混合调速传动系统和给水设备的制作方法

1.本实用新型涉及火力发电厂锅炉给水泵的驱动技术领域，尤其涉及一种混合调速传动系统和一种给水设备。


背景技术：

2.目前，大部分电厂给水泵的主流配置为两种：两用一备配置，每台给水泵按50％锅炉容量配置，液偶调速方式；或者一用一备配置，每台给水泵按100％锅炉容量配置，液偶调速方式。其中，针对两用一备的配置系统，给水泵改造方案一般是改造其中两台给水泵，保留一台工频液偶控制，这样给水泵在正常运行时会经常遇到一台变频拖动运行、另一台工频液偶调速运行的情况。
3.然而，由于变频调速与液偶调速的响应速度、线性度以及调速精度都不同，对给水自动控制造成极大的干扰，例如，会引起汽包水位线的巨大波动，汽包锅炉给水控制失灵，机组无法进行agc(automaticgenerationcontrol，自动发电控制)，严重时甚至可能造成汽包水位报警，给电厂正常运行以及机组安全带来巨大隐患。


技术实现要素：

4.本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的在于提出一种混合调速传动系统，能够根据目标转速确定勺管开度指令和变频指令，并根据勺管开度指令控制液力耦合器的勺管开度，以及根据变频指令控制变频电机的运行频率，以使第一给水泵的转速和第二给水泵的转速保持同步调节。由此，确保勺管开度调速与变频调速的控制一致性，使发电机组可靠运行。
5.本实用新型的另一个目的在于提出一种给水设备。
6.为达到上述目的，本实用新型第一方面提出的混合调速传动系统，包括：第一给水装置，所述第一给水装置包括第一给水泵和液力耦合器，所述液力耦合器与所述第一给水泵相连，且通过配置勺管开度以调节所述第一给水泵的转速；第二给水装置，所述第二给水装置与所述第一给水装置并联，所述第二给水装置包括第二给水泵和变频电机，所述变频电机与所述第二给水泵相连，且通过配置运行频率以调节所述第二给水泵的转速；控制装置，所述控制装置分别与所述液力耦合器和所述变频电机相连，所述控制装置被配置为根据目标转速确定勺管开度指令和变频指令，并根据所述勺管开度指令控制所述液力耦合器的勺管开度，以及所述控制装置被配置为根据所述变频指令控制所述变频电机的运行频率，以使所述第一给水泵的转速和所述第二给水泵的转速保持同步调节。
7.根据本实用新型提出的混合调速传动系统，将控制装置分别与液力耦合器和变频电机相连，以及通过将控制装置配置为根据目标转速确定勺管开度指令和变频指令，并根据勺管开度指令控制液力耦合器的勺管开度，以及根据变频指令控制变频电机的运行频率，以使第一给水泵的转速和第二给水泵的转速保持同步调节。由此，避免不同给水泵之间的调速控制偏差，提高传动精度与运行可靠性。
8.另外，根据本实用新型上述的混合调速传动系统，还可以具有如下的附加技术特征：
9.在一些示例中，所述第一给水装置还包括第一电动机，所述第一电动机与所述液力耦合器相连，所述第一电动机通过所述液力耦合器驱动所述第一给水泵运行。
10.在一些示例中，所述液力耦合器包括泵轮、涡轮、勺管和第一升速齿轮，所述第一升速齿轮的输入端与所述第一电动机的输出轴相连，所述第一升速齿轮的输出端与所述泵轮相连，所述涡轮与所述液力耦合器的输出轴一端相连，所述液力耦合器的输出轴的另一端与所述第一给水泵相连，所述泵轮的内腔和所述涡轮的内腔共同组成所述液力耦合器的工作腔，所述勺管被配置为通过调节所述工作腔内的油量以调节所述第一给水泵的转速。
11.在一些示例中，所述变频电机包括变频器和第二电动机，所述第二电动机被配置为驱动所述第二给水泵运行，所述变频器分别与所述控制装置和所述第二电动机相连，所述变频器被配置为根据所述变频指令调节所述第二电动机的运行转速，以通过所述第二电动机调节所述第二给水泵的转速。
12.在一些示例中，所述第二电动机与所述第二给水泵之间设置有升速齿轮箱，所述升速齿轮箱包括第二升速齿轮和联轴器，所述第二升速齿轮的输入端与所述第二电动机的输出轴相连，所述第二升速齿轮的输出端通过所述联轴器连接到所述第二给水泵。
13.在一些示例中，所述第一给水装置还包括第一前置泵，所述第二给水装置还包括第二前置泵，所述第一前置泵由所述第一给水装置中的第一电动机驱动，所述第二前置泵由所述第二给水装置中的第二电动机驱动，所述第一给水泵与所述第一前置泵相连，所述第二给水泵与所述第二前置泵相连。
