CN1474931A - 用于建造工业设备的模块式系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于建造一个根据预先给定的设计参数而设计的工业设备(例如一厂用电站)的模块式系统，具有多个尺寸与一给定设计参数相匹配的功能单元，其应当具有特别低的设计成本和计划成本。按照本发明，模块式系统包括一些模块式组装单元(2，10，20，30，40，50，60)，这些模块式组装单元的每一个包含有多个按其特定功能组装在一起的功能单元，其中每个模块式组装单元(2，10，20，30，40，50，60)的尺寸都是与设计参数无关的标准尺寸。

Description

用于建造工业设备的模块式系统

本发明涉及一种用于建造一个根据预先给定的设计参数而设计的工业设备的模块式系统。

通常，如加工设备或厂用电站之类的工业设备根据预先给定的设计参数进行设计。此时，例如可以将加工能力、产量作为给定的设计参数，或者在厂用电站的情况下将设计功率或额定功率作为设计参数。常常根据这类预定的设计参数确定那些以合适的方式组装成整个设备的功能部件的尺寸。例如，在厂用电站的情况中对涡轮机和连接在其后的发电机的尺寸这样来确定，使得它们组装后可产生的电功率能达到或大大超过作为设计参数而给定的设计功率或额定功率。此外，对厂用电站正常运行所必需的部件在下一步再进行合适的组装，其中作为边界条件应基本保证各部件之间的兼容性。

在建造这类工业设备、尤其是建造厂用电站时，通常由专业人员根据设计参数对每个建设项目重新设计。然而这将造成设计阶段费用较高。因为各种专门从事该工业设备各个关键部件开发研究的队伍必须分别对各个部件进行新的设计，因此，开发研究该建设项目专用解决方案的开销特别大。为了降低费用，迄今为止在所谓的“定差设计(Delta-Engineering)”的范围内试图从早先同类建设项目出发，在此基础上考虑一个新的建设项目与迄今已完成的建设项目的特定不同点进行设计，由此允许降低开发研究费用。

为了使这类工业设备的规划费用和开发费用保持更低，还可从整体上就设计参数将待设计的工业设备分成一些在整体上用来完善该工业设备的功能组(Funktionsgruppen)。其中，每个功能组可以根据其在整个工业设备中所涵盖的过程中的特定分功能进行设计。此时，对于这些分功能所必需的功能单元(Funktionsaggregat)按其特定功能组装成一个模块式组装单元(Modulkomponent)。通过这种模块化设计从而可以在很短的安装时间内在使用现场按标准组件系统方式组装成整个设备。

虽然这种模块化建造方式能简化一个新的建设项目的规划和研发工作，但建造新的工业设备所需的规划和开发费用仍较高。

本发明要解决的技术问题是提供一种上面所述这一类的模块式系统，其具有一些就其尺寸而言与设计参数相匹配的功能单元，致使新建一个工业设备时的设计和规划费用都非常低。

按照本发明，上述技术问题是这样解决的：将这些功能单元按其特定功能组装成多个模块式组装单元，其中每个模块式组装单元都具有与设计参数无关的标准尺寸。

本发明考虑的出发点是：为使新建工业设备的规划和设计费用特别低，应尽可能地遵循积木式或模块化原则。因此，应当确保：在建造工业设备时这样设置模块，使得在多种不同的使用情况可以十分方便地将模块彼此组装在一起。其中，将功能单元按其特定功能组装成模块式组装单元，这些模块式组装单元的尺寸或布置彼此可以不一样。这类模块式系统的所谓  “定差设计”的费用正好可以非常低，由于要求进行“定差设计”的、即将一种设计参数下的设计转换到不同设计参数的设计只限于那些必需与该设计参数相匹配的部件。因此，在“定差设计”的范围内只需对功能单元进行适配，而不必对模块式组装单元作这种适配调整。

