CN116123008A - 一种循环水余压发电系统及该系统的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于发电技术领域，尤其是一种循环水余压发电系统及该系统的控制方法，包括循环水回水管和发电装置，发电装置连接在循环水回水管上，发电装置依次包括进水管段、励磁段、发电机段、定向连接段、水轮腔段和出水管段；连接段内设有轴承，发电机段内设置发电机转子和发电机定子绕组；还包括温度监测元器件，温度监测元器件有2个，分别监测轴承和发电机定子绕组的运行温度；通过循环水带动叶轮转动，进而带动转轴转动，转轴转动带动发电机转子在发电机定子绕组将水的动能转化为电能实现循环水余能发电，通过2个温度监测元器件分别监测轴承和发电机定子绕组的运行温度，然后与控制器预设温度阈值进行对比，保证发电装置运行的安全性和稳定性。

Description

一种循环水余压发电系统及该系统的控制方法

技术领域

本发明涉及发电技术领域，尤其涉及一种循环水余压发电系统及该系统的控制方法。

背景技术

在工业循环水系统中回水除了满足进冷却塔的压力以外，还存在一部分余压，而现在通常采用贯流式水轮机利用这部分回水余压的势能旋转带动发电机进行发电。

目前利用贯流式水轮机进行发电的形式有两种，第一种是将水轮机设置在回流水管内，而发电机设置在水管外，水轮机和发电机组是两个独立的设备，需通过联轴器等设施将其连接在一期，由于地质沉降等因素，导致水轮机轴和发电机轴失衡，造成事故的比比皆是，且故障率高，维护成本高，需要专门定制的安装基础，施工繁琐，因此设计出第二种，集成管道贯流式水轮发电机组，将发电机和水轮机通过一根主轴集成为一体，安装在回流水管内，这种设计形式结构紧凑，转化效率高，但是这种设计形式发电机和水轮机均在水管内部，无法及时查看发电机和水轮机的工作状态，容易引发运行事故。

针对上述问题，本发明文件提出了一种循环水余压发电系统及该系统的控制方法。

发明内容

本发明提供了一种循环水余压发电系统及该系统的控制方法，能够实施监控温度变化，及时发现故障进行检修并在检修的同时还不影响循环水系统的正常运行，提高了发电系统使用的安全性。

本发明提供了如下技术方案：

一种循环水余压发电系统，包括循环水回水管和发电装置，所述发电装置连接在循环水回水管上，所述发电装置依次包括进水管段、励磁段、发电机段、定向连接段、水轮腔段和出水管段；

所述励磁段内设置有发电机励磁；

所述发电机段内设置有密封壳体以及设于密封壳体内的发电机转子和围绕发电机转子的发电机定子绕组；

所述连接段内设有连接壳体和轴承，所述连接壳体和密封壳体相连；

所述水轮腔段内设置有机械密封件、转轴以及设置在转轴一端的叶轮，所述转轴的另一端穿过轴承和发电机转子后与发电机励磁相连，且发电机转子与转轴固连，所述机械密封件套设在转轴上，且机械密封件设于水轮腔段与连接段的连接处，确保连接处的密封性；

还包括控制器和温度监测元器件，所述温度监测元器件有2个，其中一个温度监测元器件设于轴承上，另一个温度监测元器件设于密封壳体的侧壁靠近发电机定子绕组的位置，所述温度监测元器件与控制器电性连接，所述控制器还与发电装置电性连接。

进一步的，所述定向连接段内还开有润滑腔，所述润滑腔与轴承一端面相邻，所述润滑腔内填充润滑油。

进一步的，所述循环水回水管上位于发电装置进水管段的前端设有第一电动调节阀，位于出水管段的后端设有第二电动调节阀，所述第一电动调节阀和第二电动调节阀与控制器电性连接。

进一步的，还包括检修管路，所述检修管路的一端连接在循环水回水管上位于第一调节阀的前端，另一端位于第二调节阀的后端，与发电装置呈并联状态，且检修管路上设置有第三电动调节阀，所述第三电动调节阀与控制器电性连接。

