具有紧急运转装置的涡轮机发电系统及其紧急运转方法与流程

本发明涉及一种具有紧急运转装置的涡轮机发电系统及其紧急运转方法，尤其涉及一种具有因设备异常而紧急运转时能够进行过度累积热量的控制和再利用的具有紧急运转装置的涡轮机发电系统及其紧急运转方法。

背景技术：

对于用蒸汽能旋转涡轮机来发电的系统的控制大致分为两种方式。第一种是控制运行中的涡轮机速度和由涡轮机产生的有效电力和无效电力等的控制运行中的涡轮机的方式。

第二种是由于涡轮机入口的工作流体的温度、压力以及流量的异常而感知的设备故障发生时的系统控制方式。

所述第一种控制方式通常通过利用变速器(调速器)和同步器执行。但是，所述第二种控制方式仍停止在发生问题时切断阀门来停止循环的初步阶段。

虽然实施了对温度、压力、流量以及震动等数据进行实时测量以更加迅速地应对设备异常等问题的发生的监控，但实际上实时监控只能实现更加迅速的事后应对，难以事先应对。

图1中示出了现有涡轮机发电系统的结构图。

涡轮机入口处的温度、压力、流量、震动等的设备异常通常是具有最复杂结构的涡轮机发生异常而导致的。因此，为了诊断设备，必须先停止涡轮机。

参照图1，以往发生设备异常时，先停止涡轮机，涡轮机的停止使锅炉和其余设备停止。但是，解决设备的异常问题后重新启动涡轮机发电系统时，发生多种问题。

例如，在涡轮机入口处的引入阀门或者比例控制阀门发生冷凝水而导致涡轮机叶片损伤的问题，或者锅炉再加热时所需的非生产性时间和电力消耗的问题等。

对于加热至锅炉的正常运转温度，尤其越接近正常运转温度消耗的热量越多。

并且，在利用焚烧厂废热的发电中，由于设备异常需要停止运行锅炉时，需要停止焚烧厂焚烧炉本身。

这时，可设置旁通管，所述旁通管在仅停止涡轮机并重新启动其余设备时，在加热器和涡轮机之间分支出来，以使工作流体直接流入凝汽器。

但是，在设置旁通管的情况下，当通过锅炉的热而被加热的加热器内部的工作流体沿着旁通管直接流入凝汽器时，超过凝汽器的冷凝容量，从而导致凝汽器和与凝汽器依次连接的压缩泵等设备的异常。

因此，需要一种能够继续运行除涡轮机以外的设备的同时，防止超过热容量引起的问题，并且还能够再利用过度的热的装置。

具体观察相关现有技术，可例举图2中示出的专利授权公报第10-1090534号(授权日期：2011年11月30日)公开的‘发电机电力自动控制装置’。

参照图2，所述现有技术涉及一种包括发电机保护继电器40、变速器20、自动调压器30以及plc中央处理器10的发电机电力自动控制装置，其技术主旨为plc中央处理器还包括比例积分微分(pid)逻辑控制程序模块，其利用从发电机保护继电器传递的运转数据和预先设定的参考值来执行比例、积分、微分的pid运算，从而求出控制值，并根据所述控制值控制自动调压器和变速器。

所述现有技术具有如下效果：从以往的单独的、手动的控制方式中脱离，能够通过整合的、自动化的控制技术，防止发电机的误操作，预防引擎的急剧负荷负担等危险，且能够远程输入各发电机的输出以及功率因数等，从而能够方便又安全地监视并控制引擎发电机组。

作为另一个现有技术，可例举图3中示出的专利授权公报第10-0848285号(授权日期：2008年7月25日)的“提供发电机控制系统的故障诊断以及预测性维修的方法和其装置及系统”。

所述现有技术涉及一种提供发电机控制系统的故障诊断以及预测性维修的方法和其装置及系统。更详细地，提供一种提供发电机控制系统的故障诊断以及预测性维修的方法和其装置及系统，当发电机控制系统的磁化发电机和涡轮机控制系统之间发生多个失败代码(failcode)时，发电机故障诊断服务器感知到该情况，并将各失败代码存入数据库，提取并输出与故障代码对应的故障原因及维修方法，确认发电机是否有故障预测部分，当确认结果为有故障预测部分时输出。