在优选的方案中，模块式组装单元的外部尺寸按其特定功能进行标准化。换句话说，虽然每个模块式组装单元的外部尺寸与其在工业设备总过程内的分功能相适配，但另一方面这些外部尺寸与特定的设计参数无关。从而可以实现：模块式组装单元就其在使用场合的组配或安装而言始终具有事先确定的标准构件形式的外部尺寸，从而，模块式组装单元的布置和定位以统一的标准化方式来实现，而与设计参数无关。

为使每个模块式组装单元的设计费用保持非常低，在另一种优选方案中，将那些分别组装成一模块式组装单元的各个功能单元以与设计参数无关的方式定位在该模块式组装单元内。从而，“定差设计”仅限于合适地选择或给定各个功能单元。此外，该功能单元在其所配属的模块式组装单元内部具有事先规定的位置，因而不必为确定各功能单元在上述模块式组装单元内部的特别合适的位置而付出额外的费用。

通常，分别组装成一个模块式组装单元的功能单元在模块式组装单元内部通过一些连接件相互连接，从而其整体上能可靠地实现预定的分功能。为使连接功能单元所需的设计费用维持很低，优选使模块式组装单元内部的连接件的空间位置与设计参数无关。为了与给定的设计参数相适配，连接件本身的尺寸依据设计参数适当地确定。此时尤其可这样设置，在用管道作为连接件的情况使这些管道在模块式组装单元内部的空间位置与设计参数无关，而管道的横截面则可根据设计参数而变化。

在特别优选的方案中，将为工业设备必需配置的模块式系统设计成具有很高的安全标准。为此，该模块式组装单元优选设计成可以对被选择的功能单元具有一备份(eine redundante Bestuckung)，而不改变模块式组装单元的其他结构。尤其合适的是对一功能单元在其模块式组装单元内部以备份方式设置多个。

所述模块式系统尤其适于建造厂用电站，其中优选将一设计功率或额定功率作为设计参数。

本发明的优点如下：借助于合理地划分成其尺寸与设计参数有关的功能单元以及其尺寸为标准的、且与设计参数无关的模块式组装单元，可使建造工业设备的总设计费用和开发费用保持得特别低。通过使模块式组装单元保持在标准尺寸或大小而与设计参数无关，则根据对类似工业设备的了解进行必需的“定差设计”局限于对功能单元进行。因此，可以根据有限数量的标准构件设计出一工业设备、尤其是一厂用电站的基本草图，利用该草图原则上可在较大范围内考虑设计参数。对于一个具有从此范围中选出的设计参数的工业设备的具体设计只要求对各个功能单元作相应的适配设计，而不必因此而修改整个设备原先的基本草图。

下面结合附图对本发明的实施方式进行详细说明：

图1是一台由模块式组装单元组装成的工业设备的俯视图；

图2是一模块式组装单元的侧视图；

图3是图2所示模块式组装单元的俯视图。

所有附图中相同的部件用同一附图标记表示。

图1中所示的工业设备1是一个厂用电站，该厂用电站是为保持设计参数而设计的，其中规定5兆瓦(MW)的设计功率或额定功率作为该实施方式中的设计参数。在此，工业设备1由模块式组装单元组装而成，其中将工业设备1全部涵盖的过程，即将储存在燃料中的能量转换成电能的过程划分成一些分功能单元。

为了正常发电，建造成厂用电站的工业设备1包括一个第一模块式组装单元2。该第一模块式组装单元2作为功能单元包括一个带有一蒸汽涡轮机的涡轮机组4和一个经传动齿轮箱与上述涡轮机组相连的发电机8。这个功能单元在模块式组装单元2的范围内互相连接成一个可作为整体一起运输的分功能装置。在本实施方式中，涡轮机组4安装在由底座、支柱和一块台面板构成的混凝土地基上。当然，它也可选择以板式结构方式(Blockbauweise)来实现，此时它设置在一个平的、由混凝土和钢筋构筑成的基础座上。尽管本实施方式中所给出的置于由支柱支承的台面板的安装方式对涡轮机组而言其费用常常比安装在平的基础座上高，然而从另一方面看在涡轮机下方铺设管道、安装冷凝器以及维修都有很大的优越性。

