专利名称：用于海水淡化的汽轮机及其控制方法
技术领域：
本发明涉及一种汽轮机，尤其是一种用于海水淡化的汽轮机及其控制方法。
技术背景
随着科技的发展，能源消费需求急速增加，淡水资源供应已经成为21世纪的主要问题。就海水淡化而言，80%所获采用蒸馏法得到，所需蒸汽世界普遍采用高品质蒸汽减温减压所得，这就造成热能的极大浪费，难以达到节能的目的。采用水电汽联产，一方面得到海淡所需的热能，一方面获得大量额外的电能，一方面还可对外供热，达到能源的最大利用。国内外现有的水电联产汽轮机还是一片空白，尚不能实现海水淡化所需温度(海淡装置对温度的要求限制严格)的自动调节，更不能在此基础上对外供热。发明内容
本发明的目的是为了解决上述技术的不足而设计的一种用于海水淡化的汽轮机及其控制方法，可以满足海水淡化对排汽温度的要求。
本发明所设计的用于海水淡化的汽轮机，包括汽轮机转子、进汽管、排汽管、位于进汽管上的进汽调节阀及控制进汽调节阀工作的控制器，所述排汽管输出连接海水淡化装置，还包括设置在排汽管上的排汽压力检测单元和检测汽轮机转子转速的测速单元；所述的排汽压力检测单元和测速单元信号输入至所述控制器；所述的测速单元、控制器和进汽调节阀构成一个转速闭环控制系统，控制器根据转子转速调节进汽调节阀；所述排汽压力检测单元的压力信号与给定压力信号对比处理后作为转速的给定信号，由此将该压力控制作为串级控制集成在所述转速闭环控制系统内。
作为优选
所述的汽轮机包括级间设置低压调节阀和抽汽管道的抽汽级组，在抽汽管道上设有抽汽压力检测单元，抽汽压力检测单元信号输入至所述控制器，控制器输出控制所述低压调节阀；当抽汽量变大而保证排汽压力不变时，抽汽压力降低，同时排汽压力降低，控制器接收抽汽压力和排汽压力降低的信号，分别与设定值比较后输出控制电流信号，进汽调节阀开大，低压调节汽阀关小，直到抽汽压力和排汽压力回到设定值，调阀不再动作，反之亦然；当增大排汽量而保证抽汽压力不变时，则进汽调节阀和低压调节汽阀均开大，反之亦然；
所述的海水淡化装置还配套设有减温喷水装置和减压加热装置；
所述的抽汽管道通过减压加热装置连接海水淡化装置；
所述的排汽管道与一排汽扩容装置相连接，并通过该排汽扩容装置连接海水淡化装置；排汽扩容装置根据汽轮机排汽量合理定制容积大小，以避免进入海淡装置的蒸汽流速过大，对海淡装置造成损伤，排汽扩容装置可以采用刚性座架固定在基础上。
所述汽轮机采用加强型叶片和焊接排缸；加强型叶片可以提升末级叶片的承受能力，可心承受较高的排汽压力；用于海水淡化的汽轮机组排汽温度较高，为承受高排汽温度且防止因温度高引起的热胀带动机组振动，机组优选采用焊接排缸。
所述抽汽管道上设有双波膨胀节、止回式速关阀和弹簧式安全阀；这样的压力平衡式能补偿轴向位移、横向位移、而不会对管道系统产生内压推力；速关阀、弹簧式安全阀可以防止甩负荷时余汽倒灌入汽轮机。
本发明所设计的用于海水淡化的汽轮机的控制方法，包括控制器控制进汽调节阀工作的步骤，还包括利用排汽压力检测单元检测排汽管压力的步骤；
利用测速单元检测汽轮机转子转速的步骤；
测速单元、控制器和进汽调节阀构成一个转速闭环控制系统，控制器根据转子转速调节进汽调节阀；所述排汽压力检测单元信号输入至控制器，并与给定压力信号对比处理后作为转速的给定信号，由此将该压力控制作为串级控制集成在所述转速闭环控制系统内。
作为优选
所述的汽轮机包括级间设置低压调节阀和抽汽管道的抽汽级组，在抽汽管道上设有抽汽压力检测单元，抽汽压力检测单元信号输入至所述控制器，控制器输出控制所述低压调节阀；当抽汽量变大而保证排汽压力不变时，抽汽压力降低，同时排汽压力降低，控制器接收抽汽压力和排汽压力降低的信号，分别与设定值比较后输出控制电流信号，进汽调节阀开大，低压调节汽阀关小，直到抽汽压力和排汽压力回到设定值，调阀不再动作，反之亦然；当增大排汽量而保证抽汽压力不变时，则进汽调节阀和低压调节汽阀均开大，反之亦然；
在排汽温度偏离海淡所需温度范围之外时，采用加温装置或减温喷水装置作为辅助系统工作，使海淡温度控制在所需温度范围之内；