作为另一个现有技术，可例举图4中示出的专利公开公报第10-2014-0109124号(公开日期：2014年9月15日)的“船舶的电子式调速器控制装置”。

所述现有技术的船舶的电子式调速器控制装置包括：本地控制板，通过主电源、紧急电源或者不间断电源供给器将电池电源作为调速器控制和引擎控制电源而提供；调速器控制板，利用所述本地控制板供给的调速器电源控制引擎控制板内的调速器促动器，以控制引擎的旋转数，当所述调速器电源失败时，利用临时维持的调速器控制电源来停止所述调速器促动器。

作为另一个现有技术，可例举图5中示出的专利授权公报第10-1157294号(授权日期：2012年6月11日)的“电子式调速器控制装置”。

在所述现有技术中，调速器控制装置具有紧急运转装置，在需要紧急发电的情况下能够控制引擎驱动，以产生一定的输出电压，从而可以预防需要紧急发电的情况下也无法驱动引擎而可能发生的事故或者不便。并且，能够诊断装置可能发生异常的情况，当发生异常时通过提示异常情况，使用户能够易于管理装置可能发生的操作异常。

但是，如上所述，所述现有技术中完全没有提及一种在适用于涡轮机发电系统中的情况下，仅有涡轮机停止工作时，能够解决冷凝器或者凝汽器中的热负荷问题的装置。

现有技术文献

1：专利授权公报第10-1090534号(授权日期：2011年11月30日)

2：专利授权公报第10-0848285号(授权日期：2008年7月25日)

3：专利公开公报第10-2014-0109124号(公开日期：2014年9月15日)

4：专利授权公报第10-1157294号(授权日期：2012年6月11日)

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明是为了改善现有技术中存在的问题而提出的，其目的在于提供一种具有紧急运转装置的涡轮机发电系统及其紧急运转方法，该系统具有因涡轮机异常导致仅有涡轮机停止时，能够控制以及利用系统中过度堆积的热量的热控制装置。

(二)技术方案

用于实现上述目的的本发明的具有紧急运转装置的涡轮机发电系统，由蒸汽涡轮机、凝汽器、压缩泵、加热器、引入阀及比例控制阀依次连接而形成闭环，具有利用引入阀和比例控制阀使在所述闭环内部流动的工作流体的量根据所述蒸汽涡轮机的单位时间的旋转数被控制的同步器和变速器，且包括：入口传感部，包括设置在所述加热器与引入阀之间的温度计、压力计及流量计；紧急排出部，由从所述入口传感部与引入阀之间的一点分支出来并与凝汽器连接的支管和设置在支管中的热控制装置构成。

其中，所述热控制装置由从所述一点依次设置在支管上的热储存阀和热储存器以及排出阀构成。

其中，优选地，所述热储存器由热交换机构成，在热储存器交换的热量传递至热需要设施。

另外，优选地，还可具有控制部，其实时接收所述入口传感部的测量信号并控制所述热储存阀和所述排出阀，并且向所述同步器下达控制所述引入阀的指令。

并且，本发明的涡轮机发电系统的紧急运转方法，利用具有紧急运转装置的涡轮机发电系统，且包括以下步骤：第一步骤，实时检查涡轮机入口传感部的温度、压力及流量测量值；第二步骤，当所述测量值因设备异常而脱离容许值时，切断引入阀和比例控制阀直至设备异常消除，并使工作流体通过支管；第三步骤，当设备异常被消除时，打开所述引入阀和所述比例控制阀并切断支管，其中，所述涡轮机发电系统由蒸汽涡轮机、凝汽器、压缩泵、加热器、引入阀及比例控制阀依次连接而形成闭环，具有利用引入阀和比例控制阀使在所述闭环内部流动的工作流体的量根据所述蒸汽涡轮机的单位时间的旋转数被控制的同步器和变速器，且包括：入口传感部，包括设置在所述加热器与引入阀之间的温度计、压力计及流量计；紧急排出部，由从所述入口传感部与引入阀之间的一点分支出来并与凝汽器连接的支管和设置在支管中的热控制装置构成。