为向涡轮机组4供给工作介质，该工业设备1有一个蒸汽发生装置组装单元作为另一模块式组装单元10。此时，在模块式组装单元10中设有一个蒸汽发生器12，该蒸汽发生器就其工作介质而言经过一个水-蒸汽-循环回路与涡轮机组4相连。送入的给水在该蒸汽发生器12中汽化，紧接着在该蒸汽发生器12中过热，然后被送入涡轮机组4中。该蒸汽发生器12的烟道气一侧与设置在模块式组装单元10外部的烟囱14相连。

为了向蒸汽发生器12供给燃料，上述工业设备1还包括另一个模块式组装单元20。在本实施方式中，供应的燃料是热油。为此，在模块式组装单元20中配置了一些储油罐(Tagestank)22，其数量与蒸汽发生器12的生产能力匹配。

为完善水-蒸汽-循环回路，设置了另一个在其中包含有一供水系统部件的模块式组装单元30。因而，模块式组装单元30除包括一供水容器32外还包括一个高压预热器、一个给水脱气装置、几台给水泵、一个低压预热器、几个用于送入给水的配送装置以及一个取样装置作为一个功能单元。在这里，由供水装置提供的给水用于向蒸汽发生器12供给工作介质。在那里，供水装置的进口侧与一个配属于涡轮机组4的、设置在第一模块式组装单元2中的冷凝器相连接，从而形成一个闭合的水-蒸汽-回路。此外，在模块式组装单元30中还设有如热油预热站34以及热油泵站36那样的燃料供给装置的功能单元。

为进行水处理，工业设备1还包括一个在其中设有多个未作进一步详细说明的功能单元的模块式组装单元40。那里，在模块式组装单元40中，除了用于未经净化处理的水的增压泵和多层过滤器外，还设有一个用作纯净水水槽的混凝土水槽、一个过滤器回洗泵(Filterrueckspulpumpe)、一个阳离子交换器、一个CO-喷淋器、另一些增压泵、一个阴离子交换器、一个混合床过滤器、一个回收站、一个带有循环泵的中和处理槽以及一个储存NaOH和HCL的容器。其中，该储存容器可以设计成满足40天的需求，且由玻璃纤维增强塑料制成。配属的管道、支承件和配件同样由塑料制成。而且，在模块式组装单元40中还设有用作水化验室42和水处理控制室44的专用房间。

为了对设置在涡轮机组4下方的冷凝器循环冷却，设置了另一个模块式组装单元50。在该模块式组装单元中串联安装了一些带有吸入空气的冷却塔。在本实施方式中，冷却塔设置在两个冷却塔房52中。这两个冷却塔房52的每一个都具有一支承钢架，其上固定有外壳件、进气栅条塑料件、淋注塑料构件、水分配塑料件和水滴收集塑料件。鼓风机盖和渗滤件(Defusor)同样由塑料制成。将上述冷却塔房52建造在同时用作灭火池、且高出地面很多的混凝土槽上。此外，为模块式组装单元50还配设一个泵站54，泵站中安装了两台冷水泵56。这两台冷水泵将经过位于冷却塔房52中的冷却塔导送回来的冷水送入到位于涡轮机组4下方的冷凝器中。

发电机8发出的电被输送到另一模块式组装单元60。在该模块式组装单元中，部分电能被送到作为干式变压器的厂用电变压器。发电机8发出的电的其余部分被送到图中未示出的、同样设置在模块式组装单元60中的主机变压器中，从那里再被输送到同样未示出的用户网络中。

