一种罗茨式小型蒸汽发电机组的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种罗茨式小型蒸汽发电机组，包括主阀、流量计、压力传感器、温度传感器、流量阀、编码器、蒸汽动力机、发电机、冷凝器、触摸屏和控制单元；主阀是电动阀，设置在进气主管道上，其驱动电机与控制单元相连；在主阀和发电机组之间的管路上设有旁路管道；流量阀设置在旁路上，其流出的一端与发电机组的冷凝器相连，流量阀与控制单元相连；编码器安装在发电机组的蒸汽动力机上，并接入控制单元；流量计、压力传感器、温度传感器安装在主阀与旁路之间，并且均接入控制单元；触摸屏与控制单元相连接。本实用新型提出一种协同控制扰动分离策略，能减少蒸汽进气能量损失，优化流量控制并消除流量阀阀芯抖动现象，提高整机工作品质。
【专利说明】一种罗茨式小型蒸汽发电机组
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种小型蒸汽发电设备，具体是一种罗茨式小型蒸汽发电机组。【背景技术】
[0002]当前工业生产中存在大量低压蒸汽气源，由于这些低压蒸汽不能驱动大功率的蒸汽发电机组，通常在工厂中分散分布经冷凝后直接排出。研究发现使用小型蒸汽发电机组可以对这些低压蒸汽回收利用。蒸汽发电机组其核心部件是蒸汽动力机，在现有技术中，小型蒸汽发电机组的蒸汽动力机均为容积式。如罗茨式蒸汽动力机，为定容积式，转子每旋转一周所通过的蒸汽流量为定值，即通过的流量与转速成正比。所以罗茨式蒸汽动力机驱动的发电机组，对蒸汽的流量波动较为敏感，流量有波动则转速也会波动。为保证发电质量，动力机转速应尽可能稳定且蒸汽流通的各环节能量损耗应尽可能减少。因此进气流量的控制对罗茨式蒸汽动力机非常重要。现有技术中罗茨式小型蒸汽发电机组进气控制通过以下方法实现:进气管道直接与气源管道相连，进气管道上设有流量阀，通过调节流量阀开度控制进气流量。
[0003]现有技术存在以下缺点:
[0004]1.进气局部能量损失大。其主要原因是流量阀流道复杂，流量阀阀芯动作频繁，且全部蒸汽都要流经并受到干扰。流量阀安装在进气主管道，全部进入动力机的蒸汽都要流经流量阀，都要通过流量阀型线复杂的流道，损失能量较多。尤其在阀芯动作的动态调节过程中，对流体状态干扰尤为明显，能量损失更多。局部能量损失主要由流量阀流道线型决定，流量阀其流道线型弯曲且有径向收缩，尤其在阀芯、阀座配合处边界形状较为复杂且不规则，容易在阀内引起流动分离并产生漩涡，尤其在阀芯动作过程中尤为剧烈，漩涡的形成与衰减以及流速分布的急剧改变均会消耗蒸汽的机械能。而罗茨式蒸汽动力机对进气流量波动较为敏感，为保证流量稳定阀芯需要响应迅速并频繁动作，这样扰动更加剧烈。
[0005]2.流量阀影响蒸汽特性，无法稳定进气流量，流量阀阀芯会出现抖动现象。流量阀的复杂流道及阀芯的动作会干扰蒸汽的特性，使流量的测量和调节变得困难，确定流量阀开度困难且误差大，导致动力机转速波动大，使得流量阀需要更加频繁动作，阀芯容易出现抖动现象，严重影响蒸汽流体特性。且流量阀置于进气主管道上，其管径大阀芯行程长，响应较慢，使得稳定流量十分困难。如:流量过大时流量阀要减小开度节流，由于阀门开度的减小进入阀门前的蒸汽的压力、密度会增大，加上气源蒸汽流量的波动，使确定下一个动作的阀门开度困难，且误差较大，在本次动作后由于流量不稳定，转速仍然存在波动阀芯需要进一步动作以调整流量，如此会进入频繁动作的抖动状态。
[0006]3.流量阀置于主管道，口径大、行程长、成本高，增加电能的成本。
