本發(fā)明涉及發(fā)電系統(tǒng)的泵汽蝕防護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種利用前置泵解決orc發(fā)電系統(tǒng)泵汽蝕的裝置及其使用方法。
背景技術(shù)：
為提高能源利用率，國(guó)家提出了“十三五”節(jié)能環(huán)保發(fā)展規(guī)劃，積極鼓勵(lì)余熱能源的開(kāi)發(fā)與利用。作為國(guó)內(nèi)新興熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)，有機(jī)朗肯循環(huán)(簡(jiǎn)稱(chēng)orc)發(fā)電系統(tǒng)具有利用熱源溫度低、系統(tǒng)工作壓力低、系統(tǒng)占地空間小、撬裝體方便運(yùn)輸與安裝、較好的適應(yīng)性及高效環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，目前已成為國(guó)內(nèi)余熱回收領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)；
泵作為有機(jī)工質(zhì)動(dòng)力的來(lái)源，是orc發(fā)電系統(tǒng)中重要設(shè)備之一；實(shí)際的使用過(guò)程中，由于轉(zhuǎn)速高流量大，容易出現(xiàn)汽蝕現(xiàn)象；泵的汽蝕現(xiàn)象是指，泵入口介質(zhì)在葉輪進(jìn)口處因壓力低于該處溫度對(duì)應(yīng)的汽化壓力而汽化成為小氣泡，在流動(dòng)中壓力變化使氣泡破裂、凝結(jié)，同時(shí)液體填充空穴發(fā)生碰撞形成水擊，導(dǎo)致葉片表面被沖蝕損壞；
對(duì)于汽蝕現(xiàn)象，其解決方法通常為降低泵高度，提升液位高度來(lái)增加泵入口的壓力，從而提升有效汽蝕余量，來(lái)避免汽蝕發(fā)生，但此方法對(duì)空間需求較大,1-2m的高度差才能起到防止汽蝕的作用，提高了土建成本，影響了orc發(fā)電裝置小型撬裝體的布置方式，且往往因?yàn)槭苁┕た臻g條件制約而無(wú)法實(shí)施；
此外，對(duì)過(guò)流部件表面進(jìn)行處理，采用噴涂不銹鋼和環(huán)氧云鐵防腐涂料進(jìn)行抗汽蝕修補(bǔ)，噴涂后漆膜堅(jiān)韌、耐磨，表面硬度可達(dá)hrc60-70；這種方法雖然提高了泵的使用壽命，但無(wú)法解決泵發(fā)生汽蝕現(xiàn)象這一根本問(wèn)題，無(wú)法解決汽蝕過(guò)程中泵的振動(dòng)、噪聲及對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明克服了上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種利用前置泵解決orc發(fā)電系統(tǒng)泵汽蝕的裝置及其使用方法；本發(fā)明通過(guò)調(diào)節(jié)前置泵頻率改變工質(zhì)泵入口工質(zhì)壓力，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)有效汽蝕余量的控制，工質(zhì)泵入口工質(zhì)壓力的升高，保證有效汽蝕余量npsha升高，解決泵的汽蝕問(wèn)題，并且避免了改造空間的限制問(wèn)題。
本發(fā)明的技術(shù)方案：
一種利用前置泵解決orc發(fā)電系統(tǒng)泵汽蝕的裝置，包括工質(zhì)儲(chǔ)液罐、前置泵、工質(zhì)泵；所述工質(zhì)儲(chǔ)液罐與系統(tǒng)工質(zhì)側(cè)入口管路連接，所述工質(zhì)儲(chǔ)液罐還通過(guò)管路依次與前置泵和工質(zhì)泵連接；所述工質(zhì)泵通過(guò)管路與系統(tǒng)工質(zhì)側(cè)出口連接，所述前置泵與所述工質(zhì)泵之間的管路上設(shè)置有一組溫度檢測(cè)單元和一組壓力檢測(cè)單元，所述工質(zhì)泵與所述系統(tǒng)工質(zhì)側(cè)出口之間的管路上設(shè)置有一組流量檢測(cè)單元。
進(jìn)一步的，所述溫度檢測(cè)單元為一組溫度傳感器。
進(jìn)一步的，所述壓力檢測(cè)單元為一組壓力傳感器。
進(jìn)一步的，所述流量檢測(cè)單元為一組體積流量計(jì)。
一種利用前置泵解決orc發(fā)電系統(tǒng)泵汽蝕的裝置的使用方法包括以下步驟：
a、前置泵升壓：來(lái)自orc發(fā)電系統(tǒng)的有機(jī)工質(zhì)從系統(tǒng)工質(zhì)側(cè)入口經(jīng)管道進(jìn)入工質(zhì)儲(chǔ)液罐，再進(jìn)入前置泵升壓，將有機(jī)工質(zhì)壓力升到ps；
b、工質(zhì)泵升壓：來(lái)自前置泵壓力為ps的有機(jī)工質(zhì)進(jìn)入工質(zhì)泵，工質(zhì)泵再將有機(jī)工質(zhì)泵入orc發(fā)電系統(tǒng)；
c、前置泵頻率的調(diào)節(jié)：將ps與控制要求壓力ps*的比較結(jié)果作為工質(zhì)泵入口工質(zhì)壓力控制信號(hào)，當(dāng)所述壓力檢測(cè)單元測(cè)得壓力ps大于ps*則前置泵頻率保持不變，泵的有效汽蝕余量滿(mǎn)足要求，當(dāng)所述壓力檢測(cè)單元測(cè)得壓力ps小于或等于ps*時(shí)，通過(guò)增大前置泵頻率，升高前置泵出口即工質(zhì)泵入口壓力ps，使得泵的有效汽蝕余量滿(mǎn)足要求。
本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有以下有益效果：
本發(fā)明通過(guò)調(diào)節(jié)前置泵頻率改變工質(zhì)泵入口工質(zhì)壓力，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)有效汽蝕余量的控制，工質(zhì)泵入口工質(zhì)壓力的升高，保證有效汽蝕余量npsha升高，解決泵的汽蝕問(wèn)題，并且避免了改造空間的限制問(wèn)題；
本發(fā)明通過(guò)設(shè)設(shè)有溫度檢測(cè)單元、壓力檢測(cè)單元、流量檢測(cè)單元，通過(guò)測(cè)量信號(hào)計(jì)算產(chǎn)生工質(zhì)泵入口工質(zhì)壓力控制信號(hào)，實(shí)時(shí)調(diào)整前置泵頻率；
本發(fā)明能夠在orc發(fā)電系統(tǒng)原有設(shè)備條件下，在工質(zhì)泵與工質(zhì)儲(chǔ)液罐之間加裝前置泵，不僅可以對(duì)新建機(jī)組的泵進(jìn)行設(shè)置，也可以對(duì)已經(jīng)建成的系統(tǒng)進(jìn)行加裝改造
本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過(guò)發(fā)明的實(shí)踐了解到。
附圖說(shuō)明
圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖中：1-工質(zhì)儲(chǔ)液罐；2-系統(tǒng)工質(zhì)側(cè)入口；3-前置泵；4-溫度檢測(cè)單元；5-壓力檢測(cè)單元；6-工質(zhì)泵；7-流量檢測(cè)單元；8-系統(tǒng)工質(zhì)側(cè)出口。
具體實(shí)施方式
以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
實(shí)施例一：
結(jié)合圖1所示，本實(shí)施例公開(kāi)的一種利用前置泵解決orc發(fā)電系統(tǒng)泵汽蝕的裝置，包括工質(zhì)儲(chǔ)液罐1、前置泵3、工質(zhì)泵6；所述工質(zhì)儲(chǔ)液罐1與系統(tǒng)工質(zhì)側(cè)入口2管路連接，所述工質(zhì)儲(chǔ)液罐1還通過(guò)管路依次與前置泵3和工質(zhì)泵6連接；所述工質(zhì)泵6通過(guò)管路與系統(tǒng)工質(zhì)側(cè)出口8連接，所述前置泵3與所述工質(zhì)泵6之間的管路上設(shè)置有一組溫度檢測(cè)單元4和一組壓力檢測(cè)單元5，所述工質(zhì)泵6與所述系統(tǒng)工質(zhì)側(cè)出口8之間的管路上設(shè)置有一組流量檢測(cè)單元7,所述溫度檢測(cè)單元、壓力檢測(cè)單元、流量檢測(cè)單元的測(cè)量信號(hào)經(jīng)過(guò)計(jì)算處理后得到工質(zhì)泵入口工質(zhì)壓力控制信號(hào)對(duì)前置泵頻率進(jìn)行控制。
具體的，所述溫度檢測(cè)單元4為一組溫度傳感器；壓力檢測(cè)單元5為一組壓力傳感器；所述流量檢測(cè)單元7為一組體積流量計(jì)；溫度檢測(cè)單元4采用量程在-50℃-200℃，精度1％的溫度傳感器，壓力檢測(cè)單元5采用量程在0.1mpa-3mpa，精度為1％的壓力傳感器，流量檢測(cè)單元7采用量程在0.5-1.5m3/min，精度為1％的體積流量計(jì)。
一種利用前置泵解決orc發(fā)電系統(tǒng)泵汽蝕的裝置的使用方法，包括以下步驟：
a、前置泵升壓：前置泵為可以接收工質(zhì)泵入口工質(zhì)壓力控制信號(hào)的變頻泵；來(lái)自orc發(fā)電系統(tǒng)的有機(jī)工質(zhì)從系統(tǒng)工質(zhì)側(cè)入口經(jīng)管道進(jìn)入工質(zhì)儲(chǔ)液罐1，再進(jìn)入前置泵3升壓，將有機(jī)工質(zhì)壓力升到ps；
b、工質(zhì)泵升壓：來(lái)自前置泵3壓力為ps的有機(jī)工質(zhì)進(jìn)入工質(zhì)泵6，工質(zhì)泵6再將有機(jī)工質(zhì)泵入orc發(fā)電系統(tǒng)；
c、前置泵頻率的調(diào)節(jié)：將ps與控制要求壓力ps*的比較結(jié)果作為工質(zhì)泵入口工質(zhì)壓力控制信號(hào)，當(dāng)所述壓力檢測(cè)單元5測(cè)得壓力ps大于ps*則前置泵頻率保持不變，泵的有效汽蝕余量滿(mǎn)足要求，當(dāng)所述壓力檢測(cè)單元5測(cè)得壓力ps小于或等于ps*時(shí)，通過(guò)增大前置泵3頻率，升高前置泵出口即工質(zhì)泵入口壓力ps，使得泵的有效汽蝕余量滿(mǎn)足要求。
根據(jù)所述溫度檢測(cè)單元4測(cè)得溫度tv，根據(jù)所述壓力檢測(cè)單元5測(cè)得壓力ps。
泵的有效汽蝕余量計(jì)算公式：
式中：ps為泵入口靜壓，pa；
vs為泵入口處介質(zhì)流速，m/s；
pv為介質(zhì)在其溫度tv下對(duì)應(yīng)飽和壓力，pa；
ρ為溫度tv對(duì)應(yīng)下的工質(zhì)液體密度，kg/m3；
泵的必需汽蝕余量計(jì)算公式：
式中：v0為葉片進(jìn)口前的絕對(duì)速度，m/s；
w0為葉片進(jìn)口前壓力最低處的相對(duì)速度m/s；
λ為葉片進(jìn)口壓降系數(shù)；
必需汽蝕余量為泵廠家經(jīng)過(guò)試驗(yàn)測(cè)量，結(jié)合公式計(jì)算得到，是泵廠家對(duì)用戶(hù)的使用條件要求。當(dāng)有效汽蝕余量npsha大于必須汽蝕余量npshr時(shí)，可以保證不發(fā)生汽蝕。一般要求有效汽蝕余量大于必須汽蝕余量0.5～1m留為余量以保證泵穩(wěn)定運(yùn)行。要求如下式：
npsha≥npshr+1
控制要求壓力ps*根據(jù)公式
泵入口處工質(zhì)流速vs為根據(jù)公式：
式中：q為利用流量檢測(cè)單元7測(cè)得的管道體積流量m3/s，
d為管道直徑，m。
實(shí)施例二：
在本實(shí)施例中；所述溫度檢測(cè)單元4布置于管道上具有插深的溫井中，保證有機(jī)工質(zhì)管道的密閉性同時(shí)對(duì)工質(zhì)溫度進(jìn)行測(cè)量。
實(shí)施例三：
在本實(shí)施例中；所述壓力檢測(cè)單元5布置于管道上支管座連接的角閥上，通過(guò)角閥的開(kāi)關(guān)，連通或隔離系統(tǒng)與壓力檢測(cè)單元5，保證有機(jī)工質(zhì)管道的密閉性同時(shí)對(duì)工質(zhì)壓力進(jìn)行測(cè)量。
實(shí)施例四：
在本實(shí)施例中；流量檢測(cè)單元7為渦街流量計(jì)。
實(shí)施例五：
在本實(shí)施例中；前置泵3為可以接收工質(zhì)泵6入口工質(zhì)壓力控制信號(hào)的變頻泵。
以上實(shí)施例只是對(duì)本專(zhuān)利的示例性說(shuō)明，并不限定它的保護(hù)范圍，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可以對(duì)其局部進(jìn)行改變，只要沒(méi)有超出本專(zhuān)利的精神實(shí)質(zhì)，都在本專(zhuān)利的保護(hù)范圍內(nèi)。