本发明涉及发电系统的泵汽蚀防护技术领域，尤其涉及一种防止orc发电系统泵汽蚀的防护装置及其使用方法。
背景技术：
为提高能源利用率，国家提出了“十三五”节能环保发展规划，积极鼓励余热能源的开发与利用。作为国内新兴热电转换技术，有机朗肯循环(简称orc)发电系统具有利用热源温度低、系统工作压力低、系统占地空间小、撬装体方便运输与安装、较好的适应性及高效环保等优点，目前已成为国内余热回收领域研究的热点；
泵作为有机工质动力的来源，是orc发电系统中重要设备之一；实际的使用过程中，由于转速高流量大，容易出现汽蚀现象；泵的汽蚀现象是指，泵入口介质在叶轮进口处因压力低于该处温度对应的汽化压力而汽化成为小气泡，在流动中压力变化使气泡破裂、凝结，同时液体填充空穴发生碰撞形成水击，导致叶片表面被冲蚀损坏；
对于汽蚀现象，其解决方法通常为降低泵高度，提升液位高度来增加泵入口的压力，从而提升有效汽蚀余量，来避免汽蚀发生，但此方法对空间需求较大,1-2m的高度差才能起到防止汽蚀的作用，提高了土建成本，影响了orc发电装置小型撬装体的布置方式，且往往因为受施工空间条件制约而无法实施；
此外，对过流部件表面进行处理，采用喷涂不锈钢和环氧云铁防腐涂料进行抗汽蚀修补，喷涂后漆膜坚韧、耐磨，表面硬度可达hrc60-70；这种方法虽然提高了泵的使用寿命，但无法解决泵发生汽蚀现象这一根本问题，无法解决汽蚀过程中泵的振动、噪声及对系统稳定性的影响。
技术实现要素：
本发明克服了上述现有技术的不足，提供了一种防止orc发电系统泵汽蚀的防护装置及其使用方法；本发明通过调节冷却水流量改变换热效果对有机工质温度进行控制，来实现对有效汽蚀余量的控制，冷却水使有机工质温度降低，以保证有效汽蚀余量npsha升高，解决泵的汽蚀问题，并且避免了改造空间的限制问题。
本发明的技术方案：
一种防止orc发电系统泵汽蚀的防护装置，包括冷凝器、工质储液罐、冷却水循环泵、工质泵、泵前冷却换热装置；所述冷凝器和泵前冷却装置分别包括工质侧流道和冷却水流道，按照工质流动方向，所述冷凝器的工质侧流道分别通过管路与系统工质侧入口及工质储液罐连接，所述工质储液罐通过管路与泵前冷却换热装置连接，所述泵前冷却换热装置通过管路依次与所述工质泵和所述系统工质侧出口连接，按照冷却水流动方向，所述冷凝器的冷却水流道通过管路分别与系统冷却水侧出口和泵前冷却换热装置连接，所述泵前冷却换热装置通过管路依次与所述冷却水循环泵和系统冷却水侧入口连接。
进一步的，所述泵前冷却换热装置与所述工质泵之间的管路上设置有压力检测单元和温度检测单元。
进一步的，所述工质泵与所述系统工质侧出口之间的管路上设置有流量检测单元。
进一步的，所述泵前冷却换热装置为一组换热器。
进一步的，所述压力检测单元为一组压力传感器。
进一步的，所述温度检测单元为一组温度传感器。
进一步的，所述流量检测单元为一组体积流量计。
本发明防止orc发电系统泵汽蚀的防护装置的使用方法，包括以下步骤：
a、工质冷却：来自orc发电系统的有机工质从系统工质侧入口经管道进入冷凝器，与冷却水进行换热，冷却为液态的有机工质进入工质储液罐；
b、工质调温：液态有机工质从工质储液罐进入泵前冷却换热装置进行换热调温，得到具有温度tv的有机工质进入工质泵升压，最后从系统工质侧出口进入orc发电系统；
c、冷却水流量的调节：将tv对应饱和压力与控制要求压力pv的比较结果作为冷却水流量控制信号，当tv对应饱和压力小于pv，则冷却水流量保持不变，泵的有效汽蚀余量满足要求，当tv对应饱和压力大于或等于pv时，通过调节冷却水循环泵，增大泵前冷却换热装置中的冷却水流量，调节冷却水与有机工质的换热量，从而降低有机工质温度tv及其饱和压力，使得泵的有效汽蚀余量满足要求。
本发明相对于现有技术具有以下有益效果：
本发明通过调节冷却水流量改变换热效果对有机工质温度进行控制，来实现对有效汽蚀余量的控制，冷却水使有机工质温度降低，以保证有效汽蚀余量npsha升高，解决泵的汽蚀问题，并且避免了改造空间的限制问题；
本发明通过设置温度检测单元、压力检测单元、流量检测单元，通过测量信号计算产生冷却水流量控制信号，实时调整冷却水流量；
本发明能够在orc发电系统原有设备条件下，直接替换原有工质储液罐，加装泵前冷却装置，不仅可以对新建机组的泵进行设置，也可以对已经建成的系统进行加装改造；