进一步的，所述循环水回水管上还设有手动调节总阀，所述手动调节总阀位于第一电动调节阀和第三电动调节阀的前端。

进一步的，所述进水管段、励磁段、发电机段、连接段、水轮腔段和出水管段之间采用法兰连接。

进一步的，所述进水管段和出水管段均采用软连接件与循环水回水管相连。

一种循环水余压发电系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：打开手动调节总阀；

S2：通过控制器启动发电装置，打开第一电动调节阀和第二电动调节阀，关闭第三电动调节阀，此时循环水在循环水回水管中流通，带动发电装置的叶轮转动进行发电，同时通过温度监测元器件分别监测轴承和发电机定子绕组的运行温度；

轴承和/或发电机定子绕组的运行温度小于或等于预设温度阈值，继续运行；

轴承和/或发电机定子绕组的运行温度如果大于预设温度阈值，则判断发电装置处于故障状态，则通过控制器控制发电装置停机，同时关闭第一电动调节阀和第二电动调节阀，并打开第三电动调节阀，回流水从检修管路回流，保证冷却塔正常运行；

S3：人工对故障处进行检修，如运行温度回到正常阈值后，通过控制器启动发电装置，同时打开第一电动调节阀和第二电动调节阀，并关闭第三电动调节阀，使循环水在循环水回水管中流通；如运行温度高于预设温度阈值则结束，继续进行检修。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本发明。

通过循环水带动叶轮转动，进而带动转轴转动，转轴转动带动发电机转子在发电机定子绕组将水的动能转化为电能实现循环水余能发电，同时通过2个温度监测元器件分别监测轴承和发电机定子绕组的实时运行温度，然后与控制器预设温度阈值进行对比，保证发电装置运行的安全性和稳定性。

附图说明

图1为本发明实施例所提供的一种循环水余压发电系统及该系统的控制方法的结构示意图；

图2为本发明实施例所提供的一种循环水余压发电系统及该系统的控制方法中发电装置的示意图；

图3为本发明实施例所提供的一种循环水余压发电系统及该系统的控制方法的电性连接关系图。

附图标记：

1、循环水回水管；2、发电装置；21、进水管段；22、励磁段；2201、发电机励磁；23、发电机段；2301、发电机转子；2302、发电机定子绕组；2303、密封壳体；24、定向连接段；2401、连接壳体；2402、轴承；2403、润滑腔；25、水轮腔段；2501、叶轮；2502、机械密封件；26、出水管段；3、第一电动调节阀；4、第二电动调节阀；5、检修管路；6、第三电动调节阀；7、软连接件；8、温度监测元器件；9、控制器。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图对本发明实施例进行描述。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语、“连接”、“安装”应做广义理解，例如，“连接”可以是可拆卸地连接，也可以是不可拆卸地连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接。此外“连通”可以是直接连通，也可以通过中间媒介间接连通。其中，“固定”是指彼此连接且连接后的相对位置关系不变。本发明实施例中所提到的方位用语，例如，“内”、“外”、“顶”、“底”等，仅是参考附图的方向，因此，使用的方位用语是为了更好、更清楚地说明及理解本发明实施例，而不是指示或暗指所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。

本发明实施例中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

在本发明实施例中，“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

在本说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本发明的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。

实施例1

参照图1、图2和图3所示，一种循环水余压发电系统，包括循环水回水管1和发电装置2，发电装置2连接在循环水回水管1上，发电装置2依次包括进水管段21、励磁段22、发电机段23、定向连接段24、水轮腔段25和出水管段26；

励磁段22内设置有发电机励磁2201；

发电机段23内设置有密封壳体2303以及设于密封壳体2303内的发电机转子2301和围绕发电机转子2301的发电机定子绕组2302；

连接段内设有连接壳体2401和轴承2402，连接壳体2401和密封壳体2303相连；

水轮腔段25内设置有机械密封件2502、转轴以及设置在转轴一端的叶轮2501，转轴的另一端穿过轴承2402和发电机转子2301后与发电机励磁2201相连，且发电机转子2301与转轴固连，机械密封件2502套设在转轴上，且机械密封件2502设于水轮腔段25与连接段的连接处，确保连接处的密封性；

还包括控制器9和温度监测元器件8，温度监测元器件8有2个，其中一个温度监测元器件8设于轴承2402上，另一个温度监测元器件8设于密封壳体2303的侧壁靠近发电机定子绕组2302的位置，温度监测元器件8与控制器9电性连接，控制器9还与发电装置2电性连接。

