水轮发电机组包括水轮机、永磁发电机和控制柜；由于生产工艺需要，考虑高位换热设备的换热需求、一般通过关小冷却塔上塔阀门来确保高位换热器正常运行；而关小阀门后回水压力加大，增加了阀门阻力，同时也造成大量的水动力能耗浪费；故此，本发明通过设置在旁通管中的水轮发电机组，选择负荷较低的时段对冷却塔进行短暂的停水，在安装好旁通管及水轮发电机组后，即可恢复冷却塔的运行，特别是多塔并联的系统，可逐台改造，且改造过程中只需单间冷却塔短暂的停水，安装好旁路后，冷却塔即可正常运行，对生产影响较小。

Description

一种工业循环水系统余压发电装置
技术领域
本发明涉及循环水系统技术领域，具体涉及一种工业循环水系统余压发电装置。
背景技术
循环水系统作为工业生产中的配套设备，主要起到了对生产设备换热降温的作用；循环水在循环过程中需由水泵提供动能，带走生产设备在生产中产生的热量，并通过冷却塔将热量散发到大气。
一般机械通风冷却塔的上水管中会安装有上塔阀门，由于生产工艺需要，考虑高位换热设备的换热需求、一般通过关小冷却塔上塔阀门来确保高位换热器正常运行；而关小阀门后回水压力加大，增加了阀门阻力，同时也造成大量的水动力能耗浪费。
如申请号为CN202020394502.8的一项中国专利公开了一种循环水系统的余压发电利用系统；该循环水系统的余压发电利用系统，包括进水端、出水端均与水循环系统通过连接管连通的转换机，所述转换机的驱动轴连接有发电机，所述发电机的电源输出端连接有变频器，所述转换机、发电机的输出端均电性连接有发电机组一体化屏，所述发电机电性连接有用电设备；所述转换机为水轮机，所述连接管为管路，所述水轮机连接有调速器，所述水轮机与调速器的输出端均与发电机组一体化屏电性连接；该技术方案的循环水系统余压发电利用系统，通过对启动、保护、控制等一系列的设计，确保了循环水系统、发电机、电动机等各方面的安全，达到安全节能利用的目的；但是该技术方案中未有效解决循环水系统中管路水流量波动对发电过程干扰的问题。
鉴于此，本发明提出了一种工业循环水系统余压发电装置，解决了上述技术问题。
发明内容
为了弥补现有技术的不足，本发明提出了一种工业循环水系统余压发电装置，通过设置在旁通管中的水轮发电机组，选择负荷较低的时段对冷却塔进行短暂的停水，在安装好旁通管及水轮发电机组后，即可恢复冷却塔的运行，同时在不影响循环水正常运行的情况下对水轮发电机组进行检修，从而提升了工业循环水系统余压发电装置的运行效果。
本发明所述的一种工业循环水系统余压发电装置，包括冷却塔、上水管、旁通管和水轮发电机组；所述上水管的末端通向冷却塔，上水管中还安装有上塔阀门、调节阀和旁通管；所述旁通管的入口连通在上水管的上塔阀门与调节阀之间，旁通管的出口连通在上水管的调节阀与冷却塔之间；所述旁通管中安装有进口阀和出口阀，进口阀和出口阀之间安装有水轮发电机组；
所述水轮发电机组包括水轮机、永磁发电机和控制柜；所述水轮机与永磁发电机间设有传动连接的主轴，水轮机通过主轴带动永磁发电机旋转；所述永磁发电机将发出的电能传输到控制柜中；所述控制柜与电网相连通，控制柜中还安装有整流模块、四象限IGBT管和控制线路；所述整流模块将永磁发电机传输变化的交流电参数转化为直流电，再经四象限IGBT管和控制线路将直流电转化为恒频恒压的交流电；
现有技术中，机械通风冷却塔的上水管中会安装有上塔阀门，由于生产工艺需要，考虑高位换热设备的换热需求、一般通过关小冷却塔上塔阀门来确保高位换热器正常运行；而关小阀门后回水压力加大，增加了阀门阻力，同时也造成大量的水动力能耗浪费；
