CN213144551U - 热能梯级利用节能发电系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种热能梯级利用节能发电系统，包括汽轮机、三相异步电动机、负载和与厂用电母线电连接的控制模块，汽轮机与三相异步电动机间设有离合器，离合器的主动件与汽轮机的驱动轴连接，离合器的从动件与三相异步电动机转轴的第一端连接，负载与三相异步电动机转轴的第二端连接，三相异步电动机与控制模块电连接，汽轮机的驱动轴转速等于三相异步电动机的转轴转速时，离合器的主动件与从动件接合，控制模块控制三相异步电动机定子绕组频率小于三相异步电动机转子绕组频率。汽轮机的转速与三相异步电动机的转速一致时，由汽轮机带动负载转动，三相异步电动机转为发电机模式，供厂内使用，这套技术有效利用了浪费的能源，降低了运营成本。

Description

热能梯级利用节能发电系统

技术领域

本申请涉及热源处理设备技术领域，更具体地说，涉及一种热能梯级利用节能发电系统。

背景技术

化工企业、煤化工企业、供热企业、热电厂、药厂、水泥厂、冶金企业等都需要或产生一定的热能，而目前大多数企业存在能源浪费，导致不能有效地充分利用热能，而需要减温减压装置来将多余热能消耗掉，从而既造成了能源浪费，又增加了成本。

因此，如何解决现有工厂不能有效地梯级利用热能既造成能源浪费又增加了成本的问题，是本领域技术人员所要解决的关键技术问题。

实用新型内容

为至少在一定程度上克服相关技术中热能梯级利用存在的问题，本申请的目的在于提供一种热能梯级利用节能发电系统，其能够解决现有工厂不能有效地利用热能既造成能源浪费又增加了成本的问题。

本申请提供了一种热能梯级利用节能发电系统，包括有汽轮机、三相异步电动机、负载和与厂用电母线电连接的控制模块，所述汽轮机与所述三相异步电动机之间设置有离合器，所述离合器的主动件与所述汽轮机的驱动轴相连接，所述离合器的从动件与所述三相异步电动机的转轴的第一端相连接，所述负载与所述三相异步电动机的转轴的第二端相连接，且三相异步电动机与所述控制模块电连接，当所述汽轮机的驱动轴转速等于所述三相异步电动机的转轴转速时，所述离合器的主动件与所述从动件相接合，且所述控制模块控制所述三相异步电动机的定子绕组频率小于所述三相异步电动机的转子绕组频率。

优选地，所述汽轮机、所述离合器和所述三相异步电动机同轴设置。

优选地，所述离合器为超越离合器。

优选地，所述控制模块为级联多电平变流器。

优选地，所述负载为风机或水泵。

优选地，还包括有减速箱，所述减速箱设置在所述汽轮机与所述离合器之间。

优选地，所述三相异步电动机通过电缆与所述控制模块电连接。

优选地，所述三相异步电动机与所述控制模块之间设置有第一控制开关。

优选地，所述控制模块与所述厂用电母线之间设置有第二控制开关，所述第二控制开关通过电缆与所述控制模块和所述厂用电母线电连接。

优选地，还包括有用于检测所述汽轮机转速的转速传感器，所述转速传感器与所述控制模块电连接，当所述转速传感器检测到所述汽轮机的转速达到预设转速时，所述控制模块控制所述三相异步电动机的定子绕组频率小于转子绕组频率。

本申请提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本申请提供了一种利用多余热能进行发电节能，包括有汽轮机、三相异步电动机、负载和控制模块，其中，汽轮机和三相异步电动机之间设置有离合器，离合器的主动件与汽轮机的驱动轴相连接，以使汽轮机能够带动离合器的主动件转动；离合器的从动件与三相异步电动机的转轴的第一端相连接，以便于当离合器的主动件和从动件相接合时，汽轮机能够带动三相异步电动机的转轴转动。负载安装在三相异步电动机的转轴的第二端，以使三相异步电动机能够带动负载正常运行。控制模块与厂用电母线电连接，三相异步电动机与控制模块电连接。当汽轮机的驱动轴的转速等于三相异步电动机的转轴的转速时，离合器的主动件与从动件相接合，使汽轮机的驱动轴与三相异步电动机的驱动轴相连接，这时，汽轮机的驱动轴来带动三相异步电动机的转轴转动，即汽轮机来带动负载转动；控制模块控制三相异步电动机的定子绕组频率降低，使三相异步电动机的定子绕组频率小于三相异步电动机的转子绕组频率，定子绕组的电压频率低于转子绕组的电压频率时，同步转速低于转子转速，转子导体将切割定子旋转磁场而产生感应电动势，从而使三相异步电动机转换为发电机模式。

