CN205579158U - 一种铁精矿浆管道加速流消能和能量回馈装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种铁精矿浆管道加速流消能和能量回馈装置，属于流体加速流消能能量回馈设备技术领域。本实用新型所述副管道安装在主管道旁，消能挡板安装在副管道上，消能挡板、电动刀扳阀Ⅰ、电动刀扳阀Ⅱ、压力变送器Ⅰ、压力变送器Ⅱ、增速箱接控制器，离心泵安装在主管道上，离心泵与增速箱通过联轴器Ⅰ连接，增速箱与同步发电机通过联轴器Ⅱ连接，同步发电机的电能输出端接整流器组整流输入端，整流器组的输出接蓄电池组的充电端子，电池检测模块输入端和蓄电池组的输出端连接，电池检测模块输出端接入控制器，整流器组接逆变器，逆变器把多余的电能输出并网到企业内部电网。本实用新型实现了长距离铁精矿浆管道加速流消能和能量回馈。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种铁精矿浆管道加速流消能和能量回馈装置，属于流体加速流消能能量回馈设备技术领域。
背景技术
长距离浆体管道输送系统常敷设于地形崎岖的山区。由于起点和终点的高程差或在批量输送时矿浆与水的比重差等原因，会引起浆体水力学分析中的一种常见问题,即浆体管道加速流。这种加速流的产生实际上是由多余的能最引起的,通常会在满管流时形成一种类似明渠的不满流而被自动消耗掉。这种加速流的速度可能超过正常满管流的流速约一个数量级,从而引起管道磨蚀加剧，大大缩短管线寿命。浆体管道所经过的地形,一般都不外乎是凸凹地形。这两种地形都可能产生加速流。目前解决这加速流问题主要采用：
1、管道保护：这种方法主要是增加管道的壁厚、管道加内衬。此方法消能效果不明显，且增加了成本，对于长距离管道消能效果不明显。
2、消除和减缓加速流：主要是减缓管道敷设坡度、改变输送工艺条件、减少管径消能等。此方法对前期的铺设管道地形要求高，在长距离管道输送沿线有些坡度是很难减小且改变输送工艺很难保证管道的输送效率。管径的减小势必增大浆体对管道的磨损。
3、提供背压来消能：这是现在消除加速流的主要方法。此方法是消能比较理想的方法，但是此方法浪费了大部分能量，消能的能量没有得到很好的回收，这是一种不经济的方式。
在长距离管道浆体输送工程当中，管道在正常工作条件下是二十四小时工作的，管道加速流消能是二十四小时不间断进行的，传统方法长年累月的消能浪费了大量的能量。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种铁精矿浆管道加速流消能和能量回馈装置，以用于实现长距离铁精矿浆管道加速流消能和能量回馈。
本实用新型的技术方案是：一种铁精矿浆管道加速流消能和能量回馈装置，包括主管道1、副管道2、电动刀扳阀Ⅰ 3、电动刀扳阀Ⅱ 4、离心泵5、压力变送器Ⅰ 6.1、压力变送器Ⅱ6.2、联轴器Ⅰ 7.1、联轴器Ⅱ 7.2、增速箱8、同步发电机9、整流器组10、蓄电池组11、电池检测模块12、消能挡板13、控制器14、逆变器15、企业内部电网16；
所述副管道2安装在主管道1旁，消能挡板13安装在副管道2上，消能挡板13的控制输入线接到控制器14，电动刀扳阀Ⅰ 3、电动刀扳阀Ⅱ 4的启闭控制线接入控制器14，压力变送器Ⅰ 6.1、压力变送器Ⅱ 6.2的压力信号输入到控制器14，增速箱8的变速调节输入端与控制器14连接，离心泵5安装在主管道1上，离心泵5的转轴与增速箱8的主动轴通过联轴器Ⅰ 7.1连接，增速箱8的从动轴与同步发电机9的转子转轴通过联轴器Ⅱ 7.2连接，同步发电机9的电能输出端接整流器组10整流输入端，整流器组10的输出接蓄电池组11的充电端子，电池检测模块12输入端和蓄电池组11的输出端连接，电池检测模块12输出端接入控制器14，整流器组10接逆变器15且通过逆变器15把多余的电能输出并网到企业内部电网16。
所述蓄电池组11采用多组多个蓄电池串联后的电池并联而成。