因此，本发明在工作时，使经过生产换热后的循环热水通过上塔阀门进入冷却塔的上水管，此时上塔阀门全开，调节阀关闭；循环水通过旁通管流经全开的进口阀，进入水轮机的涡壳，使水轮机的主轴跟着转动，并带动连接主轴的永磁发电机，设置在控制柜中的整流模块将水流能量变化引起永磁发电机交流电压和频率的改变转化为直流电，控制柜中设置的四象限IGBT管和控制线路再将直流电变化为400V/50HZ恒频恒压的交流电，其发电量并入企业内部电网或直接供其它动力设备使用；循环水经过水轮机后，流经全开的出口阀回到上水管，再通过上水管流入冷却塔，将生产工艺中的热量通过冷却塔散发到大气中；本发明利用了设置在旁通管中的水轮发电机组，选择负荷较低的时段对冷却塔进行短暂的停水，在安装好旁通管及水轮发电机组后，即可恢复冷却塔的运行；在水轮发电机组需要检修时，经过生产换热后的循环热水通过上塔阀门进入上水管，此时上塔阀门根据系统实际生产所需压力进行调节，将旁通管上的进口阀和出口阀关闭，将上水管的调节阀全开，使循环热水通过调节阀进入冷却塔散热降温，此时旁通管上的阀门关闭，继而在不影响循环水正常运行的情况下对水轮发电机组进行检修，从而提升了工业循环水系统余压发电装置的运行效果。
优选的，所述旁通管上还安装有一对压力表，压力表分别位于水轮机进出口两端的旁通管上，压力表通过信号线将其参数传输到控制柜中；所述控制柜还对永磁发电机传输的电能参数进行监测，控制柜与水循环系统的控制室间进行数据传输；工作时，通过控制柜监测水轮发电机组前后段旁通管中的压力表参数，得出水轮机的实际工作压差，根据压差来确定水轮机是否在设计工况范围运行，否则水循环系统控制室对控制柜传输的数据进行报警，通过工作人员调节旁通管的进口阀和出口阀，以及上水管的调节阀来改变水轮机运行的压差；对于多个冷却塔并联运行的循环水系统，同样根据各水轮机的进出口压差进行调节，使各台水轮机的进水量保持一致，确保水量的合理分配和水轮发电机组的平稳运行，从而稳定了工业循环水系统余压发电装置的运行效果。
优选的，所述上水管的上塔阀门和调节阀以及旁通管上的进口阀和出口阀均为电动阀，电动阀通过控制线路与控制柜间电性连接；所述水轮机为轴伸贯流式水轮机；工作时，当控制柜监测到旁通管的压力表及电能参数的变化超出设定阈值后，直接控制驱动电动阀调节其开度，将水轮发电机组的运行参数控制在稳定范围内，且在多冷却塔形成的循环水系统中，利用控制柜设定的程序控制电动阀对冷却塔间的水流量差异进行调节，平衡冷却塔间的散热负荷及水轮发电机组的运行功率，避免了工作人员对上水管和旁通管的阀门进行手动操作，还增强了水轮发电机组的调节效率，设置的轴伸贯流式水轮机适用于循环水系统中较低水头能量的环境中，从而提升了工业循环水系统余压发电装置的运行效果。
优选的，所述水轮机还包括蜗套和转轮；所述蜗套通过其周向上的固定导叶安装在水轮机蜗壳的轴心上，蜗套的后端设有环绕的活动导叶，活动导叶的两端转动安装在蜗套与水轮机的蜗壳之间，活动导叶在水轮机的蜗壳表面还固连有导叶拐臂；所述转轮安装在水轮机的主轴上，主轴与蜗套后端转动连接；工作时，从上水管进入旁通管的水流，在较低流速下会形成湍流效应，影响到水轮机的运行，通过设置在水轮机中的固定导叶，用于调节水轮机的过流能力，以提高水轮机的效率，改善水轮机的空化性能，同时使进入水轮机的水流成为有压涡流，以形成转轮上的旋转力矩，并根据循环水的流量变化，通过导叶拐臂调节活动导叶的开度，改变水轮机中活动导叶区域水流的截面积，使进入转轮的水流量处于稳定范围，使转轮的旋转速度维持在稳定水平，保持水轮机的输出功率的稳定，并使水轮机保持在高效区域运行的水流量状态下，从而提升了工业循环水系统余压发电装置的运行效果。
优选的，所述导叶拐臂的末端固连有连杆，连杆的末端设有控制环；所述控制环转动安装在水轮机的周向表面，控制环与连杆相铰接，控制环外侧还设有电控液压杆，电控液压杆的伸缩杆与控制环表面铰接相连，电控液压杆的控制线与控制柜相接；工作时，通过铰接在控制环上的电控液压杆，驱使控制环产生旋转，继而带动连杆发生偏转，使水轮机中的活动导叶的角度产生改变，同时控制柜将水轮机前后端压力表的参数及永磁发电机传输电能参数的变化量记录下来，并利用控制柜中内置的调节程序，配合对电控液压杆伸缩量的控制，使转动环的旋转量处于高精度状态，实时调节活动导叶的开度情况，降低转轮的转速波动，增强水轮机转速的稳定性，以稳定控制柜的发电性能，从而提升了工业循环水系统余压发电装置的运行效果。
优选的，所述控制环与水轮机的蜗壳间还固连有锥形的卷簧，卷簧用于调节控制环的初始转角，使活动导叶在水轮机中处于闭合状态；工作时，旁通管进入水轮机的水压将活动导叶撑开，并传递向控制环使其产生转动，通过设置在控制环与水轮机蜗壳间固连的卷簧，使进入水轮机的水压克服卷簧为控制环提供的预应力，避免水轮机中过小的水头能量驱动转轮产生微弱发电量的状况，同时利用卷簧的预应力降低电控液压杆所需的驱动力上限，便于活动导叶对水轮机中的高水压进行调节，增强了电控液压杆运行的控制精度，从而提升了工业循环水系统余压发电装置的运行效果。