本发明所得的用于海水淡化的汽轮机及其控制方法的有益效果是在保证系统稳定运行的同时，通过一系列手段实现了排汽温度的自动控制，可有效满足海水淡化的要求， 为海水淡化用水电汽联产汽轮机开辟了新思路。
图1是实施例1的结构示意图2是实施例2的结构示意图中汽轮机转子1、进汽管2、排汽管3、进汽调节阀4、控制器5、海水淡化装置6、 排汽压力检测单元7、测速单元8、低压调节阀9、抽汽管道10、减温喷水装置11、减压加热装置12、电液转换器13、压力传感器14、抽汽压力检测单元信号15。
具体实施方式
下面通过实施例结合附图对本发明作进一步的描述。
实施例1
如图1所示，本实施例所描述的用于海水淡化的汽轮机，包括汽轮机转子1、进汽管2、排汽管3、位于进汽管2上的进汽调节阀4及控制进汽调节阀4工作的控制器5 (进汽调节阀为液压阀，控制器通过电液转换器13控制其工作)，所述排汽管3输出连接海水淡化装置6，还包括设置在排汽管3上的排汽压力检测单元7和检测汽轮机转子1转速的测速单元8 ；所述的排汽压力检测单元7和测速单元8信号输入至所述控制器5 ；所述的测速单元 8、控制器5和进汽调节阀4构成一个转速闭环控制系统，控制器5根据转子转速调节进汽调节阀4 ；所述排汽压力检测单元7的压力信号与给定压力信号对比处理后作为转速的给定信号，由此将该压力控制作为串级控制集成在所述转速闭环控制系统内。所述的海水淡化装置6还配套设有减温喷水装置11和减压加热装置12 ；所述的排汽管3道与一排汽扩容装置相连接，并通过该排汽扩容装置连接海水淡化装置6 ；排汽扩容装置根据汽轮机排汽量合理定制容积大小，以避免进入海淡装置的蒸汽流速过大，对海淡装置造成损伤，排汽扩容装置可以采用刚性座架固定在基础上。所述汽轮机采用加强型叶片和焊接排缸；加强型叶片可以提升末级叶片的承受能力，可心承受较高的排汽压力；用于海水淡化的汽轮机组排汽温度较高，为承受高排汽温度且防止因温度高引起的热胀带动机组振动，机组优选采用焊接排缸。所述抽汽管道10上设有双波膨胀节、止回式速关阀和弹簧式安全阀；这样的压力平衡式能补偿轴向位移、横向位移、而不会对管道系统产生内压推力；速关阀、弹簧式安全阀可以防止甩负荷时余汽倒灌入汽轮机。
本实施例所描述的用于海水淡化的汽轮机的控制方法，包括控制器5控制进汽调节阀4工作的步骤，还包括利用排汽压力检测单元7检测排汽管3压力的步骤；
利用测速单元8检测汽轮机转子1转速的步骤；
测速单元8、控制器5和进汽调节阀4构成一个转速闭环控制系统，控制器5根据转子转速调节进汽调节阀4 ；所述排汽压力检测单元7信号输入至控制器5，并与给定压力信号对比处理后作为转速的给定信号，由此将该压力控制作为串级控制集成在所述转速闭环控制系统内。
在排汽温度偏离海淡所需温度范围之外时，采用加温装置或减温喷水装置11作为辅助系统工作，使海淡温度控制在所需温度范围之内。
该汽轮机不仅能提供稳定温度的蒸汽给海淡装置，还额外获得了大量电能，实现了资源的最大利用，达到节能的目的。为蒸汽轮机和海水淡化的有效结合打开了新局面。
实施例2
本实施例所描述的用于海水淡化的汽轮机，与实施例1不同的是汽轮机包括级间设置低压调节阀9和抽汽管道10的抽汽级组，在抽汽管道10上设有抽汽压力检测单元，抽汽压力检测单元信号15输入至所述控制器5，控制器5输出控制所述低压调节阀9 ；当抽汽量变大而保证排汽压力不变时，抽汽压力降低，同时排汽压力降低，控制器接收抽汽压力和排汽压力降低的信号，分别与设定值比较后输出控制电流信号，进汽调节阀开大，低压调节汽阀关小，直到抽汽压力和排汽压力回到设定值，调阀不再动作，反之亦然；当增大排汽量而保证抽汽压力不变时，则进汽调节阀和低压调节汽阀均开大，反之亦然；所述的抽汽管道 10通过减压加热装置12连接海水淡化装置6。
