真空泵系统、凝汽器真空系统及其控制方法与流程

[0001]
本发明涉及真空泵冷却技术领域，尤其涉及一种真空泵系统、凝汽器真空系统及其控制方法。


背景技术：

[0002]
凝汽器真空系统对于电厂运行非常重要，直接影响电厂的经济性和系统运行的稳定性。水环真空泵是建立和维持汽轮机机组的低背压和凝汽器真空的成套装置。使用时，真空泵不断地抽出由不同途径漏入汽轮机及凝汽器的不凝结气体。凝汽器配套选用水环式真空泵的大小，是根据凝汽器干空气泄漏量的大小来确定。如果不及时将凝汽器中泄漏的干空气及时抽出来，汽轮机组的运行稳定性很难保证。相关研究表明，凝汽器真空每提高1kpa，机组带负荷能力提高约1％，改善真空可达到降耗节能的目的。
[0003]
现有的水环式真空泵冷却系统在实际运行过程中，由于循环冷却水系统的冷却能力问题，真空泵工作液长期处于较高的运行温度(≥35℃)，夏季尤为明显，可达40℃以上，此时可建立的极限真空已达到8kpa以上，再提高抽吸能力也无法突破这个极限值，大大限制了凝汽器的真空度。


技术实现要素：

[0004]
本发明的主要目的是提供一种真空泵系统、凝汽器真空系统及其控制方法，旨在解决现有水环式真空泵冷却系统的工作液温度高的问题。
[0005]
为实现上述目的，本发明实施例一方面提出的真空泵系统，包括真空泵循环组和冷水机组，所述真空泵循环组包括真空泵、汽水分离器和换热器，所述真空泵的排气端通过排气管路连接所述汽水分离器的进气口，所述汽水分离器的排液口通过第一冷却管路与所述换热器的进口端连接，所述换热器的出口端通过第二冷却管路连接至所述真空泵的进液口，
[0006]
所述第一冷却管路或所述第二冷却管路上设置有第一开关阀和与所述第一开关阀并联设置的冷却支路，所述冷却支路上串联有所述冷水机组内的蒸发器和第二开关阀，所述真空泵内的工作液经所述换热器一次冷却后或经所述换热器、所述蒸发器二次冷却后回到所述真空泵内。
[0007]
优选地，所述真空泵内的工作液为脱盐水。
[0008]
优选地，所述冷水机组还包括设置于所述冷却支路上的管道泵。
[0009]
优选地，所述真空泵系统还包括循环提供循环冷却水的循环冷却水系统，所述换热器内通过上述循环冷却水系统提供的循环冷却水对工作液进行冷却。
[0010]
本发明实施例另一方面提出的凝汽器真空系统，包括凝汽器和如上述所述的真空泵系统，所述真空泵的抽气端通过进气管路连接所述凝汽器，所述真空泵系统包括两组所述真空泵循环组，且两组所述真空泵循环组共用同一组所述冷水机组。
[0011]
优选地，每组所述真空泵循环组内的冷却支路上还设置有第三开关阀，所述第二
开关阀设置于所述蒸发器的出口侧，所述第三开关阀设置于所述蒸发器的入口侧。
[0012]
优选地，所述第一开关阀、所述第二开关阀、所述第三开关阀均为电磁开关阀。
[0013]
优选地，还包括控制装置，所述控制装置与所述真空泵、所述冷水机组、所述第一开关阀、所述第二开关阀、所述第三开关阀电连接，所述控制装置根据所述真空泵和所述冷水机组的工作状态控制所述第一开关阀、所述第二开关阀、所述第三开关阀的通断。
[0014]
本发明实施例另一方面提出的凝汽器真空系统的控制方法，包括：
[0015]
接收运行模式指令；
[0016]
当所述运行模式指令为夏季模式指令时，按照预设的主备用原则启动所述冷水机组和目标真空泵，并执行与所述目标真空泵对应的第一阀门控制指令，所述第一阀门控制指令用于指示导通所述第一开关阀、所述第二开关阀和所述第三开关阀，并在运行预设时间后截止第一开关阀，所述目标真空泵为两个所述真空泵中的一个；
[0017]
当检测到正常切换指令时，关闭正在使用的所述真空泵并执行与正在使用的所述真空泵对应的第二阀门控制指令，所述第二阀门控制指令用于指示截止所述第二开关阀和所述第三开关阀，开启待使用的所述真空泵并执行与待使用的所述真空泵对应的第一阀门控制指令；
[0018]
当检测到正在使用的所述真空泵异常停机时，执行与异常停机的所述真空泵对应的第二阀门控制指令，启动待使用的所述真空泵并执行与所述待使用的所述真空泵对应的第一阀门控制指令，发出第一异常停机提醒通知；
[0019]
当检测到所述冷水机组异常停机时，执行与正在使用的所述真空泵对应的第三阀门控制指令，所述第三阀门控制指令用于指示截止所述第二开关阀和第三开关阀和导通所述第一开关阀，发出第二异常停机提醒通知。