本发明的有益效果如下：
1.本发明通过设置在旁通管中的水轮发电机组，选择负荷较低的时段对冷却塔进行短暂的停水，在安装好旁通管及水轮发电机组后，即可恢复冷却塔的运行；特别是多塔并联的系统，可逐台改造，且改造过程中只需单间冷却塔短暂的停水，安装好旁路后，冷却塔即可正常运行，对生产影响较小。
2.本发明通过选择水轮机组对循环水系统的能量进行回收，与其它回水能量利用技术相比，避免了因回水富余能量过大而导致的能量再次浪费现象，且水轮发电机组运行时间与循环水系统运行时间同步，与冷却塔风机替换改造技术相比，避免了在冷却塔风机不运行状态下，而导致的富余能量变相浪费问题。
3.本发明通过设置在控制环与水轮机蜗壳间固连的卷簧，使进入水轮机的水压克服卷簧为控制环提供的预应力，避免水轮机中过小的水头能量驱动转轮产生微弱发电量的状况，同时利用卷簧的预应力降低电控液压杆所需的驱动力上限，便于活动导叶对水轮机中的高水压进行调节，增强了电控液压杆运行的控制精度。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本发明进一步说明。
图1是本发明中工业循环水系统余压发电装置的立体图；
图2是本发明中余压发电装置部件的立体图；
图3是本发明中水轮机部件的立体图；
图4是图2中A处的局部放大图；
图中：1、冷却塔；2、上水管；21、上塔阀门；22、调节阀；33、压力表；3、旁通管；31、进口阀；32、出口阀；4、水轮机；41、主轴；411、蜗套；42、转轮；43、固定导叶；44、活动导叶；441、导叶拐臂；442、连杆；443、控制环；45、电控液压杆；46、卷簧；5、永磁发电机。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
如图1至图4所示，本发明所述的一种工业循环水系统余压发电装置，包括冷却塔1、上水管2、旁通管3和水轮发电机组；所述上水管2的末端通向冷却塔1，上水管2中还安装有上塔阀门21、调节阀22和旁通管3；所述旁通管3的入口连通在上水管2的上塔阀门21与调节阀22之间，旁通管3的出口连通在上水管2的调节阀22与冷却塔1之间；所述旁通管3中安装有进口阀31和出口阀32，进口阀31和出口阀32之间安装有水轮发电机组；
所述水轮发电机组包括水轮机4、永磁发电机5和控制柜；所述水轮机4与永磁发电机5间设有传动连接的主轴41，水轮机4通过主轴41带动永磁发电机5旋转；所述永磁发电机5将发出的电能传输到控制柜中；所述控制柜与电网相连通，控制柜中还安装有整流模块、四象限IGBT管和控制线路；所述整流模块将永磁发电机5传输变化的交流电参数转化为直流电，再经四象限IGBT管和控制线路将直流电转化为恒频恒压的交流电；
现有技术中，机械通风冷却塔1的上水管2中会安装有上塔阀门21，由于生产工艺需要，考虑高位换热设备的换热需求、一般通过关小冷却塔1上塔阀门21来确保高位换热器正常运行；而关小阀门后回水压力加大，增加了阀门阻力，同时也造成大量的水动力能耗浪费；
因此，本发明在工作时，使经过生产换热后的循环热水通过上塔阀门21进入冷却塔1的上水管2，此时上塔阀门21全开，调节阀22关闭；循环水通过旁通管3流经全开的进口阀31，进入水轮机4的涡壳，使水轮机4的主轴41跟着转动，并带动连接主轴41的永磁发电机5，设置在控制柜中的整流模块将水流能量变化引起永磁发电机5交流电压和频率的改变转化为直流电，控制柜中设置的四象限IGBT管和控制线路再将直流电变化为400V/50HZ恒频恒压的交流电，其发电量并入企业内部电网或直接供其它动力设备使用；循环水经过水轮机4后，流经全开的出口阀32回到上水管2，再通过上水管2流入冷却塔1，将生产工艺中的热量通过冷却塔1散发到大气中；本发明利用了设置在旁通管3中的水轮发电机组，选择负荷较低的时段对冷却塔1进行短暂的停水，在安装好旁通管3及水轮发电机组后，即可恢复冷却塔1的运行；在水轮发电机组需要检修时，经过生产换热后的循环热水通过上塔阀门21进入上水管2，此时上塔阀门21根据系统实际生产所需压力进行调节，将旁通管3上的进口阀31和出口阀32关闭，将上水管2的调节阀22全开，使循环热水通过调节阀22进入冷却塔1散热降温，此时旁通管3上的阀门关闭，继而在不影响循环水正常运行的情况下对水轮发电机组进行检修，从而提升了工业循环水系统余压发电装置的运行效果。