其中，所述热控制装置由从所述一点依次设置在支管上的热储存阀和热储存器及排出阀构成。

其中，优选地，所述热储存器由热交换机构成，在热储存器交换的热量传递至热需要设施。

另外，优选地，还具有控制部，其实时接收所述入口传感部的测量信号并控制所述热储存阀和所述排出阀，并且向所述同步器下达控制所述引入阀的指令。

(三)有益效果

本发明具有以下效果。

第一，由于支管和热储存器，即使涡轮机存在异常，除涡轮机以外系统可以不中断地运行。

第二，热储存器由热交换机构成，从而能够再利用有可能废弃的废热。

第三，通过热储存器能够防止冷凝器产生过度的热负荷。

第四，当涡轮机有异常时，除涡轮机以外的系统不中断地继续运行，完全不需要锅炉再加热所需要的时间和费用，且能够防止冷凝水流入涡轮机的现象，从而能够维持涡轮机叶片的健全性。

第五，当具有控制部时，自动执行涡轮机发电系统的监视、紧急运转以及正常状态的恢复，从而能够明显减少监视发电机状态所需的人力、费用以及时间。

附图说明

图1是表示现有涡轮机发电系统的结构图，

图2是表示作为现有技术的发电机电力自动控制装置的结构图，

图3是表示作为现有技术的提供对发电机控制系统的故障诊断以及预测维修的方法和其装置及系统的结构图，

图4是表示作为现有技术的船舶的电子式变速器控制装置的结构图，

图5是表示作为现有技术的电子式变速器控制装置的结构图，

图6是表示本发明的优选实施例的结构图，

图7是表示本发明的涡轮机发电系统的紧急运转方法的框图。

具体实施方式

本发明的实施例中提及的特定结构和功能性说明是仅仅是为了说明基于本发明的概念的实施例而例举的，基于本发明的概念的实施例可以以多种形式实施。并且，不能解释为限定于本说明书中说明的实施例，应理解为，包括本发明的思想以及技术范围所包括的所有变形物、等同物以及代替物。

下面，参照附图对本发明进行详细说明。

图6和图7中示出了本发明，图6是表示本发明的优选实施例的结构图，图7是表示本发明的涡轮机发电系统的紧急运转方法的顺序的框图。

首先，对比图1和图6，观察本发明的特征和结构后，详细观察本发明的特征性组成构件和剩余组成构件的相互作用，然后观察本发明的涡轮机发电系统的紧急运转方法。

观察图1中表示的现有技术，大体可分为蒸汽涡轮机循环和涡轮机互连控制设备。蒸汽涡轮机循环通过在形成闭环的工作流体管上依次设置涡轮机1、凝汽器2、压缩泵3和加热器4形成一个循环，此时，为了涡轮机1和发电机7的旋转和工作流体的流量的互连，在加热器4和涡轮机1之间进一步设置引入阀5和比例控制阀6。

涡轮机互连控制设备由变速器9、与变速器9互连并控制发电机7的同步器8以及切断器构成，其中，所述变速器9接收在涡轮机1和发电机7之间检测出的速度信号并控制比例控制阀6，与同步器8交换速度。

涡轮机1的旋转控制通过在前说明的涡轮机互连控制设备来实现，但是在图1的现有技术中，针对涡轮机和发电机发生异常时的故障诊断以及控制，其唯一对策是整体涡轮机发电系统停止后诊断并修理故障。

但是，结论性地，在本发明中，通过图6中表示的入口传感部10和紧急排出部20，在设备发生异常时涡轮机发电系统也能够继续运转。

参照图6，本发明的入口传感部10是设置在加热器4和涡轮机1之间，即设置在涡轮机1入口的检查压力、温度、单位时间流量的传感器。更加准确地，配置在加热器4和引入阀5之间并检查流入引入阀5的流量的压力和温度等特性。

并且，本发明的紧急排出部20由支管24和热控制装置21、22、23构成，所述支管连接入口传感部10与引入阀5之间的一点和凝汽器2，所述热控制装置设置在支管24上，所述热控制装置21、22、23由从所述一点依次设置在支管24上的热储存阀21、热储存器22、排出阀23构成。

因此，在入口传感部的测量结果值的解读结果判断为涡轮机1或者发电机7有异常时，切断引入阀5，以使测量流体无法流向涡轮机1方向，打开热储存阀21，以使工作流体流向紧急排出部20。