发电装置2设置在循环水回水管1上，循环水带动叶轮2501转动，叶轮2501转动带动转轴转动，发电机转子2301固定套设在转轴上，使的发电机转子2301在发电机定子绕组2302内转动，进而将循环水的部分动能转化为电能，在发电装置2运行过程中，通过温度监测元器件8对发电机轴承2402位置和发电机定子绕组2302位置的温度进行实施监控，如过温度过高说明对应位置运转异常，进而通过控制器9进行对应的控制操作。

定向连接段24内还开有润滑腔2403，润滑腔2403与轴承2402一端面相邻，润滑腔2403内填充润滑油。通过填充润滑油，降低转轴与轴承2402之间的摩擦磨损，降低摩擦阻力，提高水的动能转化为电能的转化率，同时还能降低该位置的温度，防止温度过高影响装置的正常运行，还能起到密封效果，提高装置的耐腐蚀性。

循环水回水管1上位于发电装置2进水管段21的前端设有第一电动调节阀3，位于出水管段26的后端设有第二电动调节阀4，第一电动调节阀3和第二电动调节阀4与控制器9电性连接。通过设置第一电动调节阀3和第二电动调节阀4来控制循环水回水管1的使用，进而控制发电装置2的运行，打开第一电动调节阀3和第二电动调节阀4，循环水经过发电装置2则发电装置2开始工作，关闭第一电动调节阀3和第二电动调节阀4，则发电装置2停止工作。

还包括检修管路5，检修管路5的一端连接在循环水回水管1上位于第一调节阀的前端，另一端位于第二调节阀的后端，与发电装置2呈并联状态，且检修管路5上设置有第三电动调节阀6，第三电动调节阀6与控制器9电性连接。

当通过温度监控元器件监控发电机轴承2402位置和发电机定子绕组2302位置的运行温度有异常，通过控制器9变比第一电动调节阀3和第二电动调节阀4，停止发电装置2运行，打开第三电动调节阀6，使的循环水从检修管路5回流至冷却塔，不会影响冷却塔的正常工作。

循环水回水管1上还设有手动调节总阀，手动调节总阀位于第一电动调节阀3和第三电动调节阀6的前端。可以通过手动调节总阀对循环水回水管1和检修管路5进行同一控制，打开手动调节总阀，选择循环水回水管1或检修管路5使用。

进水管段21、励磁段22、发电机段23、连接段、水轮腔段25和出水管段26之间采用法兰连接。通过法兰连接便于进行连接组装，而且连接结构稳定，密封效果好，实际使用中，通过密封垫圈提高密封性。

进水管段21和出水管段26均采用软连接件7与循环水回水管1相连。通过软连接件7一方面便于安装，另一方面也能够也能够对内部的发电机进行减震保护。

在使用时，先打开手动调节总阀，然后通过控制器9打开第一电动调节阀3和第二电动调节阀4，循环水从循环水回水管1回流至冷却塔，经过循环水回水管1时会经过循环水回水管1上设置的发电装置2，带动发电装置2的叶轮2501转动，叶轮2501转动带动转轴转动，转动转动会带动固连的发电机转子2301在发电机定子绕组2302内转动，进而将回流水的部分动能转化为电能，实现回流水发电效果，在叶轮2501转动的同时，通过两个温度监测元器件8对发电机轴承2402和发电机定子绕组2302的运行温度进行实时监测，并将运行温度与控制器9预设温度阈值进行对比，确保运行温度在安全范围内，保证发电设备运行稳定。如果运行温度超出控制器9预设温度阈值，则关闭第一电动调节阀3和第二电动调节阀4，打开第三电动调节阀6，使循环水由检修管路5回流至冷却塔，同时对发电装置2进行维修。维修好后，关闭第三电动调节阀6，打开第一电动调节阀3和第二电动调节阀4，使发电装置2重新工作。

一种循环水余压发电系统的控制方法，包括以下步骤：

S1：打开手动调节总阀；

S2：通过控制器9启动发电装置2，打开第一电动调节阀3和第二电动调节阀4，关闭第三电动调节阀6，此时循环水在循环水回水管1中流通，带动发电装置2的叶轮2501转动进行发电，同时通过温度监测元器件8分别监测轴承2402和发电机定子绕组2302的运行温度；