作为本发明的一种实施方式，所述旁通管3上还安装有一对压力表33，压力表33分别位于水轮机4进出口两端的旁通管3上，压力表33通过信号线将其参数传输到控制柜中；所述控制柜还对永磁发电机5传输的电能参数进行监测，控制柜与水循环系统的控制室间进行数据传输；工作时，通过控制柜监测水轮发电机组前后段旁通管3中的压力表33参数，得出水轮机4的实际工作压差，根据压差来确定水轮机4是否在设计工况范围运行，否则水循环系统控制室对控制柜传输的数据进行报警，通过工作人员调节旁通管3的进口阀31和出口阀32，以及上水管2的调节阀22来改变水轮机4运行的压差；对于多个冷却塔1并联运行的循环水系统，同样根据各水轮机4的进出口压差进行调节，使各台水轮机4的进水量保持一致，确保水量的合理分配和水轮发电机组的平稳运行，从而稳定了工业循环水系统余压发电装置的运行效果。
作为本发明的一种实施方式，所述上水管2的上塔阀门21和调节阀22以及旁通管3上的进口阀31和出口阀32均为电动阀，电动阀通过控制线路与控制柜间电性连接；所述水轮机4为轴伸贯流式水轮机4；工作时，当控制柜监测到旁通管3的压力表33及电能参数的变化超出设定阈值后，直接控制驱动电动阀调节其开度，将水轮发电机组的运行参数控制在稳定范围内，且在多冷却塔1形成的循环水系统中，利用控制柜设定的程序控制电动阀对冷却塔1间的水流量差异进行调节，平衡冷却塔1间的散热负荷及水轮发电机组的运行功率，避免了工作人员对上水管2和旁通管3的阀门进行手动操作，还增强了水轮发电机组的调节效率，设置的轴伸贯流式水轮机4适用于循环水系统中较低水头能量的环境中，从而提升了工业循环水系统余压发电装置的运行效果。
作为本发明的一种实施方式，所述水轮机4还包括蜗套411和转轮42；所述蜗套411通过其周向上的固定导叶43安装在水轮机4蜗壳的轴心上，蜗套411的后端设有环绕的活动导叶44，活动导叶44的两端转动安装在蜗套411与水轮机4的蜗壳之间，活动导叶44在水轮机4的蜗壳表面还固连有导叶拐臂441；所述转轮42安装在水轮机4的主轴41上，主轴41与蜗套411后端转动连接；工作时，从上水管2进入旁通管3的水流，在较低流速下会形成湍流效应，影响到水轮机4的运行，通过设置在水轮机4中的固定导叶43，用于调节水轮机4的过流能力，以提高水轮机4的效率，改善水轮机4的空化性能，同时使进入水轮机4的水流成为有压涡流，以形成转轮42上的旋转力矩，并根据循环水的流量变化，通过导叶拐臂441调节活动导叶44的开度，改变水轮机4中活动导叶44区域水流的截面积，使进入转轮42的水流量处于稳定范围，使转轮42的旋转速度维持在稳定水平，保持水轮机4的输出功率的稳定，并使水轮机4保持在高效区域运行的水流量状态下，从而提升了工业循环水系统余压发电装置的运行效果。
作为本发明的一种实施方式，所述导叶拐臂441的末端固连有连杆442，连杆442的末端设有控制环443；所述控制环443转动安装在水轮机4的周向表面，控制环443与连杆442相铰接，控制环443外侧还设有电控液压杆45，电控液压杆45的伸缩杆与控制环443表面铰接相连，电控液压杆45的控制线与控制柜相接；工作时，通过铰接在控制环443上的电控液压杆45，驱使控制环443产生旋转，继而带动连杆442发生偏转，使水轮机4中的活动导叶44的角度产生改变，同时控制柜将水轮机4前后端压力表33的参数及永磁发电机5传输电能参数的变化量记录下来，并利用控制柜中内置的调节程序，配合对电控液压杆45伸缩量的控制，使转动环443的旋转量处于高精度状态，实时调节活动导叶44的开度情况，降低转轮42的转速波动，增强水轮机4转速的稳定性，以稳定控制柜的发电性能，从而提升了工业循环水系统余压发电装置的运行效果。