14.在一些示例中，所述第二给水装置为多个，且多个所述第二给水装置并联。
15.在一些示例中，所述控制装置包括第一汽包水位检测器和第一控制器，所述第一汽包水位检测器被配置为检测锅炉的汽包水位，所述第一控制器被配置为根据所述汽包水位确定所述目标转速。
16.在一些示例中，所述控制装置包括第二汽包水位检测器、第二控制器、蒸汽流量检测器、给水流量检测器、减法器和给定调节器，所述减法器分别与所述蒸汽流量检测器和所述给水流量检测器相连，且被配置为根据所述蒸汽流量检测器检测到的蒸汽流量和所述给水流量检测器检测到的给水流量确定流量差值，所述第二控制器与所述第二汽包水位检测器相连，且被配置为根据所述第二汽包水位检测器检测到的汽包水位确定目标流量，所述给定调节器分别与所述第二控制器和所述减法器相连，且被配置为根据所述目标流量和所述流量差值确定所述目标转速。
17.为达到上述目的，本实用新型第二方面提出的给水设备，包括如本实用新型第一方面所述的混合调速传动系统。
18.根据本实用新型提出的给水设备，通过采用前述混合调速传动系统，能够根据目标转速确定勺管开度指令和变频指令，并根据勺管开度指令控制液力耦合器的勺管开度，以及根据变频指令控制变频电机的运行频率，以使第一给水泵的转速和第二给水泵的转速保持同步调节。由此，确保勺管开度调速与变频调速的控制一致性，使发电机组可靠运行。
19.本实用新型附加的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，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
20.图1是根据本实用新型实施例的混合调速传动系统的方框示意图；
21.图2是根据本实用新型一个具体实施例的第一给水装置的结构示意图；
22.图3是图2中液力耦合器局部a的局部放大图；
23.图4是根据本实用新型一个具体实施例的第二给水装置的结构示意图；
24.图5是根据本实用新型一个具体实施例的混合调速传动系统的结构示意图；
25.图6是根据本实用新型另一个具体实施例的混合调速传动系统的结构示意图；
26.图7是根据本实用新型实施例的给水设备的方框示意图。
具体实施方式
27.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
28.下面参考附图描述本实用新型实施例的混合调速传动系统和给水设备。
29.图1是根据本实用新型实施例的混合调速传动系统的方框示意图。
30.如图1所示，混合调速传动系统100包括：第一给水装置10、第二给水装置20和控制装置30。
31.其中，如图2-4所示，第一给水装置10包括第一给水泵11和液力耦合器12，液力耦合器12与第一给水泵11相连，且通过配置勺管开度以调节第一给水泵11的转速；第二给水装置20与第一给水装置10并联，第二给水装置20包括第二给水泵21和变频电机22，变频电机22与第二给水泵21相连，且通过配置运行频率以调节第二给水泵21的转速；控制装置30分别与液力耦合器12和变频电机22相连，控制装置30被配置为根据目标转速确定勺管开度指令和变频指令，并根据勺管开度指令控制液力耦合器12的勺管开度，以及被配置为根据变频指令控制变频电机22的运行频率，以使第一给水泵11的转速和第二给水泵21的转速保持同步调节。
32.具体而言，与第一给水泵11相连的液力耦合器12可以通过配置勺管开度以调节第一给水泵11的转速，即通过配置液力耦合器12中的勺管开度来调节第一给水泵11的转速，例如，液力耦合器12配置的勺管开度越大，则液力耦合器12的输出转速越高，从而提升第一给水泵11的转速，液力耦合器12的配置的勺管开度越小，则液力耦合器12的输出转速越低，从而降低第一给水泵11的转速。
33.与第二给水泵21相连的变频电机22可以通过配置运行频率以调节第二给水泵21的转速，即通过配置变频电机22中的运行频率来调节第二给水泵21的转速，例如，变频电机22配置的运行频率越高，则变频电机22的输出转速越高，从而提升第二给水泵21的转速，变频电机22配置的运行频率越低，则变频电机22的输出转速越低，从而降低第二给水泵21的转速。
34.由于配置勺管开度的调速调节范围为30％～80％，即勺管的开度在0～30％时，液力耦合器12的输出转速变化不明显，而勺管的开度在80％以上时，勺管开度处于全打开状态，导致通过配置勺管开度的调速精度较低，调速响应较慢，调速灵敏度低，尤其是在负载