[0020]
优选地，所述接收模式指令之后还包括：
[0021]
当所述模式指令为冬季模式指令时，按照所述主备用原则启动目标真空泵，并执行与所述目标真空泵对应的第四阀门控制指令，所述第四阀门控制指令用于指示导通所述第一开关阀；
[0022]
当检测到正常切换指令时，关闭正在使用的所述真空泵并执行与正在使用的所述真空泵对应的第五阀门控制指令，开启待使用的所述真空泵并执行与所述待使用的所述真空泵对应的第四阀门控制指令，所述第五阀门控制指令用于指示截止所述第一开关阀；
[0023]
当检测到正在使用的所述真空泵异常停机时，执行与异常停机的所述真空泵对应的所述第五阀门控制指令，并启动待使用的所述真空泵并执行与所述待使用的所述真空泵对应的第四阀门控制指令，发出第一异常停机提醒通知。
[0024]
本发明实施例提供的真空泵系统，在现有的真空泵系统增加冷水机组，通过控制第一开关阀和第二开关阀的通断，真空泵的工作液既可以通过现有的换热器进行冷却，还可以在与现有的换热器进行热量交换后，直接与冷水机组的蒸发器进行热量交换，相比现有的只通过换热器对工作液进行冷却，增加二次冷却，能够大大提供冷却效果。同时，相比通过冷水机组的冷冻液先为换热器降温，再通过换热器为工作液降温，不仅能够快达到速冷却的目的，显著降低冷水机组的功耗，避免换热器的热交换效率对整体冷却效率的限制，运行更加经济高效，从而提高真空泵的抽真空能力。
附图说明
[0025]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
[0026]
图1为本发明实施例中真空泵系统的示意图；
[0027]
图2为本发明实施例中凝汽器真空系统的示意图；
[0028]
图3为本发明一实施例中凝汽器真空系统的控制方法的流程图；
[0029]
图4为本发明另一实施例中凝汽器真空系统的控制方法的流程图。
[0030]
附图标号说明：
[0031]
1-真空泵系统、11-真空泵、111-第一真空泵、112-第二真空泵、12-汽水分离器、13-换热器、14-进气管路、15-排气管路、16-第一冷却管路、17-第二冷却管路、18-冷却支路、19-第一开关阀、110-第二开关阀、111-第三开关阀、2-冷水机组、21-管道泵、3-凝汽器。
[0032]
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0033]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0034]
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
[0035]
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0036]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0037]
另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
[0038]
本发明实施例的主要目的是提供一种真空泵系统、凝汽器真空系统及其控制方法，旨在解决现有水环式真空泵冷却系统的工作液温度高的问题。
[0039]
请参照图1和图2，本发明实施例提供的真空泵系统1，包括真空泵循环组和冷水机组2，真空泵循环组包括真空泵11、汽水分离器12和换热器13，真空泵11的抽气端用于通过
进气管路14连接凝汽器3，用于抽取凝汽器3内的不凝结气体。真空泵11的排气端通过排气管路15连接汽水分离器12的进气口，汽水分离器12的排液口通过第一冷却管路16与换热器13的进口端连接，换热器13的出口端通过第二冷却管路17连接至真空泵11的进液口。其中，第一冷却管路16或第二冷却管路17上设置有第一开关阀19和与第一开关阀19并联设置的冷却支路18，冷却支路18上串联有冷水机组2内的蒸发器和第二开关阀110，真空泵11内的工作液经换热器13一次冷却后或经换热器13、蒸发器二次冷却后回到真空泵11内。
[0040]