作为本发明的一种实施方式，所述控制环443与水轮机4的蜗壳间还固连有锥形的卷簧46，卷簧46用于调节控制环443的初始转角，使活动导叶44在水轮机4中处于闭合状态；工作时，旁通管3进入水轮机4的水压将活动导叶44撑开，并传递向控制环443使其产生转动，通过设置在控制环443与水轮机4蜗壳间固连的卷簧46，使进入水轮机4的水压克服卷簧46为控制环443提供的预应力，避免水轮机4中过小的水头能量驱动转轮42产生微弱发电量的状况，同时利用卷簧46的预应力降低电控液压杆45所需的驱动力上限，便于活动导叶44对水轮机4中的高水压进行调节，增强了电控液压杆45运行的控制精度，从而提升了工业循环水系统余压发电装置的运行效果。
作为本发明的一种实施方式，某工业企业循环水系统安装有三台型号为KQSN/J600-M13/631、额定流量3000m3/h、扬程49m、配套电机560kW的循环水泵，循环水泵正常两开一备运行；系统配套两座冷却水量为3000m3/h的冷却塔，循环水系统最高换热器位置约25m；因系统设计循环水泵时富余扬程过高，为避免循环水泵因偏离最佳工况运行而导致的超功率现象，同时确保高位换热器的换热效果，现场通过调节上塔阀门21的方式来控制，使循环水泵出口压力保持在0.48-0.52Mpa，循环水泵出口的阀门全开，循环水系统上塔阀门压力为0.25-0.28Mpa，冷却塔进水高度为9m，循环水运行流量为6100m3/h；
通过现场实际测量，上塔阀门21调节后的水头损失为16米，采用本发明技术，在两座冷却塔的上水管2上各安装一套水轮发电系统，并采用导流装置和阀门进行精准控制，使两座冷却塔的水量保持平衡，其发电量计算如下：
所述轴伸贯流式水轮机的效率为85％，发电机的效率93％；
P发电＝流体密度×9.8×流量÷3600×可利用水头×水轮机效率×发电机效率
＝1000×9.8×6100÷3600×16×85％×93％÷1000
＝210kW
改造后，总发电量为210kW/H，单座冷却塔发电量为105kW/H，每年可为企业节约电量168万kWh以上，从而实现了工业循环水系统余压发电装置的运行效果。
具体工作流程如下：
经过生产换热后的循环热水通过上塔阀门21进入冷却塔1的上水管2，此时上塔阀门21全开，调节阀22关闭；循环水通过旁通管3流经全开的进口阀31，进入水轮机4的涡壳，使水轮机4的主轴41跟着转动，并带动连接主轴41的永磁发电机5，设置在控制柜中的整流模块将水流能量变化引起永磁发电机5交流电压和频率的改变转化为直流电，控制柜中设置的四象限IGBT管和控制线路再将直流电变化为400V/50HZ恒频恒压的交流电，其发电量并入企业内部电网或直接供其它动力设备使用；循环水经过水轮机4后，流经全开的出口阀32回到上水管2，再通过上水管2流入冷却塔1，将生产工艺中的热量通过冷却塔1散发到大气中；在水轮发电机组需要检修时，经过生产换热后的循环热水通过上塔阀门21进入上水管2，此时上塔阀门21根据系统实际生产所需压力进行调节，将旁通管3上的进口阀31和出口阀32关闭，将上水管2的调节阀22全开，使循环热水通过调节阀22进入冷却塔1散热降温，此时旁通管3上的阀门关闭，继而在不影响循环水正常运行的情况下对水轮发电机组进行检修；控制柜监测水轮发电机组前后段旁通管3中的压力表33参数，得出水轮机4的实际工作压差，根据压差来确定水轮机4是否在设计工况范围运行，否则水循环系统控制室对控制柜传输的数据进行报警，通过工作人员调节旁通管3的进口阀31和出口阀32，以及上水管2的调节阀22来改变水轮机4运行的压差；对于多个冷却塔1并联运行的循环水系统，同样根据各水轮机4的进出口压差进行调节，使各台水轮机4的进水量保持一致，确保水量的合理分配和水轮发电机组的平稳运行；当控制柜监测到旁通管3的压力表33及电能参数的变化超出设定阈值后，直接控制驱动电动阀调节其开度，将水轮发电机组的运行参数控制在稳定范围内，且在多冷却塔1形成的循环水系统中，利用控制柜设定的程序控制电动阀对冷却塔1间的水流量差异进行调节，平衡冷却塔1间的散热负荷及水轮发电机组的运行功率，避免了工作人员对上水管2和旁通管3的阀门进行手动操作，还增强了水轮发电机组的调节效率，设置的轴伸贯流式水轮机4适用于循环水系统中较低水头能量的环境中；设置在控制环443与水轮机4蜗壳间固连的卷簧46，使进入水轮机4的水压克服卷簧46为控制环443提供的预应力，避免水轮机4中过小的水头能量驱动转轮42产生微弱发电量的状况，同时利用卷簧46的预应力降低电控液压杆45所需的驱动力上限，便于活动导叶44对水轮机4中的高水压进行调节，增强了电控液压杆45运行的控制精度。