重载和轻载时，同样的勺管开度下，给水泵的转速可能不同，而通过配置运行频率的调速响应不仅可调，且线性度高，调速灵敏度高，当混合调速传动系统100同时运行第一给水装置10和第二给水装置20时，在调速精度、调速响应和调速灵敏度均不同的情况下会对给水自动控制造成极大的干扰，引起汽包水位线的巨大波动，给电厂正常运行以及机组安全带来巨大隐患，因此，在本实用新型的示例中，还通过设置控制装置30分别与液力耦合器12和变频电机22相连，并将控制装置30被配置为根据目标转速确定勺管开度指令和变频指令，并根据勺管开度指令控制液力耦合器12的勺管开度，以及被配置为根据变频指令控制变频电机22的运行频率，以使第一给水泵11的转速和第二给水泵21的转速保持同步调节，从而，确保勺管开度调速与变频调速的控制一致性，使发电机组可靠运行。
35.需要说明的是，控制装置30可以根据目标转速将勺管开度指令和变频指令转换为统一量程的控制指令，从而使得第一给水泵11的转速和第二给水泵21的调速响应速度、调速精度和调速线性度一致，以使第一给水泵11的转速和第二给水泵21的转速保持同步调节，其中，控制装置30可以依据目标转速、勺管开度指令和变频指令三者之间的映射关系，确定勺管开度指令和变频指令。
36.应理解的是，在上述示例中，控制装置30可以根据目标转速确定勺管开度指令和变频指令，其中，勺管开度指令和变频指令均为单独控制可调节指令，分别作用于勺管开度控制和运行频率控制，可以通过调整配置勺管开度和配置运行频率的指令响应速度和精度，以使第一给水泵11的转速和第二给水泵21的转速保持同步调节，从而，确保勺管开度调速与变频调速的控制一致性，使发电机组可靠运行。
37.在本实用新型的一些实施例中，如图2所示，第一给水装置10还包括第一电动机13，第一电动机13与液力耦合器12相连，第一电动机13通过液力耦合器12驱动第一给水泵11运行。
38.也就是说，第一电动机13可以通过液力耦合器12将第一电动机13的动力传递给第一给水泵11，从而驱动第一给水泵11运行，从而驱动第一给水装置10进行给水。
39.应理解的是，在上述示例中，在控制装置30根据目标转速确定勺管开度指令，并根据勺管开度指令控制液力耦合器12的勺管开度后，第一电动机13可以通过液力耦合器12将与勺管开度相对应的动力传递给第一给水泵11，以驱动第一给水泵11运行，从而驱动第一给水装置10进行给水。
40.在本实用新型的一些实施例中，如图2和图3所示，液力耦合器12包括泵轮121、涡轮122、勺管123和第一升速齿轮124。
41.其中，第一升速齿轮124的输入端与第一电动机13的输出轴相连，第一升速齿轮124的输出端与泵轮121相连，涡轮122与液力耦合器12的输出轴一端相连，液力耦合器12的输出轴的另一端与第一给水泵11相连，泵轮121的内腔和涡轮122的内腔共同组成液力耦合器12的工作腔，勺管123被配置为通过调节工作腔内的油量以调节第一给水泵11的转速。
42.具体而言，当第一电动机13通过第一升速齿轮124带动泵轮121旋转时，在泵轮121的内腔内的工作油，将获得能量并在惯性离心力的作用下被送到泵轮121的外圆周侧形成高速油流，泵轮121外圆周侧的高速油流又以径向相对速度与泵轮121出口的圆周速度组成合速度，冲入涡轮122的径向流道进口，并沿着涡轮122的径向流道流至涡轮122的内腔，进而通过油流动量矩的变化推动涡轮122旋转，油流流至涡轮122出口处又以其径向相对速度
与涡轮122出口处的圆周速度组成合速度，流入泵轮121的径向流道，并在泵轮121中重新获得能量。重复前述过程，以形成工作油在泵轮121和涡轮122中的循环流动圆，由此，泵轮121可以把第一电动机13输入的机械功转换为油的动能，而涡轮122则可以把油的动能转换成为输出的机械功,从而将第一电动机13的动力通过液力耦合器12传递到第一给水泵11。
43.勺管123被配置为可以通过调节工作腔内的油量以调节第一给水泵11的转速，举例而言，当勺管123插入至液力耦合器12的工作腔的最深处(勺管开度最小)时，循环圆中油量最小，泵轮121和涡轮122转速偏差大，此时，液力耦合器12的输出转速最低，而当勺管123插入液力耦合器12的工作腔的最浅处(勺管开度最大)时，循环圆中油量最大，泵轮121和涡轮122转速偏差小，此时，液力耦合器12的输出转速最大。