本实施例的工作原理是，真空泵11抽取凝汽器3内的不凝结气体后，将不凝结气体与工作液的混合物排至汽水分离器12内，在汽水分离器12的分离作用下，气态物质经汽水分离器12的排气口排出，液态物质经汽水分离器12的排水口排出至换热器13。需要说明的是，汽水分离器12内存储有一定的凝结水，凝结水与真空泵11的工作液相同。当真空泵11运行时，汽水分离器12中的凝结水也会从排气口排出，水位会降低。如果汽水分离器12中的水位过低形不成水循环，真空泵11内的汽水混合物得不到压缩排不到大气中，真空泵11起不到抽真空作用。因此运行中汽水分离器12需补水且保持一定水位。
[0041]
在本实施例中，导通第一开关阀19时，工作液经换热器13的一次冷却降温后回到真空泵11内。导通第二开关阀110时，工作液经换热器13的第一次冷却降温后，又经冷却支路18达到冷水机组2的蒸发器内，并经蒸发器第二次冷却降温后回到真空泵11内，此时工作液经历了二次冷却降温。
[0042]
可以理解的是，蒸发器的降温效果要比循环冷却水的降温效果好，在第二冷却管路17上设置第一开关阀19和与第一开关阀19并联的冷却支路18，此时工作液先经过换热器13后再经过蒸发器，能够形成阶梯性冷却，有利于减少冷水机组2的功耗，提高换热器13的换热效果。在其他实施例中，也可以先经过蒸发器后再经过换热器13，即在第一冷却管路16上设置第一开关阀19和与第一开关阀19并联的冷却支路18，此时相比设置在第二冷却管路17上能量利用率低些。
[0043]
可以理解的是，真空泵系统1还包括提供循环冷却水的循环冷却水系统，换热器13通过循环冷却水系统提供的循环冷却水对工作液进行冷却。其中，换热器13优选有板式换热器13。现有的真空泵系统配置有循环冷却水系统。
[0044]
进一步地，为了加快工作液在冷却支路18上的流动速度，提高冷却效率，冷水机组2还包括设置于冷却支路18上的管道泵21，管道泵21加快工作液送入蒸发器内的速度。
[0045]
当在夏季时，现有的循环水冷却系统冷却效果不好，需要投入冷水机组2为工作液降温，此时将第二开关阀110导通。当在冬季，不需要投入冷水机组2，现有的循环水冷却系统已经够用，此时将第一开关阀19导通，第二开关阀110截止。当冷水机组2故障时，此时将第一开关阀19导通，第二开关阀110截止，则利用现有的循环冷却水系统为工作液降温，对整个机组的安全运行不会造成影响。
[0046]
需要说明的是，冷水机组2包括依次连通的制冷压缩机、冷凝器、节流阀和蒸发器组成。制冷压缩机排出高温高压气态冷媒进入冷凝器，放热后变成高压液态冷媒进入节流阀，节流后低温低压冷媒在蒸发器内吸收工作液的热量，以对工作液进行冷却降温。由于工作液直接通过蒸发器内的管道，为了避免工作液对蒸发器管道的腐蚀，工作液选用脱盐水。
[0047]
本技术通过在现有的真空泵系统1增加冷水机组2，通过控制第一开关阀19和第二开关阀110的通断，真空泵11的工作液既可以通过现有的换热器13进行冷却，还可以在与现
有的换热器13进行热量交换后，直接与冷水机组2的蒸发器进行热量交换，相比现有的只通过循环冷却水对工作液进行冷却，增加二次冷却，能够大大提供冷却效果。同时，相比现有的通过冷水机组2的冷冻液先为换热器13降温，再通过换热器13为工作液降温，不仅能够快达到速冷却的目的，显著降低冷水机组2的功耗，避免换热器13的热交换效率对整体冷却效率的限制，运行更加经济高效，从而提高真空泵11的抽真空能力。通过本技术方案的实施，真空泵11的工作液经冷水机组2二次冷却后所达到的温度为7℃-12℃。
[0048]
另外，本发明实施例还提供了一种凝汽器真空系统，包括凝汽器3和上述的真空泵系统1，真空泵11的抽气端通过进气管路连接凝汽器3，真空泵系统1包括两组真空泵循环组，且两组真空泵循环组共用同一组冷水机组2。由于凝汽器真空系统包含了上述真空泵系统1，因此凝汽器真空系统具备上述真空泵系统1的所有有益效果，在此不赘述。可以理解的是，循环冷却水系统同时为两组真空泵循环组的换热器13提供循环冷却水。
[0049]
进一步地，由于两组真空泵循环组共用同一组冷水机组2，为了避免两组真空泵循环组的工作液乱流的现象，在每组真空泵循环组内的冷却支路18上还设置有第三开关阀111，且第二开关阀110设置于蒸发器的出口侧，第三开关阀111设置于蒸发器的入口侧。此时，通过同时截止或同时导通同组的第二开关阀110和第三开关阀111，控制工作液能够在同一真空泵循环组的管道内流通。