轴承2402和/或发电机定子绕组2302的运行温度小于或等于预设温度阈值，继续运行；

轴承2402和/或发电机定子绕组2302的运行温度如果大于预设温度阈值，则判断发电装置2处于故障状态，则通过控制器9控制发电装置2停机，同时关闭第一电动调节阀3和第二电动调节阀4，并打开第三电动调节阀6，回流水从检修管路5回流，保证冷却塔正常运行；

S3：人工对故障处进行检修，如运行温度回到正常阈值后，通过控制器9启动发电装置2，同时打开第一电动调节阀3和第二电动调节阀4，并关闭第三电动调节阀6，使循环水在循环水回水管1中流通；如运行温度高于预设温度阈值则结束，继续进行检修。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内；在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种循环水余压发电系统，其特征在于，包括循环水回水管和发电装置，所述发电装置连接在循环水回水管上，所述发电装置依次包括进水管段、励磁段、发电机段、定向连接段、水轮腔段和出水管段；

所述励磁段内设置有发电机励磁；

所述发电机段内设置有密封壳体以及设于密封壳体内的发电机转子和围绕发电机转子的发电机定子绕组；

所述连接段内设有连接壳体和轴承，所述连接壳体和密封壳体相连；

所述水轮腔段内设置有机械密封件、转轴以及设置在转轴一端的叶轮，所述转轴的另一端穿过轴承和发电机转子后与发电机励磁相连，且发电机转子与转轴固连，所述机械密封件套设在转轴上，且机械密封件设于水轮腔段与连接段的连接处，确保连接处的密封性；

还包括控制器和温度监测元器件，所述温度监测元器件有2个，其中一个温度监测元器件设于轴承上，另一个温度监测元器件设于密封壳体的侧壁靠近发电机定子绕组的位置，所述温度监测元器件与控制器电性连接，所述控制器还与发电装置电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种循环水余压发电系统，其特征在于，所述定向连接段内还开有润滑腔，所述润滑腔与轴承一端面相邻，所述润滑腔内填充润滑油。

3.根据权利要求2所述的一种循环水余压发电系统，其特征在于，所述循环水回水管上位于发电装置进水管段的前端设有第一电动调节阀，位于出水管段的后端设有第二电动调节阀，所述第一电动调节阀和第二电动调节阀与控制器电性连接。

4.根据权利要求3所述的一种循环水余压发电系统，其特征在于，还包括检修管路，所述检修管路的一端连接在循环水回水管上位于第一调节阀的前端，另一端位于第二调节阀的后端，与发电装置呈并联状态，且检修管路上设置有第三电动调节阀，所述第三电动调节阀与控制器电性连接。

5.根据权利要求4所述的一种循环水余压发电系统，其特征在于，所述循环水回水管上还设有手动调节总阀，所述手动调节总阀位于第一电动调节阀和第三电动调节阀的前端。

6.根据权利要求5所述的一种循环水余压发电系统，其特征在于，所述进水管段、励磁段、发电机段、连接段、水轮腔段和出水管段之间采用法兰连接。

7.根据权利要求6所述的一种循环水余压发电系统，其特征在于，所述进水管段和出水管段均采用软连接件与循环水回水管相连。

8.一种循环水余压发电系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：打开手动调节总阀；

S2：通过控制器启动发电装置，打开第一电动调节阀和第二电动调节阀，关闭第三电动调节阀，此时循环水在循环水回水管中流通，带动发电装置的叶轮转动进行发电，同时通过温度监测元器件分别监测轴承和发电机定子绕组的运行温度；

轴承和/或发电机定子绕组的运行温度小于或等于预设温度阈值，继续运行；

轴承和/或发电机定子绕组的运行温度如果大于预设温度阈值，则判断发电装置处于故障状态，则通过控制器控制发电装置停机，同时关闭第一电动调节阀和第二电动调节阀，并打开第三电动调节阀，回流水从检修管路回流，保证冷却塔正常运行；

S3：人工对故障处进行检修，如运行温度回到正常阈值后，通过控制器启动发电装置，同时打开第一电动调节阀和第二电动调节阀，并关闭第三电动调节阀，使循环水在循环水回水管中流通；如运行温度高于预设温度阈值则结束，继续进行检修。

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