本实施例所描述的用于海水淡化的汽轮机的控制方法，在实施例1的基础上，所述的汽轮机包括级间设置低压调节阀9和抽汽管道10的抽汽级组，在抽汽管道10上设有抽汽压力检测单元，抽汽压力检测单元信号输入至所述控制器5，控制器5输出控制所述低压调节阀9 ；当抽汽量变大而保证排汽压力不变时，抽汽压力降低，同时排汽压力降低，控制器接收抽汽压力和排汽压力降低的信号，分别与设定值比较后输出控制电流信号，进汽调节阀开大，低压调节汽阀关小，直到抽汽压力和排汽压力回到设定值，调阀不再动作，反之亦然；当增大排汽量而保证抽汽压力不变时，则进汽调节阀和低压调节汽阀均开大，反之亦然；
本汽轮机根据以汽定电方式设计，以尾部海水淡化系统所需汽量为原则，在汽轮机容量范围内做到发电量与海淡产量一一对应，并能随之改变。
因海淡用汽轮机排汽压力高，在同功率下比普通水冷机组进汽流量增大，末级叶片承受更大的弯应力，故采用扭转的变截面叶片(即加强型叶片)，进行流道和强度计算， 并进行模化。这样能较好的保证空气动力特性，减少叶片根部所承受的离心力，提高叶片强度。
为保证去海淡装置的排汽连接管道在负压情况下受力和力矩不至于对设备造成损伤。排汽连接管道上增设复式膨胀节和曲管压力平衡式波纹补偿器。此压力平衡式能补偿轴向位移、横向位移，而不会对管道系统产生内压推力。(参照图四)
机组配有转速闭环控制系统和两个调压系统，转速闭环控制系统和两个调压系统组成一个系统并牵连调节，具体控制思路如下
所述进汽调节阀与两个测量汽轮机转子转速的转速传感器信号连接，该转速传感器为进汽调节阀提供调节所需的转速信号，转速传感器的信号输入控制器，该控制器控制进汽调节阀工作，组成转速闭环控制系统；进汽调节阀还与设置在排汽缸上的排汽压力变送器信号连接，该排汽压力变送器的信号输入所述控制器组成排汽压力调节系统，并作为串级控制集成在所述转速闭环控制系统内。
工作时，主蒸汽进入进汽调节阀，控制器接收两个转速传感器信号并与转速设定值比较，输出执行电流信号，该信号经进汽电液转换器转换成二次油压，二次油压通过进汽液动执行机构操纵进汽调节阀，该部分为转速闭环控制系统。排汽压力调节作为串级控制在前述的转速闭环控制系统中实现，控制器将接收到的排汽压力变送器信号与压力设定值比较后输出控制电流信号，该信号作为转速控制的给定信号控制进汽调节阀的开度。如排汽压力升高时，控制器接收排汽压力升高的信号与设定值比较后输出控制电流信号，进汽调节阀3关小，排汽压力回到设定值；反之，排汽压力降低时，控制器接收排汽压力降低的信号与设定值比较后输出控制电流信号，进汽调节阀开大，排汽压力回到设定值。本实施例中涉及的电液转换器等液压油路控制技术为该领域常规技术，在此不加累述。
同理，图例中抽汽机组可以在抽汽管道上设置抽汽压力变送器来控制低压调节汽阀。该抽汽压力变送器的信号输入所述控制器组成抽汽压力调节系统，并集成在上述已集成排汽压力调节系统的转速闭环控制系统内，进汽调节阀和低压调节汽阀之间的协调由控制器实现。如抽汽量变大而保证排汽压力不变时，抽汽压力降低，同时排汽压力降低，控制器接收抽汽压力和排汽压力降低的信号，分别与设定值比较后输出控制电流信号，进汽调节阀开大，低压调节汽阀关小，直到抽汽压力和排汽压力回到设定值，调阀不再动作；反之亦然。如增大排汽量而保证抽汽压力不变时，则进汽调节阀和低压调节汽阀均开大；反之亦然。
对抽汽机组，为防止甩负荷时余汽倒灌入汽轮机，管道上增设止回式速关阀、弹簧式安全阀，以保证机组的安全运行。
为了保证排汽温度的稳定性，本控制系统还设置了一套加温装置和一套减温喷水装置作为辅助系统，排汽温度经判断后输出信号控制加温及减温装置工作。在排汽温度偏离海淡所需温度范围之外时，可以相应的投入两套装置，以便海淡温度严格控制在要求的范围之内。
权利要求
1.一种用于海水淡化的汽轮机，包括汽轮机转子、进汽管、排汽管、位于进汽管上的进汽调节阀及控制进汽调节阀工作的控制器，所述排汽管输出连接海水淡化装置，其特征是还包括设置在排汽管上的排汽压力检测单元和检测汽轮机转子转速的测速单元；所述的排汽压力检测单元和测速单元信号输入至所述控制器；所述的测速单元、控制器和进汽调节阀构成一个转速闭环控制系统，控制器根据转子转速调节进汽调节阀；所述排汽压力检测单元的压力信号与给定压力信号对比处理后作为转速的给定信号，由此将该压力控制作为串级控制集成在所述转速闭环控制系统内。