[0050]
优选地，第一开关阀19、第二开关阀110、第三开关阀111均为电磁开关阀，有利于实现自动化控制。
[0051]
进一步地，凝汽器真空系统包括控制装置，控制装置与真空泵11、冷水机组2、第一开关阀19、第二开关阀110、第三开关阀111电连接，控制装置根据真空泵11和冷水机组2的工作状态控制第一开关阀19、第二开关阀110、第三开关阀111的通断。
[0052]
本实施例中的凝汽器真空系统，可维持进入真空泵11的工作液温度低于15℃，提高机组发电效率；凝汽器3极限真空可由高温季节下的40℃工作液温度对应的8kpa提升至15℃工作液温度对应下的3kpa左右，汽轮机机组效率提升最高可达5％以上。
[0053]
另外，本发明实施例还提供了上述凝汽器真空系统的控制方法，包括：
[0054]
s10：接收运行模式指令；
[0055]
在本实施例中，凝汽器真空系统的控制方法的执行主体为控制装置，控制装置可以为控制器，或者其他具有处理功能的设备，如笔记本电脑、服务器、计算器或专门的控制仪器等。运行模式指令可以由操作人员触发，例如操作人员基于控制装置的交互屏幕或者按键、按钮等触发。也可以由控制装置根据温度采集装置的采集结果来触发运行模式指令，例如当外界温度低于15℃时则触发冬季运行模式，当外界温度高于15℃时则触发夏季运行模式。
[0056]
s11：当所述运行模式指令为夏季模式指令时，按照预设的主备用原则启动所述冷水机组2和目标真空泵，并执行与所述目标真空泵对应的第一阀门控制指令，所述第一阀门控制指令用于指示导通所述第一开关阀19、所述第二开关阀110和所述第三开关阀111，并在运行预设时间后关闭第一开关阀19，所述目标真空泵为两个所述真空泵11中的一个；
[0057]
主备用原则设定了主用真空泵循环组和备用真空泵循环组。主用真空泵循环组为首先投入运行的真空泵循环组，例如第一真空泵循环组为主用真空泵循环组，第二真空泵循环组为备用真空泵循环组，控制装置首先启用第一真空泵循环组，此时第一真空泵111首
先启用，第二真空泵112处于备用状态。
[0058]
控制装置接收到运行模式指令后，判断运行模式指令的类型。当运行模式指令为夏季模式指令时，则投入冷水机组2对工作液进行二次冷却降温。具体地，启动冷水机组2开始制冷，并开启目标真空泵，目标真空泵为主用真空泵循环组的真空泵11。开启目标真空泵之后，执行对应的第一阀门控制指令。第一阀门控制指令用于指示控制装置导通第一开关阀19、第二开关阀110和第三开关阀111，并在运行预设时间后关闭第一开关阀19，冷水机组2在预设时间内达到稳定状态。例如，预设时间为10秒。需要说明的是，此时的第一开关阀19、第二开关阀110和第三开关阀111是与目标真空泵在一个流通回路上的阀门。
[0059]
例如，两组真空泵循环组分别为第一真空泵循环组和第二真空泵循环组，第一真空泵循环组的真空泵11、第一开关阀19、第二开关阀110、第三开关阀111分别记为第一真空泵111、开关阀m1，开关阀m3、开关阀m4，第二真空泵循环组的真空泵11、第一开关阀19、第二开关阀110、第三开关阀111分别记为第二真空泵112，开关阀m2，开关阀m5、开关阀m6。此时，启用冷水机组2和第一真空泵111，并导通开关阀m1，开关阀m3、开关阀m4，并在运行预设时间后(如10秒)截止开关阀m1。
[0060]
s12：当检测到正常切换指令时，关闭正在使用的所述真空泵并执行与正在使用的所述真空泵对应的第二阀门控制指令，所述第二阀门控制指令用于指示截止所述第二开关阀110和所述第三开关阀111，开启待使用的所述真空泵并执行与待使用的所述真空泵对应的第一阀门控制指令；
[0061]
正常切换指令可以为操作人员触发，例如操作人员通过按下切换按钮来触发正常切换指令。也可以为控制装置根据预设的切换条件触发，例如控制装置采集计时器计算的正在运行的真空泵的运行时间来判断是否触发正常切换指令，如正在运行的真空泵的运行时间每达到12小时，则触发正常切换指令。
[0062]