如此设置，当汽轮机的转速与三相异步电动机的转速一致时，由汽轮机带动负载转动，而三相异步电动机转换为发电机模式，通过转子将切割定子旋转磁场产生感应电动势，而产生感应电流，并将电流传递给控制模块，由控制模块传输给厂用电母线，以供厂内使用，这套技术有效地进行了热能梯级利用，降低了厂内生产成本，解决了现有工厂不能有效地利用热能既造成能源浪费又增加了成本的问题。

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和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

图1是根据一些示例性实施例示出的本热能梯级利用节能发电系统的结构示意图。

图中：

1、厂用电母线；2、级联多电平变流器；3、汽轮机；4、减速箱；5、离合器；6、三相异步电动机；7、负载；8、转速传感器；9、第一控制开关；10、第二控制开关。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置的例子。

参考图1，本具体实施方式提供了一种热能梯级利用节能发电系统，包括有汽轮机3、三相异步电动机6、负载7和控制模块，其中，汽轮机3和三相异步电动机6之间设置有离合器5，离合器 5的主动件与汽轮机3的驱动轴相连接，以使汽轮机3能够带动离合器5的主动件转动；离合器5的从动件与三相异步电动机6的转轴的第一端相连接，以便于当离合器5的主动件和从动件相接合时，汽轮机3能够带动三相异步电动机6的转轴转动。并且，负载7安装在三相异步电动机6的转轴的第二端，以使三相异步电动机6能够带动负载7正常运行。控制模块与厂用电母线1电连接，三相异步电动机6与控制模块电连接，这样，控制模块能够给三相异步电动机6提供电能，使其能够带动负载7运行。

当汽轮机3的驱动轴的转速等于三相异步电动机6的转轴的转速时，离合器5的主动件与从动件相接合，使汽轮机3的驱动轴与三相异步电动机6的驱动轴相连接，这时，汽轮机3的驱动轴来带动三相异步电动机6的转轴转动，即汽轮机3来带动负载7 转动。并且，当汽轮机3的驱动轴的转速等于三相异步电动机6 的转轴转速时，控制模块控制三相异步电动机6的定子绕组频率降低，使三相异步电动机6的定子绕组频率小于三相异步电动机6 的转子绕组频率，由于同步转速n＝60f/p，(f为三相异步电动机 6定子绕组的交流电压频率，p为定子绕组的磁极对数)，即三相异步电动机6的同步转速与定子绕组的电压频率成正比，当定子绕组的电压频率低于转子绕组的电压频率时，同步转速低于转子转速，从而使三相异步电动机6转换为发电机模式。

需要说明的是，当三相异步电动机的三相对称定子绕组中流过三相交流电流时，在定子绕组的过程中可以产生一个旋转磁场，磁场切割转子刀体在转子导体中产生感应电流，同时转子导体在磁场中受到电磁力的作用，可产生一个使转子转动的力矩，当转子的转速低于磁场转速(同步转速)时，三相异步电动机作为电动机使用，来带动负载运转；当汽轮机与转子转速相同、并来带动转子运转时，控制模块降低定子绕组的频率，使磁场转速低于转子转速，转子剩磁通(气隙磁通)将切割定子绕组，在定子绕组中感应出电动势。由于剩磁很弱，故电动势也甚小。只要在电机出线上并接电容器，则剩磁电势作用在电容器上所产生的电容电流对剩磁起加强作用，使定子绕组感应出更大的电势，再作用在电容器中，又增大电容电流，从而进一步增加了气隙磁通，如此反复自激，循环递增，使三相异步电动机能发出足够的电能。

其中，本系统还包括有转速传感器8，转速传感器8用于检测汽轮机3的转速，并且转速传感器8与控制模块电连接，以将所测得的汽轮机3的转速信号传递给控制模块，控制模块控制三相异步电动机6的定子绕组频率降低，使三相异步电动机6的定子绕组频率小于转子绕组频率。

如此设置，当汽轮机3的转速与三相异步电动机6的转速一致时，由汽轮机3带动负载7转动，而三相异步电动机6转换为发电机模式，通过转子将切割定子旋转磁场产生感应电动势，而产生感应电流，并将电流传递给控制模块，由控制模块传输给厂用电母线1，以供厂内使用，汽轮机3有效地利用了多余热能，降低了厂内生产成本，解决了现有工厂不能有效地利用热能既造成能源浪费又增加了成本的问题。

本实施例中，汽轮机3、离合器5和三相异步电动机6同轴设置，以便于汽轮机3驱动负载7运转。

其中，离合器5可以为超越离合器，超越离合器是利用主动件和从动件的转速变化或回转方向变换而自动结合和脱开的一种离合器，当主动件带动从动件一起转动时，称为结合状态，当主动件和从动件脱开以各自的速度回转时，称为超越状态。超越离合器可以为棘轮超越离合器、滚柱超越离合器或模块超越离合器。