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种工业循环水系统余压发电装置，其特征在于，包括冷却塔(1)、上水管(2)、旁通管(3)和水轮发电机组；所述上水管(2)的末端通向冷却塔(1)，上水管(2)中还安装有上塔阀门(21)、调节阀(22)和旁通管(3)；所述旁通管(3)的入口连通在上水管(2)的上塔阀门(21)与调节阀(22)之间，旁通管(3)的出口连通在上水管(2)的调节阀(22)与冷却塔(1)之间；所述旁通管(3)中安装有进口阀(31)和出口阀(32)，进口阀(31)和出口阀(32)之间安装有水轮发电机组；
所述水轮发电机组包括水轮机(4)、永磁发电机(5)和控制柜；所述水轮机(4)与永磁发电机(5)间设有传动连接的主轴(41)，水轮机(4)通过主轴(41)带动永磁发电机(5)旋转；所述永磁发电机(5)将发出的电能传输到控制柜中；所述控制柜与电网相连通，控制柜中还安装有整流模块、四象限IGBT管和控制线路；所述整流模块将永磁发电机(5)传输变化的交流电参数转化为直流电，再经四象限IGBT管和控制线路将直流电转化为恒频恒压的交流电。
2.根据权利要求1所述的一种工业循环水系统余压发电装置，其特征在于：所述旁通管(3)上还安装有一对压力表(33)，压力表(33)分别位于水轮机(4)进出口两端的旁通管(3)上，压力表(33)通过信号线将其参数传输到控制柜中；所述控制柜还对永磁发电机(5)传输的电能参数进行监测，控制柜与水循环系统的控制室间进行数据传输。
3.根据权利要求2所述的一种工业循环水系统余压发电装置，其特征在于：所述上水管(2)的上塔阀门(21)和调节阀(22)以及旁通管(3)上的进口阀(31)和出口阀(32)均为电动阀，电动阀通过控制线路与控制柜间电性连接；所述水轮机(4)为轴伸贯流式水轮机(4)。
4.根据权利要求1所述的一种工业循环水系统余压发电装置，其特征在于：所述水轮机(4)还包括蜗套(41)和转轮(42)；所述蜗套(41)通过其周向上的固定导叶(43)安装在水轮机(4)蜗壳的轴心上，蜗套(41)的后端设有环绕的活动导叶(44)，活动导叶(44)的两端转动安装在蜗套(41)与水轮机(4)的蜗壳之间，活动导叶(44)在水轮机(4)的蜗壳表面还固连有导叶拐臂(441)；所述转轮(42)安装在水轮机(4)的主轴(41)上，主轴(41)与蜗套(41)后端转动连接。
5.根据权利要求4所述的一种工业循环水系统余压发电装置，其特征在于：所述导叶拐臂(441)的末端固连有连杆(442)，连杆(442)的末端设有控制环(443)；所述控制环(443)转动安装在水轮机(4)的周向表面，控制环(443)与连杆(442)相铰接，控制环(443)外侧还设有电控液压杆(45)，电控液压杆(45)的伸缩杆与控制环(443)表面铰接相连，电控液压杆(45)的控制线与控制柜相接。
6.根据权利要求5所述的一种工业循环水系统余压发电装置，其特征在于：所述控制环(443)与水轮机(4)的蜗壳间还固连有锥形的卷簧(46)，卷簧(46)用于调节控制环(443)的初始转角，使活动导叶(44)在水轮机(4)中处于闭合状态。