承上例，本实施例的一具体应用中正在使用的所述真空泵为第一真空泵111，待使用的真空泵为第二真空泵112。当检测到正常切换指令时，关闭第一真空泵111、开关阀m3和开关阀m4；开启第二真空泵112、开关阀m2、开关阀m5和开关阀m6，并在运行预设时间段后，截止开关阀m2。
[0063]
s13：当检测到正在使用的所述真空泵异常停机时，执行与异常停机的所述真空泵对应的第二阀门控制指令，启动待使用的所述真空泵并执行与所述待使用的所述真空泵对应的第一阀门控制指令，发出第一异常停机提醒通知；
[0064]
在本实施例中，控制装置实时检查真空泵11的运行状态，可以通过检测真空泵11的工作电流或电压大小来判断其工作状态。当检测到正在使用的真空泵异常停机时，则需要切断冷水机组2对其工作液的冷却处理，并启用待使用的真空泵和开启对应的阀门以让冷水机组2为待使用的真空泵进行冷却处理。
[0065]
具体地，当检测到正在使用的真空泵异常停机时，执行与异常停机的所述真空泵对应的第二阀门控制指令，即截止异常停机的所述真空泵对应的第二开关阀110和第三开关阀111。启动待使用的所述真空泵并执行与所述待使用的所述真空泵对应的第一阀门控制指令，即开启与待使用的真空泵对应的第一开关阀19、第二开关阀110和第三开关阀111，并在预设时间后关闭其第一开关阀19。
[0066]
承上例，本实施例的一具体应用中正在使用异常停机的真空泵为第一真空泵111，
待使用的真空泵为第二真空泵112。当检测到第一真空泵111异常停机时，截止开关阀m3和开关阀m4；开启第二真空泵112，并导通开关阀m2、开关阀m5和开关阀m6，并在运行预设时间段后，截止开关阀m2。
[0067]
此外，控制装置还发出第一异常停机提醒通知，以告知操作人员真空泵11异常停机，以及时检修。可以采用响铃与闪灯的方式发出提醒通知。
[0068]
s14：当检测到所述冷水机组2异常停机时，执行与正在使用的所述真空泵对应的第三阀门控制指令，所述第三阀门控制指令用于指示截止所述第二开关阀110和第三开关阀111和导通第一开关阀19，发出第二异常停机提醒通知。
[0069]
当冷水机组2异常停机时，则执行与正在使用的真空泵对应的第三阀门控制指令，用于截止对应第二开关阀110和第三开关阀111，并导通第一开关阀19，以使得循环冷却水系统为工作液冷却降温。
[0070]
在另一实施例中，步骤s10之后还包括：
[0071]
s15：当所述模式指令为冬季模式指令时，按照所述主备用原则启动目标真空泵，并执行与所述目标真空泵对应的第四阀门控制指令，所述第四阀门控制指令用于指示导通所述第一开关阀19；
[0072]
s16：当检测到正常切换指令时，关闭正在使用的所述真空泵并执行与正在使用的所述真空泵对应的第五阀门控制指令，开启待使用的所述真空泵并执行与所述待使用的所述真空泵对应的第四阀门控制指令，所述第五阀门控制指令用于指示截止所述第一开关阀19；
[0073]
s17：当检测到正在使用的所述真空泵异常停机时，执行与异常停机的所述真空泵对应的所述第五阀门控制指令，并启动待使用的所述真空泵并执行与所述待使用的所述真空泵对应的第四阀门控制指令，发出第一异常停机提醒通知。
[0074]
在本实施例中，当运行模式指令为冬季模式指令时，则不需要投入冷水机组2对工作液进行第二次冷却降温，直接采用循环冷却水系统为工作液降温。此时，根据主备用原则启动目标真空泵，并导通对应的第一开关阀19。当检测到正常切换指令时，则关闭正在使用的真空泵和其第一开关阀19，并启动待使用的真空泵和其对应的第一开关阀19，即执行第四阀门控制指令。当检测到正在使用的真空泵异常停机时，则关闭(截止)其对应的第一开关阀19，并启动待使用的真空泵和其第一开关阀19，即执行第五阀门控制指令，同时，控制装置还发出第一异常停机提醒通知，以告知操作人员真空泵11异常停机，以及时检修。
[0075]
本实施例所提出的控制方法，当冷水机组2或者管道泵21、开关阀等出现紧急问题时，原系统正常投入，新增冷却工艺对机组安全运行不会造成影响。与此同时，低温季节时，新增制冷系统可处于退出状态，对原系统运行不会造成影响。
[0076]
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

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