控制模块可以为级联多电平变流器2，级联多电平逆变器是由若干个基本逆变单元(例如h桥逆变器)通过串联连接而形成的单相或三相逆变器。每一个逆变单元可以输出方波或阶梯波，通过输出波形的叠加合成，形成更多电平台阶的阶梯波，以逼近逆变器的正弦输出电压。这种电路的特点：随着逆变器级联数目的增加，输出电压的电平数增加，从而使得输出电压或电流波形的谐波含量减小；由于多个逆变单元串联完成整个逆变任务，虽然整体输出开关频率变高，但各个逆变单元功率器件的开关频率并不高，因此与非级联电路相比功率器件承受的电压应力减小，在高压应用中无需均压电路，同时可避免大的dv/dt所导致的电机负载7绝缘等问题；当各串联或并联连接的级联单元中有一个单元故障时，可通过把此单元短接而退出工作，其它单元仍然能够正常工作，保证系统正常运行。级联多电平变流器2与厂用电母线1连接，实时监测电网的相位、相角、频率、幅值，保证所发出的电能质量与电网匹配，结构简单，节能效果显著，适用范围广。

本实施例中，本系统还包括有减速箱4，减速箱4设置在汽轮机3与离合器5之间，以用于降低汽轮机3的转速，以使汽轮机3 的转速能够与三相异步电动机6的转速一致。

三相异步电动机6通过电缆与控制模块电连接，以便于控制模块给三相异步电动机6一个输入电流，使定子绕组产生磁场；并且便于定子绕组将产生的感应电流传输给控制模块。

为了便于控制三相异步电动机6的启闭，在三相异步电动机6 的定子绕组和控制模块之间设置有第一控制开关9。

并且，在控制模块与厂用电母线1之间设置有第二控制开关 10，第二控制开关10通过电缆与厂用电母线1电连接，以便于控制本系统的通断。

一些实施例中，负载可以为风机、也可以为水泵，或者其他由电机驱动的设备。

在热源不稳定的情况下，通过本系统能时负载7运行稳定，汽电双驱、汽驱、汽驱并发电，三者之间柔性无扰切换，既能满足下一级热源的需要，又能够实现节电，极大地降低了企业的运营成本。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型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实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种热能梯级利用节能发电系统，其特征在于，包括有汽轮机(3)、三相异步电动机(6)、负载(7)和与厂用电母线(1)电连接的控制模块，所述汽轮机(3)与所述三相异步电动机(6)之间设置有离合器(5)，所述离合器(5)的主动件与所述汽轮机(3)的驱动轴相连接，所述离合器(5)的从动件与所述三相异步电动机(6)的转轴的第一端相连接，所述负载(7)与所述三相异步电动机(6)的转轴的第二端相连接，且三相异步电动机(6)与所述控制模块电连接，当所述汽轮机(3)的驱动轴转速等于所述三相异步电动机(6)的转轴转速时，所述离合器(5)的主动件与所述从动件相接合，且所述控制模块控制所述三相异步电动机(6)的定子绕组频率小于所述三相异步电动机(6)的转子绕组频率。

2.根据权利要求1所述的热能梯级利用节能发电系统，其特征在于，所述汽轮机(3)、所述离合器(5)和所述三相异步电动机(6)同轴设置。

3.根据权利要求1所述的热能梯级利用节能发电系统，其特征在于，所述离合器(5)为超越离合器。

4.根据权利要求1所述的热能梯级利用节能发电系统，其特征在于，所述控制模块为级联多电平变流器(2)。

5.根据权利要求1所述的热能梯级利用节能发电系统，其特征在于，所述负载(7)为风机或水泵。

6.根据权利要求1所述的热能梯级利用节能发电系统，其特征在于，还包括有减速箱(4)，所述减速箱(4)设置在所述汽轮机(3)与所述离合器(5)之间。

7.根据权利要求1所述的热能梯级利用节能发电系统，其特征在于，所述三相异步电动机(6)通过电缆与所述控制模块电连接。

8.根据权利要求7所述的热能梯级利用节能发电系统，其特征在于，所述三相异步电动机(6)与所述控制模块之间设置有第一控制开关(9)。

9.根据权利要求1所述的热能梯级利用节能发电系统，其特征在于，所述控制模块与所述厂用电母线(1)之间设置有第二控制开关(10)，所述第二控制开关(10)通过电缆与所述控制模块和所述厂用电母线(1)电连接。

10.根据权利要求1所述的热能梯级利用节能发电系统，其特征在于，还包括有用于检测所述汽轮机(3)转速的转速传感器(8)，所述转速传感器(8)与所述控制模块电连接，当所述转速传感器(8)检测到所述汽轮机(3)的转速达到预设转速时，所述控制模块控制所述三相异步电动机(6)的定子绕组频率小于转子绕组频率。

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