2.根据权利要求1所述的用于海水淡化的汽轮机，其特征是所述的汽轮机包括级间设置低压调节阀和抽汽管道的抽汽级组，在抽汽管道上设有抽汽压力检测单元，抽汽压力检测单元信号输入至所述控制器，控制器输出控制所述低压调节阀；当抽汽量变大而保证排汽压力不变时，抽汽压力降低，同时排汽压力降低，控制单元接收抽汽压力和排汽压力降低的信号，分别与设定值比较后输出控制电流信号，进汽调节阀开大，低压调节汽阀关小，直到抽汽压力和排汽压力回到设定值，调阀不再动作，反之亦然；当增大排汽量而保证抽汽压力不变时，则进汽调节阀和低压调节汽阀均开大，反之亦然。
3.根据权利要求2所述的用于海水淡化的汽轮机，其特征是所述的海水淡化装置还配套设有减温喷水装置和减压加热装置。
4.根据权利要求3所述的用于海水淡化的汽轮机，其特征是所述的抽汽管道通过减压加热装置连接海水淡化装置。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的用于海水淡化的汽轮机，其特征是所述的排汽管道与一排汽扩容装置相连接，并通过该排汽扩容装置连接海水淡化装置。
6.根据权利要求5所述的用于海水淡化的汽轮机，其特征是所述汽轮机采用加强型叶片和焊接排缸。
7.根据权利要求5所述的用于海水淡化的汽轮机，其特征是所述抽汽管道上设有双波膨胀节、止回式速关阀和弹簧式安全阀。
8.—种如权利要求1所述的用于海水淡化的汽轮机的控制方法，包括控制器控制进汽调节阀工作的步骤，其特征是还包括利用排汽压力检测单元检测排汽管压力的步骤；利用测速单元检测汽轮机转子转速的步骤；测速单元、控制器和进汽调节阀构成一个转速闭环控制系统，控制器根据转子转速调节进汽调节阀；所述排汽压力检测单元信号输入至控制器，并与给定压力信号对比处理后作为转速的给定信号，由此将该压力控制作为串级控制集成在所述转速闭环控制系统内。
9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征是所述的汽轮机包括级间设置低压调节阀和抽汽管道的抽汽级组，在抽汽管道上设有抽汽压力检测单元，抽汽压力检测单元信号输入至所述控制器，控制器输出控制所述低压调节阀；当抽汽量变大而保证排汽压力不变时， 抽汽压力降低，同时排汽压力降低，控制单元接收抽汽压力和排汽压力降低的信号，分别与设定值比较后输出控制电流信号，进汽调节阀开大，低压调节汽阀关小，直到抽汽压力和排汽压力回到设定值，调阀不再动作，反之亦然；当增大排汽量而保证抽汽压力不变时，则进汽调节阀和低压调节汽阀均开大，反之亦然。
10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征是在排汽温度偏离海淡所需温度范围之外时，采用加温装置或减温喷水装置作为辅助系统工作，使海淡温度控制在所需温度范围之内。
全文摘要
本发明公开的用于海水淡化的汽轮机，包括汽轮机转子、进汽管、排汽管、位于进汽管上的进汽调节阀及控制进汽调节阀工作的控制器，所述排汽管输出连接海水淡化装置，还包括设置在排汽管上的排汽压力检测单元和检测汽轮机转子转速的测速单元；排汽压力检测单元和测速单元信号输入至所述控制器；测速单元、控制器和进汽调节阀构成一个转速闭环控制系统，控制器根据转子转速调节进汽调节阀；所述排汽压力检测单元的压力信号与给定压力信号对比处理后作为转速的给定信号，由此将该压力控制作为串级控制集成在所述转速闭环控制系统内。本发明在保证系统稳定运行的同时，通过一系列手段实现了排汽温度的自动控制，可有效满足海水淡化的要求。
文档编号F01D17/10GK102518478SQ20111044398
公开日2012年6月27日 申请日期2011年12月27日 优先权日2011年12月27日
发明者侯京安, 唐真和, 姚洪国, 徐静霞, 朱恒, 李帅, 杜超, 葛存飞, 钱小东 申请人:杭州中能汽轮动力有限公司