[0007]现有小型蒸汽发电机组专利中，尤其是罗茨式蒸汽动力机驱动的蒸汽发电机组如:“一种小型蒸汽发电机组”(专利号:201310117957.Χ)、“蒸汽动力机”(专利号:200620004092.1)、“罗茨蒸汽动力机”(专利号=201210459887.1)、“一种小型蒸汽发电机组”(专利号:201320168272.3)，为使能量利用率高、发电质量高，在这些设计中急需要加入可以减少能量的损耗、提高流量稳定性的部件。
[0008]基于现有技术不足，发明低能量损耗、进气流量有效控制且高效廉价的罗茨式小型蒸汽发电机很有必要。
实用新型内容
[0009]针对现有技术的不足，本实用新型要解决的问题是:提供一种罗茨式小型蒸汽发电机组。该发电机组可利用低压蒸汽气源进行发电，设计的进气管道系统对蒸汽的扰动显著减小，蒸汽能量因管路影响造成的损失显著减少，从根本上消除流量阀抖动现象，更准确地控制流入动力机流量，以稳定转速提高发电机组的工作品质，从而提高发电的质量。
[0010]本实用新型解决所述技术问题的技术方案是:设计一种罗茨式小型蒸汽发电机组。该发电机组包括主阀、流量计、压力传感器、温度传感器、流量阀、编码器、蒸汽动力机、发电机、冷凝器、触摸屏和控制单元；其中，蒸汽动力机、发电机、冷凝器为该发电机组的主体部分，蒸汽动力机分别与发电机和冷凝器连接，并与进气主管道连通；其特征在于，所述控制单元由PLC与流量积算仪组成，流量积算仪与PLC电连接；所述主阀是电动阀，设置在进气主管道上，其流道与进气主管道等径且截面无径向收缩，其驱动电机与控制单元的PLC电连接；所述流量计、压力传感器、温度传感器依次安装在主阀与蒸汽动力机之间的进气主管道上，并与控制单元的流量积算仪电连接；在温度传感器和蒸汽动力机之间的进气主管道上设有一旁路管道，旁路管道的管径小于进气主管道管径；所述流量阀设置在旁路管道上，与控制单元的PLC电连接，与冷凝器管连接；所述编码器安装在蒸汽动力机上，并与控制单元中的PLC电连接；所述触摸屏与控制单元的PLC电连接。
[0011]本实用新型与现有技术相比，其有益效果在于:本实用新型提出一种协同控制扰动分离的策略，能够减少蒸汽的进气能量损失，优化控制方法，实现进气流量更准确的控制，使进气过程扰动最小、能耗最小，并消除了阀芯抖动。同时可以在触摸屏上直观动态地显示当前蒸汽流量、压力、温度和动力机转速等参数并可进行人机交互。本实用新型应用于罗茨式小型蒸汽发电机组具有重要的意义。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为本实用新型发电机组的结构示意图。
[0013]图2为本实用新型发电机组的进气管路控制原理示意图。
【具体实施方式】
[0014]下面结合具体实施例进一步详细叙述本实用新型。
[0015]本实用新型罗茨式小型蒸汽发电机组(简称发电机组，参见图1)，包括主阀1、流量计2、压力传感器3、温度传感器4、流量阀5、编码器6、蒸汽动力机7、发电机8、冷凝器9、触摸屏10和控制单元11 ;其中，蒸汽动力机7、发电机8、冷凝器9为该发电机组的主体部分，蒸汽动力机7分别与发电机8和冷凝器9连接，并与进气主管道连通；其特征在于，所述控制单元11由PLC与流量积算仪组成，流量积算仪与PLC电连接；所述主阀I是电动阀，设置在进气主管道上，其流道与进气主管道等径且截面无径向收缩，其驱动电机与控制单元11的PLC电连接；所述流量计2、压力传感器3、温度传感器4依次安装在主阀I与蒸汽动力机7之间的进气主管道上，并与控制单元11的流量积算仪电连接；在温度传感器3和蒸汽动力机7之间的进气主管道上设有一旁路管道，旁路管道的管径小于进气主管道管径；所述流量阀5设置在旁路管道上，与控制单元11的PLC电连接，与冷凝器9管连接；所述编码器6安装在蒸汽动力机7上，并与控制单元11中的PLC电连接；所述触摸屏10与控制单元11的PLC电连接。
[0016]所述控制单元11中的PLC的型号为FX3U-48M，所用流量积算仪的型号为SB-2100A。