CN202110460594.4A 2021-04-27 2021-04-27 一种工业循环水系统余压发电装置 Active CN113062827B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110460594.4A CN113062827B (zh) 2021-04-27 2021-04-27 一种工业循环水系统余压发电装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110460594.4A CN113062827B (zh) 2021-04-27 2021-04-27 一种工业循环水系统余压发电装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113062827A true CN113062827A (zh) 2021-07-02
CN113062827B CN113062827B (zh) 2021-11-16

Family

ID=76567817

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110460594.4A Active CN113062827B (zh) 2021-04-27 2021-04-27 一种工业循环水系统余压发电装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113062827B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114962117A (zh) * 2022-06-21 2022-08-30 太湖流域管理局水利发展研究中心 一种贯流式电站不间断小流量低负荷发电装置及方法
CN117404232A (zh) * 2023-12-14 2024-01-16 西安力邦节能科技发展有限公司 循环水系统智能高效余压发电装置

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6042331A (en) * 1997-03-03 2000-03-28 Hitachi, Ltd. Pump-turbine
CN202370728U (zh) * 2011-12-20 2012-08-08 重庆赛力盟电机有限责任公司 水轮机导水机构
CN203257592U (zh) * 2013-05-29 2013-10-30 东方电气集团东方电机有限公司 一种混流式水轮机导水机构预装接力器拉开度试验装置
CN105952567A (zh) * 2016-04-26 2016-09-21 马骏 一种基于物联网的水轮机导水系统
CN106968875A (zh) * 2017-05-31 2017-07-21 国家电网公司 水泵水轮机导叶位置测量装置及方法
CN110080922A (zh) * 2019-04-27 2019-08-02 凌丽霞 一种水轮机叶片环量调衡装置
CN110219768A (zh) * 2019-06-12 2019-09-10 西安格睿能源动力科技有限公司 循环水系统余压能回收利用发电过流量控制方法及装置
CN110242482A (zh) * 2019-06-12 2019-09-17 西安格睿能源动力科技有限公司 循环水回水余压发电系统
CN209444498U (zh) * 2018-10-26 2019-09-27 大埔县水力发电设备总厂 一种水轮机导水机构

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6042331A (en) * 1997-03-03 2000-03-28 Hitachi, Ltd. Pump-turbine
CN202370728U (zh) * 2011-12-20 2012-08-08 重庆赛力盟电机有限责任公司 水轮机导水机构
CN203257592U (zh) * 2013-05-29 2013-10-30 东方电气集团东方电机有限公司 一种混流式水轮机导水机构预装接力器拉开度试验装置
CN105952567A (zh) * 2016-04-26 2016-09-21 马骏 一种基于物联网的水轮机导水系统
CN106968875A (zh) * 2017-05-31 2017-07-21 国家电网公司 水泵水轮机导叶位置测量装置及方法