本实用新型的控制过程是：
所述控制器14把由电池检测模块12检测到的蓄电池组11的充电功率Pc按照效率因数η＝η1η2计算出矿浆输送中实际消能功率再计算出消能系数
若则主管道1处于正常消能工况下；若则主管道1处于消能异常状态下：
若主管道1处于消能异常状态下，压力变送器Ⅱ 6.2测得的压头数据在M值的正负百分之十以内，则控制器14认为主管道1的消能设备出现故障，控制器14控制开启副管道2的电动刀扳阀Ⅱ 4，启动消能挡板13装置，关闭主管道1的电动刀扳阀Ⅰ 3；
若主管道1处于消能异常状态下，压力变送器Ⅱ 6.2测得的压头数据在N值的正负百分之十以内，则控制器14认为主管道1发生堵塞，控制器14控制开启副管道2的电动刀扳阀Ⅱ 4，关闭主管道1的电动刀扳阀Ⅰ 3，同时拔除副管道2的所有消能挡板13；
式中，η1是离心泵5的效率因数，η2是同步发电机9的效率因数，Pz是正常给定消能功率，M是消能设备故障时的特征压头数据，N是主管道1堵塞时的特征压头数据。
本实用新型的工作原理是：
从能量守恒的观点来看，传统的矿浆浆体输送管道的消能装置在消除矿浆浆体加速流的同时也相当于消耗了输送系统的电能。本装置采用消能——发电——储能方式进行消能和回馈能量。
在正常工况条件下控制器14远程控制电动刀扳阀Ⅰ 3、电动刀扳阀Ⅱ 4，使得电动刀扳阀Ⅰ 3开、电动刀扳阀Ⅱ 4关，主管道1用于浆体的加速流消能和能量的回馈，此时副管道2被旁路掉。当控制器14检测到主管道1发生故障等特殊情况，控制器14远程控制电动刀扳阀Ⅰ 3、电动刀扳阀Ⅱ 4，使得电动刀扳阀Ⅰ 3关、电动刀扳阀Ⅱ 4开，此时副管道2为加速流消能通道且没有能量回馈功能，主管道1被旁路掉。消能挡板13的挡板数量的增加和减少受控制器14的实时控制，达到实时的对副管道2的消能功率进行调节。压力变送器Ⅰ 6.1、压力变送器Ⅱ 6.2用于检测加速流消能前后压头的变化，压力变送器Ⅰ 6.1检测高位压头，压力变送器Ⅱ 6.2检测底位压头，压头数据输入控制器14。当仅使用副管道2消能时，控制器14根据输入的压力变送器Ⅰ 6.1、压力变送器Ⅱ 6.2测得的压头数据可以实施控制消能挡板13的挡板数量添加和减除以便对消能能量进行动态控制。离心泵5叶轮采用陶瓷耐磨组件。离心泵5用于减小长距离大高差管道中运动浆体的机械能。高速运动的矿浆冲刷离心泵5的叶轮带动离心泵5的轴转动，把高压矿浆的机械能转换成离心泵5叶轮的动能。在保证流体流速稳定条件下，削弱管道中矿浆加速流，减小矿浆对管道壁的磨损，起到保护管道和回收能量的作用。联轴器Ⅰ 7.1将离心泵5轴与增速箱8的主动轴连接，增速箱8的从动轴与同步发电机9的转子转轴通过联轴器Ⅱ 7.2连接，增速箱8接收控制器14的控制信号来改变变速器的变速比，从而改变离心泵5和同步发电机9的转速比，保证同步发电机9的输出电压和电流在合理的区间。当仅使用主管道1消能时控制器14根据输入的充电功率和工程给定消能功率的差值实施控制增速箱8的增速比，从而起到调节消能功率的目的。同步发电机9的输出端接整流器组10的输入，整流器组10把同步发电机9输出的三相交流电整流成直流，整流器组10采用三相桥式整流组件构成。
1、消能方法
主管道的消能部分主要是离心泵5、同步发电机9和控制器14等部分组成。主管道消能方法如下：控制器14通过控制电动刀扳阀Ⅰ 3开启和电动刀扳阀Ⅱ 4关闭来启用主管道1和关闭副管道2，主管道1进入消能模式。手动给定控制器14在消能模式下主管道的消能功率。通过检测蓄电池组11的充电功率，利用给定消能功率和蓄电池组11的充电功率的差值进行PI控制增速箱的转速比，从而使得离心泵5吸收的矿浆能量跟踪手动给定的期望消能功率，进而控制同步发电机9在恒功率条件下发电，实现同步发电机9在给定的消能功率下发电。至此主管道消能结束。如图3消能示意图所示。