44.应理解的是，在上述示例中，在控制装置30根据目标转速确定勺管开度指令，并根据勺管开度指令控制液力耦合器12的勺管开度后，液力耦合器12中的勺管123可以通过调节工作腔(由泵轮121的内腔和涡轮122的内腔共同组成)内的油量，以调节第一给水泵11的转速，从而使第一给水泵11的转速和第二给水泵21的转速保持同步调节。
45.在本实用新型的一些实施例中，如图4所示，变频电机22包括变频器221和第二电动机222。
46.其中，第二电动机222被配置为驱动第二给水泵21运行，变频器221分别与控制装置30和第二电动机222相连，变频器221被配置为根据变频指令调节第二电动机222的运行转速，以通过第二电动机222调节第二给水泵21的转速。
47.具体而言，控制装置30可以根据目标转速确定变频指令，并可以控制变频器221根据变频指令调节第二电动机222的运行转速，以通过第二电动机222调节第二给水泵21的转速。也就是说，第二电动机222可以将对应运行转速的动力传递至第二给水泵21，以调节第二给水泵21的转速。
48.变频器221可以通过调节第二电动机222的运行转速以调节第二给水泵21的转速，举例而言，当变频器221根据变频指令提高第二电动机222的运行转速时，由第二电动机222传递至第二给水泵21的动力提高，从而使第二给水泵21的转速提高，当变频器221根据变频指令降低第二电动机222的运行转速时，由第二电动机222传递至第二给水泵21的动力降低，从而使第二给水泵21的转速降低。
49.应理解的是，在上述示例中，在控制装置30根据目标转速确定变频指令，并根据变频指令控制变频电机22的运行频率后，变频器221可以根据变频指令调节第二电动机222的运行转速，以通过第二电动机222调节第二给水泵21的转速，从而使第二给水泵21的转速和第一给水泵11的转速保持同步调节。
50.在本实用新型的一些实施例中，如图4所示，第二电动机222与第二给水泵21之间设置有升速齿轮箱23，升速齿轮箱23包括第二升速齿轮231和联轴器232，第二升速齿轮231的输入端与第二电动机222的输出轴相连，第二升速齿轮231的输出端通过联轴器232连接到第二给水泵21。
51.具体而言，当第二电动机222通过第二升速齿轮231和联轴器232带动第二给水泵21旋转时，可以将第二电动机222的动力传递至第二给水泵21，从而驱动第二给水泵21运行。由此，可以通过改变第二电动机222的运行转速，以调节第二给水泵21的转速。
52.应理解的是，在上述示例中，在控制装置30根据目标转速确定变频指令，并根据变
频指令控制变频电机22的运行频率后，第二电动机222可以运行频率相应的运行转速进行运行，进而，对应第二电动机222的运行转速的动力可以通过第二升速齿轮231和联轴器232带动第二给水泵21旋转，以调节第二给水泵21的转速，从而使第二给水泵21的转速和第一给水泵11的转速保持同步调节。
53.在本实用新型的一些实施例中，如图2-6所示，第一给水装置10还包括第一前置泵14，第二给水装置20还包括第二前置泵24。
54.其中，如图2-4所示，第一前置泵14由第一给水装置10中的第一电动机13驱动，第二前置泵24由第二给水装置20中的第二电动机222驱动，第一给水泵11与第一前置泵14相连，第二给水泵21与第二前置泵24相连。
55.具体而言，第一电动机13可以驱动第一前置泵14以提高第一给水泵11进水口处的水压，从而防止第一给水泵11发生汽蚀，第二电动机222可以驱动第二前置泵24以提高第二给水泵21进水口处的水压，从而防止第一给水泵21发生汽蚀。
56.应理解的是，在上述示例中，第一给水装置10可以通过第一前置泵14防止第一给水泵11发生汽蚀，第二给水装置20可以通过第二前置泵24防止第一给水泵21发生汽蚀，从而提高第一给水泵11和第一给水泵21的寿命与可靠性，使发电机组可靠运行。
57.在本实用新型的一些实施例中，如图5和图6所示，第二给水装置20为多个，且多个第二给水装置20并联。
58.可选地，在混合调速传动系统100中可以包括多个并联的第二给水装置20，每个第二给水装置20均可以为发电机组进行给水工作。
59.应理解的是，在上述示例中，混合调速传动系统100可以通过多个并联的第二给水装置20对发电机组进行给水。由此，即使在发电机组存在大水量给水需求时，也能够及时满足发电机组的给水需求，使发电机组可靠运行。