此时，当发电机7或者涡轮机1发生异常时，对流体流向的控制优选通过自动来实现，而不是通过手动实现。为此可设置有控制部30。

图6中示出控制部30的结构。如图6所示，首先，控制部30在涡轮机发电系统正常运转期间，通过信号传达线31-1以模拟信号实时接收入口传感部10的测量信号。此时，当入口传感部10的测量值脱离容许值时，用警报器(未示出)启动警报，同时通过信号线31-5将引入阀5的切断信号传送至同步器8，同步器8再次通过信号线31-4将此信号传送至引入阀5，从而切断引入阀31-4。

此时，控制部30通过信号线31-2、31-3打开热储存阀21和排出阀23。

另外，热储存器22是一种热交换器。热储存器22内部的热交换是通过与需要热的设施交换热来实现的。因此，向需要热的热需要设施40供热的额外的热储存流体进入热储存器22内部，从涡轮机发电系统的工作流体接收热，再流入热需要设施40以供热。

以上，对本发明的整体结构结合工作原理进行了观察，下面对各组成构件之间的作用更加详细的观察并观察本发明的涡轮机发电系统的紧急运转方法。

再次参照图6，当由于涡轮机1或者发电机7的设备异常使得在入口传感部得出超过容许值的测量结果时，发动警报并切断引入阀5，开放热储存阀21。如上所述，这种工作可通过控制部30自动实现。

由于热储存阀21的打开，工作流体不流向涡轮机1方向，而沿着支管24经过热储存阀21，并经过热储存器22和排出阀23流向凝汽器2。

流入凝汽器2的流体是通过压缩泵3和加热器4被压缩加热的状态的蒸汽，当规定量以上的量流入凝汽器2时，可能超过凝汽器2的可冷凝范围而导致凝汽器2的工作异常。

因此，在到达可流入凝汽器2的压缩加热流体量之前，有必要降低工作流体的温度和压力。

但是，在这种情况下，当直接放出工作流体的热并进行废热化时，也会导致能量损失。因此，在放出工作流体的热量时，若供给至需要热的热需要设施40，则获得废热再生的结果，从而提高整体能量效率。

热需要设施40的种类相当多。尤其，在各种工业设施中，夏天也时常运行着干燥炉、加热炉、温水槽、热水槽等，在春、秋、冬有塑料棚、畜舍、仓库等农业设施的取暖也需要大量的热量，因此，不仅在工业设施，农业设施也需要热。

因此，由热储存器22排出的热可以用以下方法再利用，如以用于热需要设施40的温水箱(未示出)的形式储存，或者直接向热需要设施40供给等。

另外，在从热储存器22向外部供热并排出的同时，通过排出阀23降低工作流体的压力并向凝汽器2传送工作流体时，接收工作流体的凝汽器2能够更加容易地对工作流体进行液化，从而进一步减轻凝汽器2上的负荷。

因此，通过热储存器22的为了再利用热的排出和利用排出阀23的减压作用，在无需中断运行涡轮机发电系统的情况下，也能够实现设备异常的修理，而且还能够最小化在此过程中的不必要的能量损失。

如上所述，当由于设备异常导致涡轮机发电系统中断运转时，在运转中断期间用于加热器4的锅炉也停止运行，导致锅炉降温，当结束设备的修理重新运转涡轮机发电系统时，重新运行锅炉达到正常运转温度需要相当多的能量和时间。

当锅炉达到涡轮机发电系统正常运转所需的温度时，维持该温度所需的能量的消耗相对少，但为达到目标温度而运转锅炉所需的能量的消耗较大，且为达到目标温度而运转锅炉所需的时间也相当长。因此，能够不中断地运行涡轮机发电系统的同时也减少凝汽器2上的热负荷，还能够最小化浪费的能量的装置就是紧急排出部20。

图7中以框图的方式示出有本发明的涡轮机发电系统的紧急运转方法。

所述紧急运转方法已包括在在前说明的所有内容中，因此在此省略其说明。

以上说明的本发明并不限定于前述的实施例和附图，对本发明所属技术领域的普通技术人员而言，在不超过本发明的技术思想的范围内可进行多种置换、变形以及变更是显而易见的。

附图说明标记

1：涡轮机2：凝汽器

3：压缩泵4：加热器

5：引入阀6：比例控制阀

7：发电机8：同步器

9：变速器10：入口传感部

20：紧急排出部21：热储存阀

22：热储存器23：排出阀

24：支管30：控制部

31：控制模块31-1、2、3、4：信号传达线

40：热需要设施