主管道消能装置的自我诊断保护机制：由流体力学得知，在管道内径不变，管道满管流时，在流量不变的条件下，流体的流速不变，浆体压头受到摩阻，高差等因素的影响而变化。压力变送器Ⅰ 6.1、压力变送器Ⅱ 6.2的压头参数反映了装置的运行状态。离心泵5长时间工作可能产生故障，同时其它的设备也会产生故障。再者管道发生堵塞时，主管道1就应该被及时的旁路掉，以避免管道堵塞带来严重损失。这些故障主要表现为实际蓄电池组的充电功率小于预设定功率，压力变送器的参数波动较大，即是消能系数变小。主管道发生异常表现在一下两方面：一是主管道消能设备故障，有矿浆流过离心泵，但是发电机没有发电功率输出；二是管道发生堵塞，主管道消能设备没有矿浆流过，发电机没有发电功率输出。综合上述主管道消能装置发生故障时的操作过程是：控制器根据实际蓄电池组的充电功率小于预设定消能功率，压力变送器Ⅱ 6.2参数的特征发生变化，判断为主管道消能过程异常。
当检测到主管道1消能设备异常，此时启用副管道2消能，旁路主管道1，打开副管道2的电动刀扳阀Ⅱ 4，关闭主管道1的电动刀扳阀Ⅰ 3，控制器14根据消能大小要求自动的添加和减除消能挡板13的数量。
当检测到主管道1发生堵塞，此时启用副管道2，旁路主管道1，打开电动刀扳阀Ⅱ 4门，关闭电动刀扳阀Ⅰ 3，且要最大程度的减少管道消能手段的使用。启用副管道2时，控制器14控制消能挡板13全部拔除，尽量减少管道设备对浆体的消能，这样有利于进行排除堵塞工作的进行。
根据实际经验总结，综上：当检查到实际蓄电池组的充电功率Pc小于矿浆输送中实际消能功率Ps时，取(α的边界条件应当根据现场设备的效率因数和实际的工况确定)时，就要启用副管道2消能，旁路主管道1，关闭关闭主管道1的电动刀扳阀Ⅰ3；若Pc＜＜Ps且压力变送器的数值相差较小，取α≈0，则管道为堵塞状态，副管道不能消能。
2、能量回馈方法
能量回馈部分包括整流和储能两方面。整流是指在离心泵带动同步发电机发电后，发出的交流电经过整流器后形成直流电。储能是指整流后的直流电对蓄电池组进行充电。能量的回馈储存依赖于控制器14对蓄能电池组11的当前电量进行分析。分析结果是对下阶段要投入充电和放电蓄能电池的选择。蓄电池组的构成方式采用如下形式：由多块蓄电池串联成容量较大的电池，充电电压符合整流器输出电压的电池组，这样的电池组构成一个独立的充放电单元，再由多组独立电池单元并行使用。如图4所示，控制器14能控制蓄电池组的充电电池切换和放电电池的切换。图5是控制器14控制电池组的逻辑流程图。这样可以保护蓄电池不至于过充和正常的对外供电。
本实用新型的有益效果是：实现了长距离铁精矿浆管道加速流消能和能量回馈，提高了加速流消能的在线监测能力、控制能力和能量回馈的稳定性，并且可以取得较好的经济效益。
附图说明
图1为本实用新型的装置结构示意图；
图2为本实用新型的系统结构图；
图3为本实用新型消能流程示意图；
图4为本实用新型能量回馈结构图；
图5为本实用新型蓄电池组控制过程示意图；
图中各标号：1-主管道、2-副管道、3-电动刀扳阀Ⅰ、4-电动刀扳阀Ⅱ、5-离心泵、6.1-压力变送器Ⅰ、6.2-压力变送器Ⅱ、7.1-联轴器Ⅰ、7.2-联轴器Ⅱ、8-增速箱、9-同步发电机、10-整流器组、11-蓄电池组、12-电池检测模块、13-消能挡板、14-控制器、15-逆变器、16-企业内部电网。
具体实施方式
实施例1：如图1-5所示，一种铁精矿浆管道加速流消能和能量回馈装置，包括主管道1、副管道2、电动刀扳阀Ⅰ 3、电动刀扳阀Ⅱ 4、离心泵5、压力变送器Ⅰ 6.1、压力变送器Ⅱ 6.2、联轴器Ⅰ 7.1、联轴器Ⅱ 7.2、增速箱8、同步发电机9、整流器组10、蓄电池组11、电池检测模块12、消能挡板13、控制器14、逆变器15、企业内部电网16；