CN209444498U (zh) * 2018-10-26 2019-09-27 大埔县水力发电设备总厂 一种水轮机导水机构
CN110080922A (zh) * 2019-04-27 2019-08-02 凌丽霞 一种水轮机叶片环量调衡装置
CN110219768A (zh) * 2019-06-12 2019-09-10 西安格睿能源动力科技有限公司 循环水系统余压能回收利用发电过流量控制方法及装置
CN110242482A (zh) * 2019-06-12 2019-09-17 西安格睿能源动力科技有限公司 循环水回水余压发电系统

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114962117A (zh) * 2022-06-21 2022-08-30 太湖流域管理局水利发展研究中心 一种贯流式电站不间断小流量低负荷发电装置及方法
CN117404232A (zh) * 2023-12-14 2024-01-16 西安力邦节能科技发展有限公司 循环水系统智能高效余压发电装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN113062827B (zh) 2021-11-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113062827B (zh) 一种工业循环水系统余压发电装置
EP3444940B1 (en) Generalized frequency conversion system for steam turbine generator unit
US7863767B2 (en) Turbine driven electric power production system and a method for control thereof
KR100999715B1 (ko) 풍력 발전 증속기용 냉각 윤활 시스템
CN106958505B (zh) 叶轮增压稳速发电机及管道发电装置
Arndt et al. Hydraulic turbines
CN110219768B (zh) 循环水系统余压能回收利用发电过流量控制方法及装置
CN110130436B (zh) 智能水能循环节电系统
CN205478081U (zh) 一种混流式水轮发电机组
CN110242482A (zh) 循环水回水余压发电系统
CN216407032U (zh) 一种循环水系统发电的装置
CN105971805B (zh) 一种采用筒形阀调节流量的整装混流式水轮发电机组
JP7477436B2 (ja) 水車式流量制御装置
CN111502894B (zh) 一种可以自动散热的水利发电装置
Esmaeilian et al. Performance Evaluation and MPPT Control of a Variable-Speed Pump-as-Turbine System
WO2018152639A1 (en) A self-regulating water turbine sub-runner, and a water turbine equipped with self-regulating water turbine sub-runner
CN208870797U (zh) 具有冷却功能的离心泵
CN107762713B (zh) 一种适用于大流量的多功能减压阀
CN107313889B (zh) 立式整装管道式水轮发电机组
CN207974908U (zh) 一种管道式发电机
WO2020047889A1 (zh) 一种磁风互补发电装置及其控制系统
CN217764527U (zh) 一种水电混合驱动装置
CN203488303U (zh) 一种轴流转浆式水轮机
CN209688218U (zh) 一种阻垢式热水减压阀
CN107979312A (zh) 一种基于mppt的无刷双馈电机水力发电控制方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant