一種高壓余能回收液力透平試驗臺及其控制方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于測量設備領域，特別是一種為高壓余能回收液力透平提供性能測試的試驗平臺及其控制方法。
【背景技術】
[0002]在世界能源日趨緊張的今天，液力透平作為一種能量回收裝置，逐步應用于工業(yè)生產(chǎn)中并取得了不錯的收效，有效的節(jié)約了能源，緩解了能源緊張的現(xiàn)狀。然而對于高壓介質(zhì)的能量回收液力透平來講，其發(fā)展還處于不成熟階段，對高壓余能回收液力透平的性能研宄還要基于大量的實驗。
[0003]與普通泵試驗臺、普通透平試驗臺不同地，高壓余能回收液力透平的進口工質(zhì)為高壓液體。對于工業(yè)廢水，其壓力能達到幾兆帕甚至幾十兆帕，而在實驗中為獲得高壓液體單純增加進口液體液位高度不太現(xiàn)實，所以需要高壓泵為液體增壓。另外，普通試驗臺不具有自動控制功能，其壓力、流量等參數(shù)可調(diào)性差，不能方便的記錄不同工況下的液力透平外特性參數(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了更好地對高壓余能回收液力透平進行研宄，更好地把握不同種類液力透平各自的能量回收特性，本發(fā)明提供了一種高壓余能回收液力透平試驗臺及其控制方法，為研宄液力透平提供了方便。將該試驗臺推廣應用，將會為液力透平發(fā)展起到推動作用。
[0005]為了達到上述目的，本發(fā)明的技術方案如下:
[0006]一種高壓余能回收液力透平試驗臺，包括液力透平進水管路、液力透平、液力透平出水管路、液力透平發(fā)電裝置；所述液力透平進水管路包括變頻電機、高壓柱塞泵、電動調(diào)節(jié)閥、加熱裝置、第一渦輪流量計，所述變頻電機通過聯(lián)軸器與高壓柱塞泵軸端相連，高壓柱塞泵吸入管路通入到水池中，高壓柱塞泵泵出口法蘭與三通A第一端連接，所述三通A的第二端連接溢流閥的進口，三通A的第三端連接電動調(diào)節(jié)閥，所述溢流閥的出口連接管路將溢流水排放至水池中，所述電動調(diào)節(jié)閥和加熱裝置相連，所述加熱裝置和第一渦輪流量計一端相連，所述第一渦輪流量計另一端和三通B的第一端相連，三通B的第二端和液力透平的進水法蘭端相連通；所述液力透平發(fā)電裝置包括發(fā)電機、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀，所述發(fā)電機通過聯(lián)軸器與轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀一端相連，轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀另一端通過聯(lián)軸器與液力透平的軸端相連；三通B的第三端連接第一壓力變送器￠);所述液力透平出水管路包括三通C、第二渦輪流量計、第二壓力變送器，所述液力透平的出口法蘭連接三通C的第一端，三通C第二端連接有第二壓力變送器，三通C第三端連接第二渦輪流量計的一端，第二渦輪流量計的另一端連接管路將出口水排放至水池中。
[0007]進一步，所述三通B的第二端和液力透平的進水法蘭端之間設有第一壓力表，三通B的第三端連接第一壓力變送器，三通B和第一渦輪流量計之間設置有溫度傳感器，液力透平出口法蘭和三通C之間連接有第二壓力表。
[0008]進一步，所述液力透平進口管路端的第一壓力變送器的相連管路上設有第一電動截止閥，所述高壓柱塞泵出口管段設置第二電動截止閥，所述第二壓力變送器和三通C之間設有第三電動截止閥。
[0009]進一步，所述加熱裝置采用電加熱方式，裝置內(nèi)部管路布置成蛇形。
[0010]本發(fā)明的控制方法的技術方案為:
[0011]一種高壓余能回收液力透平試驗臺控制方法，包括步驟:
[0012]SI，試驗臺系統(tǒng)啟動之前，保證高壓柱塞泵出口處第二電動截止閥為打開狀態(tài)，第一電動截止閥、第三電動截止閥為關閉狀態(tài)，通過PLC將頻率信號傳遞給變頻電機，變頻電機啟動，高壓柱塞泵開始運行，并將水由水池抽送至液力透平的進水管路中，同時PLC把頻率信號遞交給變頻電機，變頻電機又將當前頻率信號反饋給PLC控制系統(tǒng)，由控制系統(tǒng)對其頻率信號進行采集，從而實現(xiàn)對其頻率的控制；
[0013]S2，第一渦輪流量計、第二渦輪流量計分別將液力透平進出口流量信號傳遞給PLC控制系統(tǒng)，當系統(tǒng)運行穩(wěn)定后通過PLC將開啟信號傳遞給第一電動截止閥、第三電動截止閥，截止閥打開，從而第一壓力變送器、第二壓力變送器開始分別對液力透平進出口壓力進行測量，并將信號傳遞給PLC控制系統(tǒng)；
[0014]S3，加熱裝置接受PLC控制系統(tǒng)的電加熱信號，開始對管內(nèi)流體進行加熱；并通過溫度傳感器測量出流體溫度值，將溫度值轉(zhuǎn)換為電信號傳遞給PLC控制系統(tǒng)，當溫度達到預期值，切斷PLC傳遞的電加熱信號；
[0015]S4,當液力透平運行時，轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀將轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速值轉(zhuǎn)化為電信號傳遞給PLC控制系統(tǒng)，從而完成轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速信息的采集；
[0016]S5，當高壓柱塞泵出現(xiàn)運行故障，能夠?qū)⒐收蠣顟B(tài)信號傳遞給PLC控制系統(tǒng)，PLC系統(tǒng)通過對變頻電機頻率信號的控制來使其暫停運行。
[0017]進一步，所述步驟S2中，通過PLC控制系統(tǒng)對電動調(diào)節(jié)閥進行液力透平進水管路壓力、流量控制，第一渦輪流量計、第二渦輪流量計與第一壓力變送器、第二壓力變送器傳遞到PLC控制系統(tǒng)的信號發(fā)生相應變化，實現(xiàn)對管路中壓力、流量信號的采集與控制。
[0018]本發(fā)明具有以下技術效果:
[0019]I)本發(fā)明的變頻電機能夠調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，使高壓柱塞泵出口參數(shù)隨變頻電機轉(zhuǎn)速獲得相應變化；液力透平進、出水管路上的壓力變送器能夠?qū)毫D(zhuǎn)化為電信號進行輸出，進水管路上的渦輪流量計將流量轉(zhuǎn)化為電信號進行輸出。考慮到高壓介質(zhì)的溫度甚至狀態(tài)對能量回收特性的影響，本發(fā)明設置的加熱裝置能夠?qū)σ后w進行加熱，并通過設置溫度傳感器感受液體溫度變化，將溫度參數(shù)轉(zhuǎn)化為電信號輸出。
[0020]2)溢流閥具有臨界壓力參數(shù)值，當高壓柱塞泵出口壓力過高，部分高壓水將通過溢流閥回流至水池中，使柱塞泵出口壓力降低，對管路起到保護作用；電動調(diào)節(jié)閥通過接收自動控制系統(tǒng)的電信號來控制管道中液體的流量、溫度、壓力等參數(shù)，因而實現(xiàn)自動化調(diào)節(jié)功能；所述高壓柱塞泵出口管段設置電動截止閥，電動截止閥同樣通過接收控制系統(tǒng)電信號來實現(xiàn)管路的通斷。
[0021]3)本發(fā)明的高壓余能回收液力透平試驗臺，其能有效地控制液體壓力、流量等參數(shù)，準確地采集并記錄參數(shù)信息，相比普通試驗臺具有一定的創(chuàng)新性。該平臺的加熱裝置內(nèi)管段布置成蛇形從而增加管內(nèi)水與電加熱熱源之間的換熱，考慮到透平入口工質(zhì)的溫度甚至相態(tài)對透平的能量回收特性產(chǎn)生影響，本發(fā)明設置的加熱裝置為上述影響的研宄提供方便，并保證其承壓能力。
[0022]4)系統(tǒng)中各個設備、儀器可通過自動控制PLC系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)，相關參數(shù)信息可通過PLC控制系統(tǒng)進行采集，該平臺能夠能夠可控制變量地研宄某單一介質(zhì)參數(shù)對液力透平性能的影響。
【附圖說明】
[0023]圖1為高壓余能回收液力透平試驗臺系統(tǒng)方案圖；
[0024]圖2為自動控制方案圖。
[0025]圖中:1-溢流閥，2-電動調(diào)節(jié)閥，3-加熱裝置，4-第一渦輪流量計，5-溫度傳感器，6-第一壓力變送器，7-第一電動截止閥，8-第一壓力表，9-第二壓力變送器，10-第二渦輪流量計，11-變頻電機，12-高壓柱塞泵，13-第二電動截止閥，14-發(fā)電機，15-轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀，16-水池，17-液力透平，18-第二壓力表，19-第三電動截止閥。
【具體實施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖以及具體實施例對本發(fā)明作進一步的說明，但本發(fā)明的保護范圍并不限于此。
[0027]圖1為本發(fā)明高壓余能回收液力透平試驗臺系統(tǒng)方案圖。包括液力透平17，發(fā)電機14，變頻電機11，高壓柱塞泵12，溢流閥1，電動調(diào)節(jié)閥2，加熱裝置3，渦輪流量計4、10，溫度傳感器5，壓力變送器6、9，壓力表8、18，水池16，轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀15。
[0028]其連接方式為:轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀15 —端通過聯(lián)軸器與液力透平17軸相連接，另一側(cè)通過聯(lián)軸器與發(fā)電機14相連接，高壓柱塞泵12軸端與變頻電機11通過聯(lián)軸器相連接。液力透平17進口法蘭連接有第一壓力表8及三通B，三通B剩余兩端其中之一端連接第一壓力變送器6，另一端依次連接有溫度傳感器5、第一渦輪流量計4、加熱裝置3、電動調(diào)節(jié)閥2構(gòu)成液力透平的進水管路，液力透平17出口法蘭處同樣接有第二壓力表18及三通C，三通C剩余兩端其中之一端連接有第二壓力變送器9，另一端連接第二渦輪流量計10的一端，第二渦輪流量計10的另一端連接管路將出口水排放至水池16中。高壓柱塞泵12吸入管路通入水池中，泵出口法蘭與三通A連接，該三通A的另外兩端其中一端連接溢流閥I進口，另一端連接電動調(diào)節(jié)閥2從而與所述液力透平17進水管路相連接。溢流閥I出口連接管路將溢流水排放至水池16中。液力透平17進、出口管路，高壓柱塞泵12出口管段均設置電動截止閥。
[0029]圖2為本發(fā)明自動控制方案圖。展示了試驗臺系統(tǒng)中各個