所述副管道2安装在主管道1旁，消能挡板13安装在副管道2上，消能挡板13的控制输入线接到控制器14，电动刀扳阀Ⅰ 3、电动刀扳阀Ⅱ 4的启闭控制线接入控制器14，压力变送器Ⅰ 6.1、压力变送器Ⅱ 6.2的压力信号输入到控制器14，增速箱8的变速调节输入端与控制器14连接，离心泵5安装在主管道1上，离心泵5的转轴与增速箱8的主动轴通过联轴器Ⅰ 7.1连接，增速箱8的从动轴与同步发电机9的转子转轴通过联轴器Ⅱ 7.2连接，同步发电机9的电能输出端接整流器组10整流输入端，整流器组10的输出接蓄电池组11的充电端子，电池检测模块12输入端和蓄电池组11的输出端连接，电池检测模块12输出端接入控制器14，整流器组10接逆变器15且通过逆变器15把多余的电能输出并网到企业内部电网16。
所述蓄电池组11采用多组多个蓄电池串联后的电池并联而成。
实施例2：如图1-5所示，一种铁精矿浆管道加速流消能和能量回馈装置，包括主管道1、副管道2、电动刀扳阀Ⅰ 3、电动刀扳阀Ⅱ 4、离心泵5、压力变送器Ⅰ 6.1、压力变送器Ⅱ 6.2、联轴器Ⅰ 7.1、联轴器Ⅱ 7.2、增速箱8、同步发电机9、整流器组10、蓄电池组11、电池检测模块12、消能挡板13、控制器14、逆变器15、企业内部电网16；
所述副管道2安装在主管道1旁，消能挡板13安装在副管道2上，消能挡板13的控制输入线接到控制器14，电动刀扳阀Ⅰ 3、电动刀扳阀Ⅱ 4的启闭控制线接入控制器14，压力变送器Ⅰ 6.1、压力变送器Ⅱ 6.2的压力信号输入到控制器14，增速箱8的变速调节输入端与控制器14连接，离心泵5安装在主管道1上，离心泵5的转轴与增速箱8的主动轴通过联轴器Ⅰ 7.1连接，增速箱8的从动轴与同步发电机9的转子转轴通过联轴器Ⅱ 7.2连接，同步发电机9的电能输出端接整流器组10整流输入端，整流器组10的输出接蓄电池组11的充电端子，电池检测模块12输入端和蓄电池组11的输出端连接，电池检测模块12输出端接入控制器14，整流器组10接逆变器15且通过逆变器15把多余的电能输出并网到企业内部电网16。
实施例3：如图1-5所示，按照某公司运营的铁精矿浆体管道(直径100mm)实际运输情况估算，每100m压头可产生23KW能量，回收电能23ηKW(效率因数η)。该系统有500m的多余浆体压头，可产生115KW的能量，发电功率115ηKW。离心泵5选用由石家庄东方红工业泵厂生产的80DFZ-520A型的渣浆泵(效率70％)。控制器14采用美国Rockwell公司的Micrologic1400PLC和1762-IQ16、1762-IF2OF2扩展I/O模块。电动刀扳阀Ⅰ 3、电动刀扳阀Ⅱ 4可选用由扬州新能电力设备有限公司制生产的DZW10系列刀扳阀。增速箱(8)可选用上海技有自动化科技有限公司生产的行星增速器，连续工况，速比范围5-5000rpm，功率范围0.1KW-200KW。同步发电机9选用发电功率为150KW的电机。整流器组10采用IGBT控制方式的整流器，输入为三相交流电，最大电压450V、频率30—50HZ，输出12V，电流0—13000A。
主管道1消能：
在正常压力变送器Ⅱ 6.2测得的值为100m矿浆压头，所以C取100。在控制器14实际检测过程中，压力变送器Ⅱ 6.2的检测值为100±10，则判别主管道1正常工作。控制器14发出控制指令关闭电动刀扳阀Ⅱ 4，打开电动刀扳阀Ⅰ 3。根据工程消能要求给定控制器14消能功率，通过闭环PI控制增速箱8的变速比，使得同步发电机9以恒功率运行，在稳态运行下保证同步发电机9的转速稳定从而保证发电电压，电流，频率稳定。确保经过整流器组10后的电压达到蓄电池组11的充电要求。电池检测模块12主要检测蓄电池组11中每一组单独的蓄电池的蓄电量，把检测得到的蓄电池当前容量传送给控制器14，再由控制器14判定当前启动蓄电池组11中的哪一组电池充电，哪一块电池进行放电。同时也可以把整流器输出的多余的功率通过逆变器输送到工厂内电网系统。
副管道2消能：
若在控制器14中检测到浆体压头的异常变化，检测规律根据权利说明书中的方法实施。在消能设备故障情况下压力变送器Ⅱ 6.2测得的值为450m的矿浆压头，所以M取450，压力变送器Ⅱ 6.2的检测值为450±45，则判别主管道设备发生故障：当控制器14检测到主管道1出现故障，则副管道消能挡板13开始进行能耗节流，此时主管道的消能装置可以进行维护保养。
在管道出现堵塞情况下压力变送器Ⅱ 6.2测得的值大于700m，所以N取保守值700，压力变送器Ⅱ 6.2的检测值为大于700，则判别主管道14发生堵塞。根据检测结果控制器14发出指令，电动刀扳阀Ⅰ 3关闭，电动刀扳阀Ⅱ 4打开，当控制器14给企业内部电网16检测到管道堵塞，消能挡板13挡板全部主动拔除。
上面结合附图对本实用新型的具体实施方式作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (2)
1.一种铁精矿浆管道加速流消能和能量回馈装置，其特征在于：包括主管道(1)、副管道(2)、电动刀扳阀Ⅰ(3)、电动刀扳阀Ⅱ(4)、离心泵(5)、压力变送器Ⅰ(6.1)、压力变送器Ⅱ(6.2)、联轴器Ⅰ(7.1)、联轴器Ⅱ(7.2)、增速箱(8)、同步发电机(9)、整流器组(10)、蓄电池组(11)、电池检测模块(12)、消能挡板(13)、控制器(14)、逆变器(15)、企业内部电网(16)；
所述副管道(2)安装在主管道(1)旁，消能挡板(13)安装在副管道(2)上，消能挡板(13)的控制输入线接到控制器(14)，电动刀扳阀Ⅰ(3)、电动刀扳阀Ⅱ(4)的启闭控制线接入控制器(14)，压力变送器Ⅰ(6.1)、压力变送器Ⅱ(6.2)的压力信号输入到控制器(14)，增速箱(8)的变速调节输入端与控制器(14)连接，离心泵(5)安装在主管道(1)上，离心泵(5)的转轴与增速箱(8)的主动轴通过联轴器Ⅰ(7.1)连接，增速箱(8)的从动轴与同步发电机(9)的转子转轴通过联轴器Ⅱ(7.2)连接，同步发电机(9)的电能输出端接整流器组(10)整流输入端，整流器组(10)的输出接蓄电池组(11)的充电端子，电池检测模块(12)输入端和蓄电池组(11)的输出端连接，电池检测模块(12)输出端接入控制器(14)，整流器组(10)接逆变器(15)且通过逆变器(15)把多余的电能输出并网到企业内部电网(16)。
2.根据权利要求1所述的铁精矿浆管道加速流消能和能量回馈装置，其特征在于：所述蓄电池组(11)采用多组多个蓄电池串联后的电池并联而成。
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| CN (1) | CN205579158U (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105698008A (zh) * | 2016-02-24 | 2016-06-22 | 昆明理工大学 | 一种铁精矿浆管道加速流消能和能量回馈装置及其控制方法 |
| CN110525624A (zh) * | 2019-09-25 | 2019-12-03 | 中国船舶重工集团公司第七一九研究所 | 一种并联式自流冷却系统及船舶 |
| CN110539870A (zh) * | 2019-09-25 | 2019-12-06 | 中国船舶重工集团公司第七一九研究所 | 一种自流式冷却系统及船舶 |
-
2016
- 2016-02-24 CN CN201620139509.9U patent/CN205579158U/zh not_active Withdrawn - After Issue
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105698008A (zh) * | 2016-02-24 | 2016-06-22 | 昆明理工大学 | 一种铁精矿浆管道加速流消能和能量回馈装置及其控制方法 |
| CN110525624A (zh) * | 2019-09-25 | 2019-12-03 | 中国船舶重工集团公司第七一九研究所 | 一种并联式自流冷却系统及船舶 |
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