專(zhuān)利名稱(chēng)：基于動(dòng)力合成器的冷卻塔綜合節(jié)能系統(tǒng)及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種冷卻塔綜合節(jié)能系統(tǒng)及其控制方法，特別涉及一種基于動(dòng)力合成和智能控制的冷卻塔綜合節(jié)能系統(tǒng)及其控制方法。
背景技術(shù)：
冷卻塔是應(yīng)用非常普遍的水資源循環(huán)利用設(shè)備，其主要功能是將含有廢熱的冷卻 水與空氣在塔內(nèi)進(jìn)行熱交換，使水溫降至要求的溫度，以便進(jìn)行再次循環(huán)。目前，為冷卻塔 供水的水泵以及冷卻塔的風(fēng)機(jī)均由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，普遍沒(méi)有安裝調(diào)速設(shè)備。因此冷卻塔的工 作狀態(tài)單一，不具備隨各項(xiàng)參數(shù)的變化而自動(dòng)調(diào)節(jié)的能力，每年消耗大量的電能，同時(shí)帶來(lái) 嚴(yán)重的噪聲污染。為了降低冷卻塔的能耗，一個(gè)可行的方法是為水泵電機(jī)和風(fēng)機(jī)電機(jī)配備變頻器， 對(duì)水泵電機(jī)和風(fēng)機(jī)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制以降低能耗。目前低壓變頻器已經(jīng)有大量的成熟產(chǎn) 品，但現(xiàn)有的控制方法均是將水泵電機(jī)和風(fēng)機(jī)電機(jī)分別進(jìn)行調(diào)速控制，彼此之間沒(méi)有協(xié)調(diào) 控制。雖然可以分別實(shí)現(xiàn)一定程度上的節(jié)能控制，但從整個(gè)系統(tǒng)的角度看，卻并不是最優(yōu)的 結(jié)果，還有很大的節(jié)能空間。對(duì)水泵電機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速控制的辦法主要有恒壓控制和恒溫控制等單閉環(huán)控制， 此外也有專(zhuān)利依據(jù)水泵的運(yùn)行效率對(duì)水泵的調(diào)速范圍進(jìn)行約束。恒壓控制的辦法是采集水 泵出水口的循環(huán)冷卻水壓力，利用水壓作為控制量進(jìn)行閉環(huán)控制。該控制方法的缺點(diǎn)是負(fù) 荷的變化必須以循環(huán)冷卻水流量或壓力變化的方式反映出來(lái)，才能完成整個(gè)控制過(guò)程。但 在實(shí)際應(yīng)用中，負(fù)荷的變化一般直接反映在循環(huán)冷卻水的溫度變化上，若要進(jìn)一步改變循 環(huán)冷卻水相應(yīng)的流量或壓力，則需要在負(fù)荷端進(jìn)行額外的操作(例如關(guān)閉或開(kāi)啟負(fù)荷端 管路中的相關(guān)閥門(mén))，但許多負(fù)荷端卻并不具備自動(dòng)進(jìn)行相應(yīng)操作的條件。因此對(duì)水泵進(jìn)行 恒壓控制難以實(shí)現(xiàn)完全的自動(dòng)化控制。在空調(diào)系統(tǒng)中應(yīng)用了恒溫閉環(huán)控制，利用水溫作為 控制量對(duì)水泵電機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制，進(jìn)而調(diào)節(jié)水泵流量。該控制方法不必調(diào)整管路的阻力曲 線，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。但由于水泵的揚(yáng)程與流量的二次方成正比例變化，隨著水泵流量 的減小，水泵揚(yáng)程將大幅降低。而大多數(shù)的冷卻塔均對(duì)水泵的揚(yáng)程有一定的要求，揚(yáng)程過(guò)低 將影響冷卻塔運(yùn)行的可靠性；而選用揚(yáng)程較大的水泵，則在額定工況下仍將有較大的富余 揚(yáng)程被浪費(fèi)。該因素制約了水泵的調(diào)節(jié)范圍，影響了該方法在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中的應(yīng)用。發(fā) 明專(zhuān)利CN100432881C公布了一種“用于調(diào)速器的水泵風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率控制方法”，該專(zhuān)利根 據(jù)水泵的特性曲線和額定轉(zhuǎn)速，采用相似原理推算水泵的在高效率區(qū)域的轉(zhuǎn)速范圍，在控 制端對(duì)水泵轉(zhuǎn)速的最大值和最小值進(jìn)行限制，使水泵可以工作在效率較高的狀態(tài)。但該發(fā) 明并未指出當(dāng)水泵在高效率區(qū)域工作，而水泵在流量和揚(yáng)程上并不能滿(mǎn)足系統(tǒng)的需求時(shí)應(yīng) 進(jìn)行怎樣的調(diào)節(jié)；而如果水泵在高效率區(qū)域工作即已能滿(mǎn)足系統(tǒng)要求，則進(jìn)行最大轉(zhuǎn)速的 約束意義并不是很大。由水泵的特性可知，水泵的功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比，在系統(tǒng)所允 許的低轉(zhuǎn)速狀態(tài)下，即使水泵的效率有所下降，仍可取得較好的節(jié)能效果。因此，以水泵的 運(yùn)行效率對(duì)水泵的最低轉(zhuǎn)速進(jìn)行約束并未充分發(fā)據(jù)水泵的節(jié)能潛力。此外，該方法忽略了水泵電機(jī)效率的變化，故推算精度較差，由于不能依據(jù)情況的變化擴(kuò)展或收縮高效率區(qū)域，因而應(yīng)用欠靈活。在冷卻塔行業(yè)中，廣泛應(yīng)用的對(duì)風(fēng)機(jī)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制辦法是采集冷卻塔出水口 的循環(huán)冷卻水水溫，利用冷卻塔出水溫度作為控制量，采用恒溫閉環(huán)控制。該方法雖然可以 使風(fēng)機(jī)電機(jī)實(shí)現(xiàn)一定程度上的節(jié)能控制，但在冷卻塔水溫上升時(shí)，只能單純地通過(guò)增加風(fēng) 機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)提高冷效，缺少與系統(tǒng)其他部分的協(xié)調(diào)與控制，仍有很大的節(jié)能空間。大量的實(shí)踐和調(diào)查表明，目前實(shí)際應(yīng)用的大多數(shù)冷卻塔，其循環(huán)冷卻水在冷卻塔 的出水口一般具有較大的富余水頭(6-16m)未能得到充分利用，白白浪費(fèi)了大量用于驅(qū)動(dòng) 水泵的電能。已授權(quán)發(fā)明專(zhuān)利CN100360795C、已公開(kāi)發(fā)明專(zhuān)利CN101328899A以及已授權(quán) 實(shí)用新型專(zhuān)利CN201103510Y等分別公布了雙擊式、混流式、貫流式等形式的水輪機(jī)驅(qū)動(dòng)冷 卻塔風(fēng)機(jī)的實(shí)施方案。這些專(zhuān)利利用水輪機(jī)驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，一方面可以取消風(fēng)機(jī)電機(jī)，節(jié)約 了相應(yīng)的電能；另一方面充分利用了水泵原本被浪費(fèi)的富余能量。這些專(zhuān)利所公開(kāi)的技術(shù) 存在的問(wèn)題是首先，應(yīng)用水力驅(qū)動(dòng)型風(fēng)機(jī)的冷卻塔與傳統(tǒng)冷卻塔一樣，工作狀態(tài)單一，不 能隨各方面條件的變化進(jìn)行智能化調(diào)節(jié)從而做到節(jié)能運(yùn)行。其次，冷卻塔出水口的富余水 頭本是為提高系統(tǒng)可靠性而預(yù)留的裕量，隨著冷卻塔運(yùn)行時(shí)間的增加，管路的管損增大，該 富余水頭會(huì)逐漸減小。而水輪機(jī)在對(duì)該部分富余水頭加以利用使得管路出水口的富余壓力 大幅下降，系統(tǒng)的可靠性將會(huì)隨著運(yùn)行時(shí)間的增加而降低。最后，目前的水力驅(qū)動(dòng)型風(fēng)機(jī)多 應(yīng)用于民用領(lǐng)域的冷卻塔，而在節(jié)能潛力巨大的工業(yè)領(lǐng)域，該項(xiàng)技術(shù)目前尚未得到大規(guī)模 推廣，其主要原因是工業(yè)冷卻塔要求的風(fēng)機(jī)功率更高，同樣流量的冷卻塔，需要更高的富余 水頭。強(qiáng)制推廣應(yīng)用必須以提高水泵揚(yáng)程作為輔助手段，這樣就會(huì)增加水泵電機(jī)的輸出功 率，節(jié)能效果并不理想。發(fā)明專(zhuān)利CN100467990C公布了 一種“具有變水壓調(diào)風(fēng)量水力通風(fēng) 裝置的節(jié)能冷卻塔”，該專(zhuān)利對(duì)單獨(dú)應(yīng)用水輪機(jī)驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)的冷卻塔進(jìn)行了改進(jìn)，在水輪機(jī)的 進(jìn)水口和出水口分別并聯(lián)了增壓水泵和減壓閥，以實(shí)現(xiàn)對(duì)冷卻塔風(fēng)機(jī)的動(dòng)態(tài)控制。該專(zhuān)利 所公開(kāi)的技術(shù)存在的問(wèn)題是增壓水泵的流量若選的較小，則難以實(shí)現(xiàn)增壓的目的；若流 量選的較大，則增壓水泵的功率加大，所消耗的電能又將加大整個(gè)系統(tǒng)的能耗。而且通過(guò)增 壓泵將增壓泵電機(jī)所消耗的電能最終轉(zhuǎn)化為風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)械能，期間要經(jīng)過(guò)多個(gè)能量轉(zhuǎn)換 的環(huán)節(jié)，效率較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有冷卻塔在應(yīng)用變頻器或水輪機(jī)的過(guò)程中存在節(jié)能效果 不佳、可靠性下降等問(wèn)題，提出一種基于動(dòng)力合成器的冷卻塔綜合節(jié)能系統(tǒng)及其控制方法。 本發(fā)明結(jié)合冷卻塔系統(tǒng)的實(shí)際情況，合理地控制循環(huán)冷卻水水泵的工作狀態(tài)，通過(guò)動(dòng)力合 成器合成水輪機(jī)和電動(dòng)機(jī)兩種驅(qū)動(dòng)裝置的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，使得冷卻塔在保證運(yùn)行可靠 性的前提下，充分地利用了循環(huán)冷卻水的富余能量，可以取得顯著的節(jié)能效果。本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下本發(fā)明基于動(dòng)力合成器的冷卻塔綜合節(jié)能系統(tǒng)主要包括動(dòng)力合成器、風(fēng)機(jī)、水輪 機(jī)、第一電動(dòng)機(jī)、第二電動(dòng)機(jī)、第一變頻器、第二變頻器、水泵、傳感器組、智能控制器等。傳 感器組包括轉(zhuǎn)速傳感器、流量計(jì)、壓力傳感器、第一溫度傳感器、第二溫度傳感器、干濕球溫 度傳感器。其中，轉(zhuǎn)速傳感器位于動(dòng)力合成器的輸出軸端，流量計(jì)、壓力傳感器以及第一溫度傳感器位于冷卻塔的循環(huán)冷卻水管路進(jìn)水口處，第二溫度傳感器位于冷卻塔的出水口 處，干濕球溫度傳感器置于冷卻塔附近的空氣中。傳感器組的信號(hào)輸出端與智能控制器的 信號(hào)輸入端相連。智能控制器的信號(hào)輸出端與動(dòng)力合成器、第一變頻器和第二變頻器的信 號(hào)輸入端相連，第一變頻器與第一電動(dòng)機(jī)相連，第二變頻器與第二電動(dòng)機(jī)相連，第二電動(dòng)機(jī) 與水泵相連。水輪機(jī)的進(jìn)水口與水泵的出水口通過(guò)管路相連，動(dòng)力合成器的兩個(gè)輸入軸分 別與水輪機(jī)和第一電動(dòng)機(jī)的輸出軸相連，動(dòng)力合成器的輸出軸與風(fēng)機(jī)相連。本發(fā)明冷卻塔綜合節(jié)能系統(tǒng)在水輪機(jī)和風(fēng)機(jī)之間加入動(dòng)力合成器和第一電動(dòng)機(jī)， 以便在需要時(shí)將水輪機(jī)和第一電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力進(jìn)行合成，增加驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)的機(jī)械功率。動(dòng)力合 成器是一個(gè)帶有離合裝置的機(jī)械傳動(dòng)裝置，可以將水輪機(jī)和第一電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力進(jìn)行 轉(zhuǎn)速匹 配和轉(zhuǎn)矩合成，共同驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)；在不需要第一電動(dòng)機(jī)時(shí)，也可以利用動(dòng)力合成器上的離 合裝置將第一電動(dòng)機(jī)與其他機(jī)械裝置分開(kāi)，由水輪機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)。由于水輪機(jī)的飛逸轉(zhuǎn) 速遠(yuǎn)高于實(shí)際運(yùn)行的轉(zhuǎn)速，因此在水輪機(jī)與第一電動(dòng)機(jī)共同驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)時(shí)，工作轉(zhuǎn)速會(huì)隨之 升高，持續(xù)輸出功率，不會(huì)出現(xiàn)第一電動(dòng)機(jī)既驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)又拖動(dòng)水輪機(jī)從而導(dǎo)致電能浪費(fèi)的 情況。本發(fā)明冷卻塔綜合節(jié)能系統(tǒng)采用水輪機(jī)作為主要?jiǎng)恿Γ谝浑妱?dòng)機(jī)作為輔助動(dòng)力 驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)；智能控制器依據(jù)冷卻塔、水泵和水輪機(jī)的工作狀態(tài)以整體耗能最低的原則 對(duì)水泵和風(fēng)機(jī)的工作狀態(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié)，在調(diào)節(jié)水泵工作狀態(tài)的同時(shí)，也間接對(duì)水輪機(jī)的工作 狀態(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)循環(huán)冷卻水水泵以及冷卻塔風(fēng)機(jī)的節(jié)能運(yùn)行。智能控制器進(jìn)行控制 的執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要是第一變頻器、第二變頻器及動(dòng)力合成器，進(jìn)行控制的對(duì)象主要是第一電 動(dòng)機(jī)和第二電動(dòng)機(jī)。對(duì)第一電動(dòng)機(jī)和第二電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制的方法為當(dāng)冷卻塔的冷卻效果 不好，需要調(diào)整整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，若造成冷卻效果下降的原因是負(fù)荷增加，則增加第 二電動(dòng)機(jī)的輸出功率，提升水泵的流量和揚(yáng)程；若造成冷卻效果下降的原因是環(huán)境條件變 得更加惡劣，則增加第一電動(dòng)機(jī)的輸出功率。當(dāng)冷卻塔的冷卻效果滿(mǎn)足要求可以節(jié)能運(yùn)行 時(shí)，則優(yōu)先減小第一電動(dòng)機(jī)的輸出功率，當(dāng)?shù)谝浑妱?dòng)機(jī)關(guān)閉后，再逐漸減小第二電動(dòng)機(jī)的輸 出功率。對(duì)本發(fā)明冷卻塔綜合節(jié)能系統(tǒng)控制的具體過(guò)程為第一溫度傳感器、第二溫度傳 感器和干濕球溫度傳感器分別采集冷卻塔的進(jìn)水溫度tls、出水溫度t2s和環(huán)境的濕球溫度 τ s,并將所采集的數(shù)據(jù)送給智能控制器。智能控制器首先判斷冷卻塔的出水溫度t2s是否 高于設(shè)定值，若高于設(shè)定值，則說(shuō)明冷卻塔的冷卻效果不能滿(mǎn)足要求，需要對(duì)水泵或風(fēng)機(jī)的 工作狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整。若要判明冷卻塔冷卻效果不能滿(mǎn)足要求的原因，則需要智能控制器繼 續(xù)判斷冷卻塔的進(jìn)水溫度tls以及環(huán)境的濕球溫度％是否高于設(shè)定值。若冷卻塔的進(jìn)水 溫度tls高于設(shè)定值而環(huán)境的濕球溫度τ s低于設(shè)定值，則說(shuō)明導(dǎo)致冷卻塔冷卻效果不能滿(mǎn) 足要求的原因是熱負(fù)荷的增加。此時(shí)不必開(kāi)動(dòng)第一電動(dòng)機(jī)，只增加第二電動(dòng)機(jī)的輸出功率， 提升水泵的流量和揚(yáng)程即可。這樣，一方面可以增大水泵的流量，加快循環(huán)冷卻水的循環(huán)速 度，有利于循環(huán)水更快地被冷卻，降低冷卻塔的進(jìn)水溫度；另一方面，增大了水輪機(jī)的工作 流量和壓力，使水輪機(jī)的輸出功率增大，進(jìn)而使風(fēng)機(jī)的風(fēng)量增加，從而使冷卻塔的冷卻效能 提升。若冷卻塔的進(jìn)水溫度tls低于設(shè)定值而環(huán)境的濕球溫度％高于設(shè)定值，則說(shuō)明導(dǎo)致 冷卻塔冷卻效果不能滿(mǎn)足要求的原因是環(huán)境條件變得更惡劣，此時(shí)通過(guò)增加第一電動(dòng)機(jī)的 輸出功率來(lái)增加風(fēng)機(jī)的風(fēng)量，而不提升水泵的流量和壓力。在該條件下，對(duì)比通過(guò)增加水輪機(jī)的輸出功率來(lái)增加風(fēng)量的方法，本發(fā)明控制方法一方面可以控制循環(huán)冷卻水的熱負(fù)荷不增加，因而風(fēng)量不必增加很多，另一方面可以避免因循環(huán)冷卻水流量的增加而加大冷卻塔 的阻力系數(shù)，使風(fēng)機(jī)在較低的風(fēng)壓下增大風(fēng)量，更有利于控制和節(jié)省第一電動(dòng)機(jī)和第二電 動(dòng)機(jī)的總輸出功率。若冷卻塔的進(jìn)水溫度tls和環(huán)境的濕球溫度τ 3均高于設(shè)定值，則表明 導(dǎo)致冷卻塔冷卻效果不能滿(mǎn)足要求的上述兩個(gè)原因均存在，因此第一電動(dòng)機(jī)和第二電動(dòng)機(jī) 的功率均要增加，此時(shí)冷卻塔的工況將接近或工作于滿(mǎn)負(fù)荷工況。若冷卻塔的進(jìn)水溫度tls 和環(huán)境的濕球溫度Ts均低于設(shè)定值，則表明導(dǎo)致冷卻塔冷卻效果不能滿(mǎn)足要求的原因可 能是系統(tǒng)的某個(gè)部分發(fā)生故障需要檢修，因此將第一電動(dòng)機(jī)和第二電動(dòng)機(jī)均恢復(fù)至額定工 況同時(shí)報(bào)告故障。若冷卻塔的出水溫度t2s低于設(shè)定值，則一方面說(shuō)明冷卻塔的冷卻效果較好，另一 方面也表明冷卻塔的運(yùn)行存在冷卻效能過(guò)剩的情況。此時(shí)逐漸減小第一電動(dòng)機(jī)的輸出功 率；若第一電動(dòng)機(jī)已關(guān)閉，則逐漸減小第二電動(dòng)機(jī)的輸出功率，減小水泵的流量，減緩循環(huán) 冷卻水的循環(huán)速度，使冷卻塔的進(jìn)水溫度tls和出水溫度t2s均穩(wěn)定于設(shè)計(jì)值，同時(shí)實(shí)現(xiàn)節(jié)能 運(yùn)行。控制冷卻塔的進(jìn)水溫度tls和出水溫度t2s均穩(wěn)定于各自的設(shè)定值進(jìn)而溫度循環(huán)冷 卻水進(jìn)出冷卻塔的溫差有利于充分發(fā)揮冷卻塔的冷卻效能，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的節(jié)能效果；此外，在 我國(guó)北方等冬季嚴(yán)寒地區(qū)也可以有效防止循環(huán)冷卻水的結(jié)冰現(xiàn)象。與現(xiàn)有的溫度負(fù)反饋控 制的方法相比，本發(fā)明的控制方法也可以避免對(duì)各個(gè)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行頻繁啟停的控制，有利于 降低電動(dòng)機(jī)和調(diào)速設(shè)備因工作狀態(tài)頻繁變化而帶來(lái)的額外損耗。對(duì)第二電動(dòng)機(jī)的控制采用以冷卻塔進(jìn)水溫度作為反饋量并增加效率判斷環(huán)節(jié)的 閉環(huán)控制方法。在控制周期開(kāi)始時(shí)，第一溫度傳感器采集冷卻塔的進(jìn)水溫度tls，送至智能控 制器。智能控制器將冷卻塔的進(jìn)水溫度tls與進(jìn)水溫度的設(shè)定值、。進(jìn)行比較，其差值經(jīng)過(guò)智 能控制器的調(diào)節(jié)子程序處理后生成初始的第二電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制信號(hào)Iiltl送給智能控制器 的判斷子程序。當(dāng)n1(l向遞增的方向變化時(shí)，要判斷水泵和水輪機(jī)是否工作在各自的高效率 區(qū)域。流量計(jì)、壓力傳感器和轉(zhuǎn)速傳感器分別檢測(cè)冷卻塔入口循環(huán)冷卻水的流量Qs、壓力Hs 和風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速n3等參數(shù)送至智能控制器。智能控制器依據(jù)采集的Qs、Hs、n3等參數(shù)計(jì)算水輪機(jī) 的單位流量Q11和單位轉(zhuǎn)速nn，得到水輪機(jī)在其特性曲線上的工作點(diǎn)(Q11A11)，同時(shí)估算水 泵的實(shí)際揚(yáng)程H/，得到水泵運(yùn)行的工作點(diǎn)(Qs，H/ )，進(jìn)而判斷以上兩工作點(diǎn)是否在相應(yīng)特 性曲線上的高效率區(qū)域。若水輪機(jī)和水泵的工作點(diǎn)均在各自的高效率區(qū)域，則表明水輪機(jī) 和水泵的工作效率較高，此時(shí)輸出本周期的第二電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制信號(hào)n1(l給第二變頻器， 第二變頻器完成對(duì)第二電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制；否則輸出上一周期的n1(l，維持第二電動(dòng)機(jī)原來(lái) 的運(yùn)行狀態(tài)。由于水泵所消耗的軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比變化，當(dāng)n1(l減小時(shí)，水泵所 需的軸功率會(huì)大幅下降，即便水泵及第二電動(dòng)機(jī)的工作效率會(huì)有所下降仍然可以節(jié)約更多 的電能。因此當(dāng)Iiltl向遞減的方向變化時(shí)，智能控制器不經(jīng)過(guò)判斷直接輸出本周期的第二電 動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制信號(hào)Iiltl給第二變頻器對(duì)第二電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)進(jìn)行控制。本發(fā)明直接使用采集的參數(shù)實(shí)時(shí)判斷水泵的工作區(qū)域，節(jié)省了推算步驟，故精度 較高；而調(diào)節(jié)范圍則是依據(jù)系統(tǒng)工作的實(shí)際狀況確定，故在整體節(jié)能效果上，本發(fā)明優(yōu)于現(xiàn) 有技術(shù)。第一電動(dòng)機(jī)的控制方法為在啟動(dòng)狀態(tài)采用轉(zhuǎn)速預(yù)估和轉(zhuǎn)速反饋的單閉環(huán)控制，在穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)采用基于溫度和轉(zhuǎn)速反饋的常規(guī)雙閉環(huán)控制。在第一電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)之前，轉(zhuǎn) 速傳感器檢測(cè)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n3送至智能控制器，智能控制器進(jìn)而計(jì)算第一電動(dòng)機(jī)需要達(dá)到的 初始轉(zhuǎn)速n/，以n/作為參考量啟動(dòng)第一電動(dòng)機(jī)，經(jīng)過(guò)Δ t秒后，智能控制器將動(dòng)力合成器 的電磁離合器閉合，第一電動(dòng)機(jī)投入工作，其中At為第一電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間。在動(dòng)力合成 器的電磁離合器閉合之后，智能控制器依據(jù)轉(zhuǎn)速傳感器檢測(cè)的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速113計(jì)算第一電動(dòng)機(jī) 的實(shí)際轉(zhuǎn)速n2s。在第一電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)狀態(tài)，流量計(jì)、第一溫度傳感器、第二溫度傳感器和干 濕球溫度傳感器分別采集冷卻塔循環(huán)冷卻水的流量Qs、進(jìn)水溫度tls、出水溫度t2s、環(huán)境的 干球溫度θ s、濕球溫度等參數(shù)送至智能控制器，智能控制器的轉(zhuǎn)速預(yù)估子程序依據(jù)上 述參數(shù)判斷冷卻塔的工作狀態(tài)，計(jì)算需要的風(fēng)量并對(duì)第一電動(dòng)機(jī)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速進(jìn)行預(yù)估得到 第一電動(dòng)機(jī)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速112，112作為參考量與第一電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速n2s進(jìn)行閉環(huán)控制。當(dāng)?shù)?一電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后，第二溫度傳感器采集冷卻塔出水溫度t2s送至智能控制器，智能控 制器將t2s與出水溫度設(shè)定值t2(l進(jìn)行比較，其差值經(jīng)過(guò)智能控制器的外環(huán)調(diào)節(jié)子程序處理 后生成初始的第一電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制信號(hào)n2’，n2’作為參考量與第一電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速n2s 作為控制內(nèi)環(huán)進(jìn)行閉環(huán)控制，得到最終的第一電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制信號(hào)H2tl送給第一變頻器， 第一變頻器完成對(duì)第一電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制并進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。與單純的溫度負(fù) 反饋控制的方法相比，本發(fā)明的控制方法使風(fēng)機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性更好。 本發(fā)明的優(yōu)越性和技術(shù)效果在于1.本發(fā)明通過(guò)分析判斷冷卻塔的運(yùn)行狀態(tài)，協(xié)調(diào)控制水泵和風(fēng)機(jī)這兩個(gè)主要耗能 設(shè)備的工況，合理分配電能在水泵電機(jī)和風(fēng)機(jī)電機(jī)的份額，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的最佳節(jié)能效果。2.本發(fā)明對(duì)水泵采用冷卻塔進(jìn)水溫度的恒溫控制，利用水輪機(jī)充分利用水泵富余 揚(yáng)程，一方面避免了恒壓控制需要調(diào)整管路阻力曲線的缺點(diǎn)，另一方面也避免了常規(guī)恒溫 控制無(wú)法充分利用水泵在額定工況下的富余揚(yáng)程以及水泵的效能不能完全發(fā)揮的缺點(diǎn)。3.本發(fā)明通過(guò)動(dòng)力合成器控制電動(dòng)機(jī)在需要的時(shí)候間歇性地投入運(yùn)轉(zhuǎn)，在充分利 用了水泵富余揚(yáng)程的同時(shí)，也提高了冷卻塔運(yùn)行的可靠性。4.本發(fā)明可以根據(jù)實(shí)際情況合理地調(diào)整分配風(fēng)機(jī)總的需求功率在水輪機(jī)和電動(dòng) 機(jī)之間的份額，優(yōu)化水泵、水輪機(jī)以及風(fēng)機(jī)電機(jī)的容量配置，可配備小功率風(fēng)機(jī)電機(jī)，節(jié)省 相應(yīng)的投資，也有助于擴(kuò)大水輪機(jī)的應(yīng)用范圍。


圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的具體實(shí)施方式
中風(fēng)機(jī)、動(dòng)力合成器、水輪機(jī)及第一電動(dòng)機(jī)的布置 示意圖；圖3是本發(fā)明動(dòng)力合成器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明控制方法的總流程圖；圖5是本發(fā)明水泵及第二電動(dòng)機(jī)的控制框圖；圖6是本發(fā)明水泵及第二電動(dòng)機(jī)的控制框圖中判斷子程序的流程圖；圖7是本發(fā)明第一電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)流程圖；圖8是本發(fā)明第一電動(dòng)機(jī)的控制框圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)例方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。如圖1所示，基于動(dòng)力合成器的冷卻塔綜合節(jié)能系統(tǒng)主要包括動(dòng)力合成器1、風(fēng)機(jī)2、水輪機(jī)3、第一電動(dòng)機(jī)4、第一變頻器5、水泵6、第二電動(dòng)機(jī)7、第二變頻器8、傳感器組 9、智能控制器10等。傳感器組9包括轉(zhuǎn)速傳感器901、流量計(jì)902、壓力傳感器903、第一溫 度傳感器904、第二溫度傳感器905、干濕球溫度傳感器906。其中，轉(zhuǎn)速傳感器901位于動(dòng) 力合成器的輸出軸端，流量計(jì)902、壓力傳感器903以及第一溫度傳感器904位于冷卻塔的 循環(huán)冷卻水管路進(jìn)水口處，第二溫度傳感器905位于冷卻塔的出水口處，干濕球溫度傳感 器906置于冷卻塔附近的空氣中。傳感器組9的信號(hào)輸出端與智能控制器10的信號(hào)輸入 端相連。智能控制器10的信號(hào)輸出端與動(dòng)力合成器1、第一變頻器5以及第二變頻器8相 連，第一變頻器5與第一電動(dòng)機(jī)4相連，第二變頻器8與第二電動(dòng)機(jī)117相連，第二電動(dòng)機(jī) 7與水泵6相連。圖2所示為風(fēng)機(jī)2、動(dòng)力合成器1、水輪機(jī)3及第一電動(dòng)機(jī)4的布置示意圖。所述 水輪機(jī)3的入水口與水泵6的出水口通過(guò)管路相連，動(dòng)力合成器1的兩個(gè)輸入軸分別與水 輪機(jī)3和第一電動(dòng)機(jī)4的輸出軸相連，動(dòng)力合成器1的輸出軸與風(fēng)機(jī)2相連。如圖3所示，在本實(shí)施例中，所述的動(dòng)力合成器1主要包括第一輸入軸101、電磁 離合器102、第一主動(dòng)輪103、第一從動(dòng)輪104、第二輸入軸105、輸出軸106、第二從動(dòng)輪107 等。其中第一輸入軸101 —端與第一電動(dòng)機(jī)4的輸出軸連接，另一端利用軸承與第一主動(dòng)輪 103實(shí)現(xiàn)固定。所述的電磁離合器102為常規(guī)產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)包括磁軛、線圈、動(dòng)盤(pán)、銜鐵和蝶 形彈簧等部件。電磁離合器102的動(dòng)盤(pán)與第一輸入軸101固定，磁軛和線圈與機(jī)殼相固定， 銜鐵和蝶形彈簧與第一主動(dòng)輪103相連。動(dòng)力合成器1的信號(hào)輸入端與智能控制器10的 信號(hào)輸出端相連。所述的第一主動(dòng)輪103和第一從動(dòng)輪104依據(jù)第一電動(dòng)機(jī)4的布置方式 選用錐形齒輪，第一從動(dòng)輪104利用平鍵與第二輸入軸105相固定。所述的第二輸入軸105 為齒輪軸，其上的主動(dòng)輪與第二從動(dòng)輪107嚙合，第二從動(dòng)輪107利用平鍵與輸出軸106相 固定。所述的智能控制器10為數(shù)字信號(hào)處理器或其他單片機(jī)系統(tǒng)，水輪機(jī)3可以根據(jù)冷 卻塔的實(shí)際情況選擇混流式、軸流式、雙擊式等。對(duì)本發(fā)明冷卻塔綜合節(jié)能系統(tǒng)控制方法的總流程圖如圖4所示。所述的轉(zhuǎn)速傳感器901、流量計(jì)902、壓力傳感器903、第一溫度傳感器904、第二 溫度傳感器905、干濕球溫度傳感器906分別采集風(fēng)機(jī)2的轉(zhuǎn)速、循環(huán)冷卻水的流量、壓力、 冷卻塔的進(jìn)水溫度、冷卻塔的出水溫度、環(huán)境的干濕球溫度送給智能控制器10，智能控制器 10根據(jù)以上參數(shù)對(duì)冷卻塔、水泵6和水輪機(jī)3工作狀態(tài)進(jìn)行分析，若造成冷卻塔冷卻效果下 降的原因是負(fù)荷增加，則減小第二電動(dòng)機(jī)7的輸出功率，進(jìn)而增加水泵6的流量和揚(yáng)程；若 造成冷卻塔冷卻效果下降的原因是由于環(huán)境條件變化帶來(lái)的影響，則增加第一電動(dòng)機(jī)4的 輸出功率；當(dāng)冷卻塔的冷卻效果滿(mǎn)足要求可以節(jié)能運(yùn)行時(shí)，則優(yōu)先減小第一電動(dòng)機(jī)4的輸 出功率，當(dāng)?shù)谝浑妱?dòng)機(jī)4關(guān)閉后，再逐漸減小第二電動(dòng)機(jī)7的輸出功率，降低水泵6的流量 和揚(yáng)程。傳感器組9中的第一溫度傳感器904、第二溫度傳感器905和干濕球溫度傳感器 906按一定的周期采集冷卻塔的進(jìn)水溫度tls、出水溫度t2s以及環(huán)境的濕球溫度τ s，并送至智能控制器10，智能控制器10判斷冷卻塔的出水溫度t2s是否高于冷卻塔出水溫度的設(shè)定值t2(l+At2，其中t2(l為冷卻塔出水溫度的設(shè)計(jì)值，At2為設(shè)計(jì)所允許的溫度偏差。