于是，上述模块式系统包括模块式组装单元2、10、20、30、40、50、60，在这些模块式组装单元中，分别组装了几个具有特定功能的功能单元。这些功能单元就其尺寸大小而言、例如尤其是涡轮机组4和发电机8的尺寸应与作为设计参数预先给出的额定功率(本实施方式中为5MW)相匹配。与此相反，这些模块式组装单元2、10、20、30、40、50、60以与它们的功能有关、然而与作为设计参数预先给出的额定功率无关的方式定出标准尺寸。尤其是这些模块式组装单元的外部尺寸与作为设计参数的额定功率无关。因此，可将统一的、按标准制造的模块式组装单元2、10、20、30、40、50、60按图1实施方式中所示出的布置组装成具有不同设计功率的工业设备1，其中，尤其在改变设计参数的情况下，还能保持使一些模块式组装单元2、10、20、30、40、50、60处于一种特别节省空间的、所谓的壁靠壁式的安装。

为了作进一步清楚的说明，在侧视图2和俯视图3中放大示出了模块式组装单元30。模块式组装单元30除了包括图2、3中未详细示出的燃料供给装置外，还包括供水容器32，该供水容器经第一抽吸管道70与一给水泵72相连，经第二抽吸管道74与一个出于安全考虑而设置的备用给水泵76相连。给水泵72、76的出水侧与压力管道78相连。

模块式组装单元30具有一个由一些支承件构成的外支架80。那里，该外支架80的所有外部尺寸(如图2、3中用双向箭头所示的高度82、长度84和宽度86)都是标准的，与设计功率无关。换句话说，在设计一个与本实施方式工业设备1的设计功率不同的工业设备时，对给水区可设置一个外部尺寸不变(即高度82不变、长度84不变、宽度86不变)的模块式组装单元30。同样，供水容器32在模块式组装单元30内部的位置也与设计功率无关。供水容器32的位置大体上由用双向箭头表示的供水容器32的支承板90的高度88确定。在从一种设计功率变换成另一设计功率时，支承板90的布置保持不变。

此外，模块式组装单元30内部作为连接件设置的抽吸管道70、74以及压力管道78的空间位置也与设计功率无关。

与此相反，对作为功能单元的供水容器32和作为另一功能单元的给水泵72、76的尺寸以及对用作连接件的抽吸管道70、74和压力管道78都根据作为预定设计参数的设计功率或额定功率进行选择。这一点在图2、3所示的实施方式中用多重线条表示：如用多重线条所表示的那样，对于给水需求较小的情况设置一个尺寸较小的供水容器32，而对给水需求较大的情况安装一个尺寸较大的供水容器32。

Claims (7)

1.一种用于建造一个根据预先给定的设计参数而设计的工业设备(1)的模块式系统，其具有多个就其尺寸而言与该设计参数相匹配的功能单元，这些功能单元按其特定功能组装成多个模块式组装单元(2，10，20，30，40，50，60)，其中每个模块式组装单元(2，10，20，30，40，50，60)都具有与设计参数无关的标准尺寸。

2.按照权利要求1所述的模块式系统，其中每个模块式组装单元(2，10，20，30，40，50，60)具有对其功能来说是特定的、而与设计参数无关的外部尺寸。

3.按照权利要求1或2所述的模块式系统，其中分别组装成一模块式组装单元(2，10，20，30，40，50，60)的各个功能单元在该模块式组装单元(2，10，20，30，40，50，60)内部的位置与设计参数无关。

4.按照权利要求1至3中任一项所述的模块式系统，其中分别组装成一模块式组装单元(2，10，20，30，40，50，60)的各个功能单元通过一些连接件互相连接，这些连接件在模块式组装单元(2，10，20，30，40，50，60)内部的空间位置与设计参数无关。

5.按照权利要求4所述的模块式系统，其中所述连接件根据设计参数确定尺寸。

6.按照权利要求1至5中任一项所述的模块式系统，其中在所述模块式组装单元(2，10，20，30，40，50，60)内部的功能单元以备份方式设置多个。

7.按照权利要求1至6中任一项所述的模块式系统，其用于建造一厂用电站，其中以设计功率为设计参数。

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