[0017]所述编码器的型号为T印S3806G-300BM-C526。
[0018]本实施例中的零件均为市售，未注明型号的即为常规常见的零件。
[0019]本实用新型发电机组其工作原理(参见图1-2)是:当气源蒸汽接入到本发电机组时，用主阀I控制适配流量，气源蒸汽的流量波动通过旁路管道泄流微调，通过主阀I和流量阀5的配合动作实现对进气流量的控制。开机时，流量阀5关闭而主阀I逐渐开启，流量计2、压力传感器3、温度传感器4和编码器6实时地把数据传输到控制单元11中，并显示在触摸屏10上。控制单元11对当前流量进行计算，温度压力值用于温度压力补偿，从而算出较为精确的当前流量并显示在触摸屏10上。根据触摸屏10上的信息调控控制单元11，输入控制信息，调控主阀I直至达到额定转速后主阀I停止动作，此时控制单元11比较当前流量与额定流量信息，由偏差得到当前流量的特性，得到调整信号并和编码器6的转速信号一起输入控制算法，将所得控制信号输入流量阀5。若气源波动流量增大，蒸汽动力机7转速增大，则启动流量阀5进行泄流，由当前转速与流量共同确定流量阀5的开度，泄流的少量蒸汽进入发电机组的冷凝器9中。当流量阀5持续较大流量需要泄流时减小主阀I的开度，控制单元11控制两阀动作使泄流量最小。当气源流量减小导致蒸汽动力机7的转速减小时，关闭流量阀5，同时增大主阀I的开度。
[0020]本实用新型发电机组所基于的思路是:提出一种协同控制扰动分离的策略，用最简单优化的结构达到进气过程扰动最小且进气能量损失最少的目的。即将输入的蒸汽由主阀I和流量阀5的配合协同控制，主阀I控制着适配流量，流量阀5控制着过量流量；适配流量流经主阀I全部直接地进入蒸汽动力机7，而调节作用产生的扰动只作用于被分离出来的过量流量，过量流量不进入蒸汽动力机7，并通过控制使过量流量最小或没有。气源蒸汽若是充足，则可增大发电机功率提高适配流量或增加多组设备。
[0021]本实施例仅为本实用新型发电机组的一个具体应用实例，并不用来作为权利要求的限制，凡在本实用新型的基础上进行简单的模仿、改造均在本实用新型的保护范围之内。
[0022]本实用新型未述及之处适用于现有技术。
【权利要求】
1.一种罗茨式小型蒸汽发电机组，该发电机组包括主阀、流量计、压力传感器、温度传感器、流量阀、编码器、蒸汽动力机、发电机、冷凝器、触摸屏和控制单元；其中，蒸汽动力机、发电机、冷凝器为该发电机组的主体部分，蒸汽动力机分别与发电机和冷凝器连接，并与进气主管道连通；其特征在于，所述控制单元由PLC与流量积算仪组成，流量积算仪与PLC电连接；所述主阀是电动阀，设置在进气主管道上，其流道与进气主管道等径且截面无径向收缩，其驱动电机与控制单元的PLC电连接；所述流量计、压力传感器、温度传感器依次安装在主阀与蒸汽动力机之间的进气主管道上，并与控制单元的流量积算仪电连接；在温度传感器和蒸汽动力机之间的进气主管道上设有一旁路管道，旁路管道的管径小于进气主管道管径；所述流量阀设置在旁路管道上，与控制单元的PLC电连接，与冷凝器管连接；所述编码器安装在蒸汽动力机上，并与控制单元中的PLC电连接；所述触摸屏与控制单元的PLC电连接。
2.根据权利要求1所述的罗茨式小型蒸汽发电机组，其特征在于:所述控制单元11中的PLC的型号为FX3U-48M，所用流量积算仪的型号为SB-2100A。
3.根据权利要求1所述的罗茨式小型蒸汽发电机组，其特征在于:所述编码器的型号为 T印S3806G-300BM-C526。
【文档编号】F01C20/24GK203809054SQ201420214743
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年4月29日 优先权日:2014年4月29日
【发明者】肖艳军, 王大源, 李春霞, 张贺 申请人:河北工业大学