若冷卻塔的出水溫度t2s高于設(shè)定值t2(l+At2，則繼續(xù)判斷冷卻塔的進(jìn)水溫度tls 以及環(huán)境的濕球溫度^是否高于設(shè)定值^1(|+八、和％+Δ τ。其中t1(l為冷卻塔進(jìn)水溫度 的設(shè)計(jì)值，At1為設(shè)計(jì)所允許的溫度偏差；τ ^為環(huán)境濕球溫度的設(shè)計(jì)值，Δ τ為設(shè)計(jì)所允 許的溫度偏差。當(dāng)冷卻塔的進(jìn)水溫度tls高于設(shè)定值t1(l+At1，而環(huán)境的濕球溫度低于 設(shè)定值^+Δ τ時(shí)，調(diào)用第二電動(dòng)機(jī)7的控制程序，增加第二電動(dòng)機(jī)7的輸出功率。當(dāng)冷 卻塔的進(jìn)水溫度tls低于設(shè)定值t1(l+At1而環(huán)境的濕球溫度％高于設(shè)定值％+Δ τ時(shí)， 此時(shí)只調(diào)用第一電動(dòng)機(jī)4的控制程序，增加第一電動(dòng)機(jī)4的輸出功率。當(dāng)冷卻塔的進(jìn)水溫 度tls高于設(shè)定值 1(1+Δ、，同時(shí)環(huán)境的濕球溫度Ts也高于設(shè)定值τ J Δ τ時(shí)，同時(shí)調(diào)用 第一電動(dòng)機(jī)4和第二電動(dòng)機(jī)7的控制程序，增加二者的輸出功率。當(dāng)冷卻塔的進(jìn)水溫度tls 低于設(shè)定值t1(l+At1,同時(shí)環(huán)境的濕球溫度％也低于設(shè)定值τ J Δ τ時(shí)，智能控制器10 通過(guò)控制第一變頻器5和第二變頻器8將第一電動(dòng)機(jī)4和第二電動(dòng)機(jī)7均恢復(fù)至額定工況 同時(shí)報(bào)告故障。若冷卻塔的出水溫度t2s低于設(shè)定值t2(l+At2，則進(jìn)而判斷t2s是否低于設(shè)定值 t2crAt2，若高于設(shè)定值t2(|-At2，則結(jié)束本周期控制；若低于設(shè)定值t2(|-At2，則調(diào)用第一 電動(dòng)機(jī)4的控制程序，逐步減小第一電動(dòng)機(jī)4的輸出功率；若第一電動(dòng)機(jī)4已關(guān)閉，則判斷 冷卻塔的進(jìn)水溫度tls是否低于設(shè)定值 1(ΓΔ、。若高于設(shè)定值A(chǔ)icrAt1，則結(jié)束本周期控 制；若低于設(shè)定值A(chǔ)icrAt1，則調(diào)用第二電動(dòng)機(jī)7的控制程序，逐漸減小第二電動(dòng)機(jī)7的輸 出功率。整個(gè)控制過(guò)程在保持冷卻塔出水溫度t2s不高于設(shè)定值t2(l+A t2的同時(shí)，也保持 冷卻塔的進(jìn)水溫度tls穩(wěn)定在設(shè)定值^^八^與^廠八、之間，以充分發(fā)揮冷卻塔的冷卻效 能。對(duì)第二電動(dòng)機(jī)7的控制是在常規(guī)單閉環(huán)控制的基礎(chǔ)上，以冷卻塔進(jìn)水溫度作為反 饋量，并增加效率判斷環(huán)節(jié)。第二電動(dòng)機(jī)7的控制框圖如圖5所示，在控制周期開(kāi)始時(shí)，第 一溫度傳感器904采集冷卻塔的進(jìn)水溫度tls送至智能控制器10，智能控制器10將tls與 進(jìn)水溫度的設(shè)定值t1(l進(jìn)行比較，其差值經(jīng)過(guò)智能控制器10的調(diào)節(jié)子程序處理后生成初始 的第二電動(dòng)機(jī)7的轉(zhuǎn)速控制信號(hào)Iiltl送給智能控制器10的判斷子程序。判斷子程序的工作 流程圖如圖6所示，當(dāng)n1Q向遞增的方向變化時(shí)，流量計(jì)902、壓力傳感器903和轉(zhuǎn)速傳感器 901分別檢測(cè)冷卻塔入口循環(huán)冷卻水的流量Qs、壓力Hs和風(fēng)機(jī)2的轉(zhuǎn)速I(mǎi)i3等參數(shù)送至智能 控制器10，智能控制器10依據(jù)采集的Qs、Hs、n3等參數(shù)計(jì)算水輪機(jī)3的單位流量Q11和單位 轉(zhuǎn)速nn，得到水輪機(jī)3在其特性曲線上的工作點(diǎn)(Qn，nn)，同時(shí)估算水泵6的實(shí)際揚(yáng)程Hs’， 得到水泵6運(yùn)行的工作點(diǎn)(QS，HS’)，進(jìn)而判斷以上兩工作點(diǎn)是否在相應(yīng)特性曲線上的高效 率區(qū)域，若水輪機(jī)3和水泵6的工作點(diǎn)均在各自的高效率區(qū)域，則表明水輪機(jī)3和水泵6的 工作效率較高，此時(shí)輸出本周期的第二電動(dòng)機(jī)7的轉(zhuǎn)速控制信號(hào)n1(1給第二變頻器8，第二 變頻器8完成對(duì)第二電動(dòng)機(jī)7的調(diào)速控制；否則輸出上一周期的轉(zhuǎn)速控制信號(hào)n1(1，維持第 二電動(dòng)機(jī)7原來(lái)的運(yùn)行狀態(tài)。由于水泵所消耗的軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比變化，當(dāng)n1Q 減小時(shí)，第二電動(dòng)機(jī)7的輸出功率會(huì)大幅下降，即便水泵6和第二電動(dòng)機(jī)7的工作效率會(huì)有 所下降仍然可以節(jié)約更多的電能。因此當(dāng)?shù)诙妱?dòng)機(jī)7轉(zhuǎn)速控制信號(hào)Iiltl向遞減的方向變化時(shí)，智能控制器10不經(jīng)過(guò)判斷直接輸出本周期第二電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制信號(hào)n1(1送給第二 變頻器8，第二變頻器8實(shí)現(xiàn)對(duì)第二電動(dòng)機(jī)7的工作狀態(tài)的調(diào)速控制。
對(duì)第一電動(dòng)機(jī)4的控制是在啟動(dòng)狀態(tài)采用轉(zhuǎn)速預(yù)估和轉(zhuǎn)速反饋的單閉環(huán)控制，在 穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)采用溫度和轉(zhuǎn)速反饋的常規(guī)雙閉環(huán)控制。第一電動(dòng)機(jī)4的啟動(dòng)流程圖如圖7 所示，在第一電動(dòng)機(jī)4啟動(dòng)之前，轉(zhuǎn)速傳感器901檢測(cè)風(fēng)機(jī)2的轉(zhuǎn)速I(mǎi)i3送至智能控制器10， 智能控制器10進(jìn)而計(jì)算第一電動(dòng)機(jī)4需要達(dá)到的初始轉(zhuǎn)速n/，以n/作為參考量啟動(dòng)第一 電動(dòng)機(jī)4，經(jīng)過(guò)At秒后，智能控制器10將動(dòng)力合成器1的電磁離合器102閉合，第一電動(dòng) 機(jī)4投入工作，其中At為第一電動(dòng)機(jī)4的啟動(dòng)時(shí)間。在動(dòng)力合成器1的電磁離合器102 閉合之后，智能控制器10依據(jù)轉(zhuǎn)速傳感器901檢測(cè)的風(fēng)機(jī)2的轉(zhuǎn)速I(mǎi)i3計(jì)算第一電動(dòng)機(jī)4的 實(shí)際轉(zhuǎn)速n2s。第一電動(dòng)機(jī)4的控制框圖如圖8所示，在第一電動(dòng)機(jī)4的啟動(dòng)狀態(tài)，流量計(jì) 902、第一溫度傳感器904、第二溫度傳感器905和干濕球溫度傳感器906分別采集冷卻塔循 環(huán)冷卻水的流量Qs、進(jìn)水溫度tls、出水溫度t2s、環(huán)境的干球溫度θ s和濕球溫度Ts等參數(shù) 送至智能控制器10，智能控制器10利用控制程序中的轉(zhuǎn)速預(yù)估子程序判斷冷卻塔的工作 狀態(tài)，計(jì)算需要的風(fēng)量并對(duì)第一電動(dòng)機(jī)4的目標(biāo)轉(zhuǎn)速進(jìn)行預(yù)估得到第一電動(dòng)機(jī)4的目標(biāo)轉(zhuǎn) 速n2，經(jīng)過(guò)延時(shí)和切換子程序，將Ii2作為參考量與第一電動(dòng)機(jī)4的實(shí)際轉(zhuǎn)速n2s進(jìn)行閉環(huán)控 制。當(dāng)?shù)谝浑妱?dòng)機(jī)4的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后，第二溫度傳感器905采集冷卻塔出水溫度t2s送至智能 控制器10，智能控制器10將t2s與出水溫度的設(shè)定值t2(l進(jìn)行比較，其差值經(jīng)過(guò)智能控制器 10的外環(huán)調(diào)節(jié)子程序處理后生成初始的第一電動(dòng)機(jī)4的轉(zhuǎn)速控制信號(hào)n2’。此時(shí)智能控制 器10的延時(shí)和切換子程序轉(zhuǎn)為接受II2’作為參考量與第一電動(dòng)機(jī)4的實(shí)際轉(zhuǎn)速n2s作為控 制內(nèi)環(huán)進(jìn)行閉環(huán)控制，得到最終的第一電動(dòng)機(jī)4的轉(zhuǎn)速控制信號(hào)Ii2tl送給第一變頻器5，第 一變頻器5完成對(duì)第一電動(dòng)機(jī)4的轉(zhuǎn)速控制并進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)2的轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié) 。
權(quán)利要求
一種基于動(dòng)力合成器的冷卻塔綜合節(jié)能系統(tǒng)，包括風(fēng)機(jī)(2)、水輪機(jī)(3)、第一電動(dòng)機(jī)(4)、第一變頻器(5)、水泵(6)、第二電動(dòng)機(jī)(7)、第二變頻器(8)和傳感器組(9)，其特征是所述綜合節(jié)能系統(tǒng)還包括動(dòng)力合成器(1)和智能控制器(10)；所述的傳感器組(9)包括轉(zhuǎn)速傳感器(901)、流量計(jì)(902)、壓力傳感器(903)、第一溫度傳感器(904)、第二溫度傳感器(905)、干濕球溫度傳感器(906)；轉(zhuǎn)速傳感器(901)位于動(dòng)力合成器(1)的輸出軸端，流量計(jì)(902)、壓力傳感器(903)以及第一溫度傳感器(904)位于冷卻塔的循環(huán)冷卻水管路進(jìn)水口處，第二溫度傳感器(905)位于冷卻塔的出水口處，干濕球溫度傳感器(906)置于冷卻塔附近的空氣中；傳感器組(9)的信號(hào)輸出端與智能控制器(10)的信號(hào)輸入端相連，智能控制器(10)的信號(hào)輸出端與動(dòng)力合成器(1)、第一變頻器(5)和第二變頻器(8)相連，第一變頻器(5)與第一電動(dòng)機(jī)(4)相連，第二變頻器(8)與第二電動(dòng)機(jī)(7)相連，第二電動(dòng)機(jī)(7)與水泵(6)相連驅(qū)動(dòng)水泵(6)運(yùn)轉(zhuǎn)，水輪機(jī)(3)的進(jìn)水口與水泵(6)的出水口通過(guò)管路相連，動(dòng)力合成器(1)的兩個(gè)輸入軸分別與水輪機(jī)(3)和第一電動(dòng)機(jī)(4)的輸出軸相連，動(dòng)力合成器(1)的輸出軸與風(fēng)機(jī)(2)相連，所述的綜合節(jié)能系統(tǒng)采用水輪機(jī)(3)作為主要?jiǎng)恿Γ谝浑妱?dòng)機(jī)(4)作為輔助動(dòng)力驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)(2)運(yùn)轉(zhuǎn)。
2.應(yīng)用于權(quán)利要求1所述的基于動(dòng)力合成器的冷卻塔綜合節(jié)能系統(tǒng)的控制方法，其特 征是所述的轉(zhuǎn)速傳感器(901)、流量計(jì)(902)、壓力傳感器(903)、第一溫度傳感器(904)、 第二溫度傳感器(905)、干濕球溫度傳感器(906)分別采集風(fēng)機(jī)(2)的轉(zhuǎn)速、循環(huán)冷卻水的 流量、壓力、冷卻塔的進(jìn)水溫度tls、冷卻塔的出水溫度t2s、環(huán)境的干濕球溫度τ s，并送至智 能控制器(10)，智能控制器(10)根據(jù)以上參數(shù)對(duì)冷卻塔、水泵(6)和水輪機(jī)(3)工作狀態(tài) 進(jìn)行分析，若造成冷卻塔冷卻效果下降的原因是負(fù)荷增加，則增加第二電動(dòng)機(jī)(7)的輸出 功率，進(jìn)而增加水泵(6)的流量和揚(yáng)程；若造成冷卻塔冷卻效果下降的原因是由于環(huán)境條 件變化帶來(lái)的影響，則增加第一電動(dòng)機(jī)(4)的輸出功率；當(dāng)冷卻塔的冷卻效果較好可以節(jié) 能運(yùn)行時(shí)，則優(yōu)先減小第一電動(dòng)機(jī)(4)的輸出功率，當(dāng)?shù)谝浑妱?dòng)機(jī)(4)關(guān)閉后，再逐漸減小 第二電動(dòng)機(jī)(7)的輸出功率，降低水泵(6)的流量和揚(yáng)程。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制方法，其特征是對(duì)所述的第二電動(dòng)機(jī)(7)是在常規(guī)單 閉環(huán)控制的基礎(chǔ)上，以冷卻塔進(jìn)水溫度作為反饋量，并增加效率判斷環(huán)節(jié)；在控制周期開(kāi)始 時(shí)，第一溫度傳感器(904)采集冷卻塔的進(jìn)水溫度，送至智能控制器(10)；智能控制器(10) 將冷卻塔的進(jìn)水溫度與進(jìn)水溫度設(shè)定值進(jìn)行比較，進(jìn)水溫度與進(jìn)水溫度設(shè)定值的差值經(jīng)過(guò) 智能控制器(10)的調(diào)節(jié)子程序處理后，生成初始的第二電動(dòng)機(jī)(7)的轉(zhuǎn)速控制信號(hào)，送給 智能控制器(10)的判斷子程序；判斷子程序的工作流程為當(dāng)?shù)诙妱?dòng)機(jī)(7)的轉(zhuǎn)速控制 信號(hào)向遞增的方向變化時(shí)，流量計(jì)(902)、壓力傳感器(903)和轉(zhuǎn)速傳感器(901)分別檢測(cè) 冷卻塔入口循環(huán)冷卻水的流量、壓力和風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速等參數(shù)，送至智能控制器(10)，智能控制器 (10)依據(jù)采集的冷卻塔入口循環(huán)冷卻水的流量、壓力和風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速等參數(shù)計(jì)算水輪機(jī)(3)的 單位流量和單位轉(zhuǎn)速，得到水輪機(jī)(3)在水輪機(jī)(3)的特性曲線上的工作點(diǎn)，智能控制器 (10)同時(shí)估算水泵(6)的實(shí)際揚(yáng)程，得到水泵(6)在水泵(6)的特性曲線上的工作點(diǎn)，進(jìn)而 判斷水輪機(jī)(3)和水泵(6)的工作點(diǎn)是否在各自特性曲線上的高效率區(qū)域；若水輪機(jī)(3) 和水泵(6)的工作點(diǎn)均在各自特性曲線上的高效率區(qū)域，則表明水輪機(jī)3和水泵6的工作 效率較高，此時(shí)輸出本周期的第二電動(dòng)機(jī)(7)的轉(zhuǎn)速控制信號(hào)給第二變頻器(8)，第二變頻 器(8)完成對(duì)第二電動(dòng)機(jī)(7)的調(diào)速控制；否則輸出上一周期的第二電動(dòng)機(jī)(7)的轉(zhuǎn)速控制信號(hào)，維持第二電動(dòng)機(jī)(7)原來(lái)的運(yùn)行狀態(tài)；當(dāng)?shù)诙妱?dòng)機(jī)(7)的轉(zhuǎn)速控制信號(hào)向遞減的 方向變化時(shí)，智能控制器(10)不經(jīng)過(guò)判斷直接輸出本周期的第二電動(dòng)機(jī)(7)的轉(zhuǎn)速控制信 號(hào)送至第二變頻器(8)，第二變頻器(8)實(shí)現(xiàn)對(duì)第二電動(dòng)機(jī)(7)的工作狀態(tài)的調(diào)速控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制方法，其特征是對(duì)所述的第一電動(dòng)機(jī)(4)在啟動(dòng)狀態(tài) 采用轉(zhuǎn)速預(yù)估和轉(zhuǎn)速反饋的單閉環(huán)控制，在穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)采用溫度和轉(zhuǎn)速反饋的雙閉環(huán)控 制；在第一電動(dòng)機(jī)⑷啟動(dòng)之前，轉(zhuǎn)速傳感器(901)檢測(cè)風(fēng)機(jī)(2)的轉(zhuǎn)速送至智能控制器 (10)，智能控制器(10)計(jì)算第一電動(dòng)機(jī)(4)需要達(dá)到的初始轉(zhuǎn)速，并以初始轉(zhuǎn)速作為參考 量啟動(dòng)第一電動(dòng)機(jī)(4)，經(jīng)過(guò)At秒后，將動(dòng)力合成器(1)的電磁離合器(102)閉合，第一 電動(dòng)機(jī)⑷投入工作，其中At為第一電動(dòng)機(jī)(4)的啟動(dòng)時(shí)間；在動(dòng)力合成器(1)的電磁離 合器(102)閉合之后，智能控制器(10)依據(jù)轉(zhuǎn)速傳感器(901)檢測(cè)的風(fēng)機(jī)(2)的轉(zhuǎn)速計(jì)算 第一電動(dòng)機(jī)(4)的實(shí)際轉(zhuǎn)速；在第一電動(dòng)機(jī)(4)啟動(dòng)狀態(tài)，流量計(jì)(902)、第一溫度傳感器 (904)、第二溫度傳感器(905)和干濕球溫度傳感器(906)分別采集冷卻塔循環(huán)冷卻水的流 量、進(jìn)水溫度、出水溫度、環(huán)境的干濕球溫度等參數(shù)送至智能控制器(10)，智能控制器(10) 利用控制程序中的轉(zhuǎn)速預(yù)估子程序判斷冷卻塔的工作狀態(tài)，計(jì)算需要的風(fēng)量并對(duì)第一電動(dòng) 機(jī)⑷的目標(biāo)轉(zhuǎn)速進(jìn)行預(yù)估得到第一電動(dòng)機(jī)⑷的目標(biāo)轉(zhuǎn)速，智能控制器(10)將第一電動(dòng) 機(jī)(4)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速作為參考量與第一電動(dòng)機(jī)(4)的實(shí)際轉(zhuǎn)速進(jìn)行閉環(huán)控制；當(dāng)?shù)谝浑妱?dòng)機(jī) (4)的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后，第二溫度傳感器(905)采集冷卻塔出水溫度送至智能控制器(10)，智 能控制器(10)將冷卻塔出水溫度與出水溫度的設(shè)定值進(jìn)行比較，其差值經(jīng)過(guò)智能控制器 (10)的外環(huán)調(diào)節(jié)子程序處理后生成初始的第一電動(dòng)機(jī)(4)的轉(zhuǎn)速控制信號(hào)；此時(shí)智能控制 器(10)的延時(shí)和切換子程序轉(zhuǎn)為接受初始的第一電動(dòng)機(jī)(4)的轉(zhuǎn)速控制信號(hào)作為參考量 與第一電動(dòng)機(jī)(4)的實(shí)際轉(zhuǎn)速作為控制內(nèi)環(huán)進(jìn)行閉環(huán)控制，得到最終的第一電動(dòng)機(jī)(4)的 轉(zhuǎn)速控制信號(hào)送給第一變頻器(5)，第一變頻器(5)完成對(duì)第一電動(dòng)機(jī)(4)的轉(zhuǎn)速控制并進(jìn) 而實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)(2)的轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制方法，其特征是在保持冷卻塔出水溫度不高于設(shè)定溫 度的同時(shí)，也保持冷卻塔的進(jìn)水溫度穩(wěn)定在設(shè)定值。
全文摘要
一種基于動(dòng)力合成器的冷卻塔綜合節(jié)能系統(tǒng)及其控制方法，由傳感器組(9)采集風(fēng)機(jī)(2)的轉(zhuǎn)速、循環(huán)冷卻水的流量、壓力、冷卻塔的進(jìn)水溫度和出水溫度、環(huán)境的干濕球溫度，并送給智能控制器(10)，智能控制器(10)控制冷卻塔、水泵(6)和水輪機(jī)(3)工作狀態(tài)，若造成冷卻塔的冷卻效果下降的原因是負(fù)荷增加，則增加第二電動(dòng)機(jī)(7)的輸出功率，進(jìn)而提高水泵(6)的流量和揚(yáng)程；若山于環(huán)境條件變化造成冷卻效果下降時(shí)，則增加第一電動(dòng)機(jī)(4)的輸出功率；當(dāng)冷卻塔的冷卻效果達(dá)到要求可以節(jié)能運(yùn)行時(shí)，則優(yōu)先減小第一電動(dòng)機(jī)(4)的輸出功率，當(dāng)?shù)谝浑妱?dòng)機(jī)(4)關(guān)閉后，再逐漸減小第二電動(dòng)機(jī)(7)的輸出功率，降低水泵(6)的流量和揚(yáng)程。
文檔編號(hào)F28F27/00GK101865613SQ20101020038
公開(kāi)日2010年10月20日 申請(qǐng)日期2010年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月9日
發(fā)明者史金華, 張國(guó)強(qiáng), 郭潤(rùn)睿 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院電工研究所;南京大洋冷卻塔股份有限公司