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过发明的实践了解到。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图中：1-系统工质侧入口；2-工质储液罐；3-冷凝器；4-系统冷却水侧出口；5-系统冷却水侧入口；6-冷却水循环泵；7-泵前冷却换热装置；8-温度检测单元；9-压力检测单元；10-工质泵；11-流量检测单元；12-系统工质侧出口。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明进行详细说明。
结合图1所示，本实施例公开的一种防止orc发电系统泵汽蚀的防护装置，包括冷凝器3、工质储液罐2、冷却水循环泵6、工质泵10、泵前冷却换热装置7；所述冷凝器3和泵前冷却装置7分别包括工质侧流道和冷却水流道，按照工质流动方向，所述冷凝器3的工质侧流道分别通过管路与系统工质侧入口1及工质储液罐2连接，所述工质储液罐2通过管路与泵前冷却换热装置7连接，所述泵前冷却换热装置7通过管路依次与所述工质泵10和所述系统工质侧出口12，按照冷却水流动方向，所述冷凝器3的冷却水流道通过管路分别与系统冷却水侧出口4和泵前冷却换热装置7连接，所述泵前冷却换热装置7通过管路依次与所述冷却水循环泵6和系统冷却水侧入口5连接。
具体的，所述泵前冷却换热装置7与所述工质泵10之间的管路上设置有温度检测单元8和压力检测单元9；所述工质泵10与所述系统工质侧出口12之间的管路上设置有流量检测单元11；所述温度检测单元8为一组温度传感器；所述压力检测单元9为一组压力传感器；
具体的，所述温度检测单元、压力检测单元、流量检测单元的测量信号经过计算处理后得到冷却水流量控制信号对冷却水循环泵进行控制；
具体的，温度检测单元8采用量程在-50℃-200℃，精度1％的温度传感器，压力检测单元9采用量程在0.1mpa-3mpa，精度为1％的压力传感器，流量检测单元11采用量程在0.5-1.5m3/min，精度为1％的体积流量计。
一种防止orc发电系统泵汽蚀的防护装置的使用方法，包括以下步骤：
a、工质冷却：来自orc发电系统的有机工质从系统工质侧入口1经管道进入冷凝器3，与冷却水进行换热，冷却为液态的有机工质进入工质储液罐2；
b、工质调温：液态有机工质从工质储液罐2进入泵前冷却换热装置7进行换热调温，得到具有温度tv的有机工质进入工质泵10升压，最后从系统工质侧出口12进入orc发电系统；
c、冷却水流量的调节：将tv对应饱和压力与控制要求压力pv的比较结果作为冷却水流量控制信号，当tv对应饱和压力小于pv，则冷却水流量保持不变，泵的有效汽蚀余量满足要求，当tv对应饱和压力大于或等于pv时，通过调节冷却水循环泵6，增大泵前冷却换热装置7中的冷却水流量，调节冷却水与有机工质的换热量，从而降低有机工质温度tv及其饱和压力，使得泵的有效汽蚀余量满足要求。
根据所述温度检测单元8测得温度tv，根据所述压力检测单元9测得压力ps。
泵的有效汽蚀余量计算公式：
式中：ps为泵入口静压，pa；
vs为泵入口处介质流速，m/s；
pv为介质在其温度tv下对应饱和压力，pa；
ρ为温度tv对应下的工质液体密度，kg/m3；
泵的必需汽蚀余量计算公式：
式中：v0为叶片进口前的绝对速度，m/s；
w0为叶片进口前压力最低处的相对速度m/s；
λ为叶片进口压降系数；
必需汽蚀余量为泵厂家经过试验测量，结合公式计算得到，是泵厂家对用户的使用条件要求。当有效汽蚀余量npsha大于必须汽蚀余量npshr时，可以保证不发生汽蚀。一般要求有效汽蚀余量大于必须汽蚀余量0.5～1m留为余量以保证泵稳定运行。要求如下式：
npsha≥npshr+1
控制要求压力pv根据公式：
泵入口处工质流速vs为根据公式：
式中：q为利用流量检测单元11测得的管道体积流量m3/s，
d为管道直径，m。
实施例二：
在本实施例中：所述温度检测单元8布置于管道上具有插深的温井中，保证有机工质管道的密闭性同时对工质温度进行测量。
实施例三：
在本实施例中：所述压力检测单元9布置于管道上支管座连接的角阀上，通过角阀的开关，连通或隔离系统与压力检测单元，保证有机工质管道的密闭性同时对工质压力进行测量。
实施例四：
在本实施例中：所述冷凝器3采用立式板式换热器，换热器过冷区具有一定液位高度，为泵的有效汽蚀余量提供一定的压力水头。
实施例五：
在本实施例中：所述泵前冷却换热装置7采用管壳式换热器，其壳侧为冷却水流道、管侧为有机工质流道，管侧流动阻力小，便于有效汽蚀余量的提高。
实施例六：
在本实施例中：所述流量检测单元11为涡街流量计。
实施例七：
在本实施例中：所述冷却水循环泵6为能够接收冷却水流量控制信号的变频泵。
以上实施例只是对本专利的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。