60.在本实用新型的一些实施例中，如图5所示，控制装置30包括第一汽包水位检测器301和第一控制器302。
61.其中，第一汽包水位检测器301被配置为检测锅炉的汽包水位，第一控制器302被配置为根据汽包水位确定目标转速。
62.具体而言，第一控制器302可以根据第一汽包水位检测器301检测到的锅炉的汽包水位确定目标转速，例如，当锅炉的汽包水位高于预设水位阈值时，可以适当降低目标转速，当锅炉的汽包水位低于预设水位阈值时，可以适当提高目标转速，当锅炉的汽包水位位于预设水位阈值时，可以保持当前目标转速，从而实现单冲量(汽包水位)水位控制。
63.应理解的是，在上述示例中，控制装置30可以通过第一汽包水位检测器301检测锅炉的汽包水位，并通过第一控制器302根据汽包水位确定目标转速，进而根据目标转速确定勺管开度指令和变频指令，并根据勺管开度指令控制液力耦合器12的勺管开度和根据变频指令控制变频电机22的运行频率，以使第一给水泵11的转速和第二给水泵21的转速保持同步调节，从而确保勺管开度调速与变频调速的控制一致性，使发电机组可靠运行。
64.在本实用新型的一些实施例中，如图6所示，控制装置30包括第二汽包水位检测器303、第二控制器304、蒸汽流量检测器305、给水流量检测器306、减法器307和给定调节器308。
65.其中，减法器307分别与蒸汽流量检测器305和给水流量检测器306相连，且被配置
为根据蒸汽流量检测器305检测到的蒸汽流量和给水流量检测器306检测到的给水流量确定流量差值，第二控制器304与第二汽包水位检测器303相连，且被配置为根据第二汽包水位检测器303检测到的汽包水位确定目标流量，给定调节器308分别与第二控制器304和减法器307相连，且被配置为根据目标流量和流量差值确定目标转速。
66.具体而言，减法器307可以根据蒸汽流量检测器305检测到的蒸汽流量和给水流量检测器306检测到的给水流量确定流量差值，第二控制器304可以根据第二汽包水位检测器303检测到的汽包水位确定目标流量，进而，给定调节器308可以根据目标流量和流量差值确定目标转速，从而实现三冲量(汽包水位、蒸汽流量和给水流量)水位控制。
67.应理解的是，在上述示例中，控制装置30可以通过第二汽包水位检测器303检测锅炉的汽包水位，通过蒸汽流量检测器305检测蒸汽流量，并通过给水流量检测器306检测给水流量，进而，通过减法器307根据蒸汽流量和给水流量确定流量差值，并通过第二控制器304根据汽包水位确定目标流量，然后通过给定调节器308根据目标流量和流量差值确定目标转速，进而根据目标转速确定勺管开度指令和变频指令，并根据勺管开度指令控制液力耦合器12的勺管开度和根据变频指令控制变频电机22的运行频率，以使第一给水泵11的转速和第二给水泵21的转速保持同步调节，从而确保勺管开度调速与变频调速的控制一致性，使发电机组可靠运行。
68.综上，根据本实用新型提出的混合调速传动系统，将控制装置分别与液力耦合器和变频电机相连，以及通过将控制装置配置为根据目标转速确定勺管开度指令和变频指令，并根据勺管开度指令控制液力耦合器的勺管开度，以及将控制装置配置为根据变频指令控制变频电机的运行频率，以使第一给水泵的转速和第二给水泵的转速保持同步调节。由此，避免不同给水泵之间的调速控制偏差，提高传动精度与运行可靠性。
69.图7是根据本实用新型实施例的给水设备的方框示意图。
70.如图7所示，给水设备1000包括如上所述的混合调速传动系统100。
71.需要说明的是，由于本实用新型提出的给水设备1000采用如上所述的混合调速传动系统100，因此，给水设备1000的具体实施方式可以参见前述混合调速传动系统100的具体实施方式，另外，本实用新型实施例的给水设备1000的其他构成及作用对本领域的技术人员来说是已知的，为减少冗余，此处不做赘述。
72.综上，根据本实用新型提出的给水设备，通过采用前述混合调速传动系统，能够根据目标转速确定勺管开度指令和变频指令，并根据勺管开度指令控制液力耦合器的勺管开度，以及根据变频指令控制变频电机的运行频率，以使第一给水泵的转速和第二给水泵的转速保持同步调节。由此，确保勺管开度调速与变频调速的控制一致性，使发电机组可靠运行。
73.尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。