一种应用于有机朗肯循环系统的智能控制装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种应用于ORC系统的智能控制装置。本发明专利技术包括智能控制器、第一至第五电控阀、温度传感器、压力传感器、工质泵、蒸发器、膨胀机、冷凝器、储液罐和发电机。智能控制器的信号线连接第一至第五电控阀、温度传感器和压力传感器。工质泵、第一电控阀、蒸发器、第三电控阀、膨胀机、冷凝器首尾依次相连形成环路，第二电控阀和第三电控阀与膨胀机形成的管路并列连接，第一温度传感器和第一压力传感器安装在蒸发器出口，第二温度传感器和第二压力传感器安装在膨胀机出口。本装置可以有效控制ORC系统膨胀机入口工质过热度，既保护了膨胀机的安全运行，又提高了系统的效率。

Intelligent control device used in an organic Rankine cycle system

The invention discloses an intelligent control device applied to ORC system. The invention comprises an intelligent controller, a first to fifth electric control valve, a temperature sensor, a pressure sensor, a working fluid pump, an evaporator, an expander, a condenser, a liquid storage tank and a generator. The signal line of the intelligent controller is connected with the first to the fifth electric control valve, the temperature sensor and the pressure sensor. The first refrigerant pump, electric control valve, electric control valve, an evaporator, third expander and condenser are sequentially connected to form a loop, second electric control valve and third electric control valve and pipeline expansion machine to form parallel connection, a first temperature sensor and a first pressure sensor installed in the evaporator outlet, second temperature sensors and second pressure sensors installed in the expander export. The device can effectively control the superheat of the working medium at the inlet of the expander of the ORC system, which not only protects the safe operation of the expander, but also improves the efficiency of the system.

【技术实现步骤摘要】
一种应用于有机朗肯循环系统的智能控制装置
本专利技术专利涉及ORC应用领域，具体而言，涉及一种应用于ORC系统的智能控制装置。
技术介绍
中低温地热、工业余热、废热、生物质能源、太阳能等能源作为一种补充能源，越来越受到人们的重视，这些能源的共同特点是品质低。ORC（有机朗肯循环）作为一种能够有效的将低品质能源转换成高品质电能的方式逐渐为人们所接受。目前较大型的ORC系统动力部件使用较多的是汽轮机，小型的ORC系统较多使用涡旋膨胀机，根据装机量大小系统效率为3%~10%，其中动力部件是影响系统效率最大的因素，为了保证汽轮机或涡旋膨胀机的正常运行，蒸发器出口蒸汽需要保持一定的过热度。蒸发器出口蒸汽过热度是ORC系统的一个重要参数，过热度越小，系统效率高；而过热度过低时，会有液滴进入汽轮机或涡旋机，从而产生液击现象，因此，为了保证系统运行的可靠性，蒸发器出口蒸汽需要保证一定的过热度。基于以上问题，提出了一种应用于ORC系统的智能控制装置，可以有效解决以上问题，从而在保证系统正常运行的条件下尽可能的提高系统效率。
技术实现思路
本专利技术主要解决的技术问题是提供了一种应用于ORC系统的智能控制装置，该装置能够分别在启动运行、稳定运行过程和负载突变三种工况下，实现ORC系统的智能化控制，同时，本专利技术还提供了该装置的工作方法，该运行方法可以避免液滴进入透平机，引起透平机内效率降低，提高系统的自动化水平。为解决上述技术问题，本专利技术采用的一个技术方法是：提供了一种应用于ORC系统的智能控制装置，包括智能控制器、第一电控阀、第二电控阀、第三电控阀、第四电控阀、第五电控阀、温度传感器、压力传感器、工质泵、蒸发器、膨胀机、冷凝器、储液罐和发电机；智能控制器的信号线分别连接第一电控阀、第二电控阀、第三电控阀、第四电控阀、第五电控阀、温度传感器、压力传感器、第一液位传感器、第二液位传感器和变频器，管道连接方面：工质泵出口与第一电控阀进口相连，第一电控阀出口和蒸发器工质侧进口相连，蒸发器工质侧出口与第二电控阀和第三电控阀进口相连，蒸发器的热源出口管路安装第四电控阀，第三电控阀出口和膨胀机进口相连，膨胀机连接发电机，第二电控阀出口和膨胀机出口相连，膨胀机出口和冷凝器工质侧进口相连，冷凝器工质侧出口通过储液罐与工质泵进口相连，冷凝器的冷源管路安装第五电控阀，第一温度传感器和第一压力传感器安装在蒸发器出口和第二电控阀之间，第二温度传感器和第二压力传感器安装在膨胀机出口和冷凝器工质侧进口之间，第一液位传感器和第二液位传感器安装在储液罐上，工质泵通过变频器与智能控制器连接。一种上述的应用于ORC系统的智能控制装置具有三种控制模式：稳定运行控制、启动控制和负载突变控制。（1）稳定运行控制，负载或外界环境没有变化时，第二电控阀关闭，第三电控阀开启，第一电控阀根据第一温度传感器和第一压力传感器对应的过热度调节开度，通过PID计算使第一电控阀开度变化保证过热度受控于目标范围内。（2）启动控制：系统运行前一定时间内第一至第三电控阀复位到0开度，根据负载和环境温度，第一电控阀和第二电控阀开到初始开度，在初始开度保持一定时间直到第一温度传感器和第一压力传感器所对应的过热度达到目标范围内，关闭第二电控阀，开启第三电控阀，系统达到稳定运行状态时开始转入稳定运行控制策略。（3）负载突变控制：负载突变时，为保证系统的安全运行，减小第四电控阀的开度，增加第五电控阀的开度，同时，第一电控阀优先根据第一压力传感器和第二压力传感器的膨胀比调节开度，通过PID计算使第一电控阀开度变化保证过热度受控于目标范围内。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术以蒸发器出口工质状态为依据，提出了一种ORC系统的智能化控制装置，该装置具有三种控制模式：稳定运行控制、启动控制和负载突变控制。三种控制模式的运行可以适应于不同的热源，具有较强的主动调控能力。此外，该智能化控制装置可以在无人干预的条件下保证系统的安全运行。附图说明图1是应用于ORC系统的智能控制装置结构图。图中：1、智能控制器，2-1、第一电控阀，2-2、第二电控阀，2-3、第三电控阀，2-4、第四电控阀，2-5、第五电控阀，3-1、第一压力传感器，3-2、第二压力传感器，4-1、第一温度传感器，4-2、第二温度传感器，4-3、第三温度传感器，5-1、第一液位传感器，5-2、第二液位传感器，6、变频器，7、工质泵，8、蒸发器、9、膨胀机，10、冷凝器，11、储液罐，12、发电机。具体实施方式以下结合附图并通过实施例对本专利技术的原理与系统做进一步的说明。需要说明的是本实施例是叙述性的，而非是限定性的，不以此限定本专利技术的保护范围。如图1所示，一种应用于ORC系统的智能控制装置，包括智能控制器1、第一电控阀2-1、第二电控阀2-2、第三电控阀2-3、第四电控阀2-4、第五电控阀2-5、温度传感器、压力传感器、工质泵7、蒸发器8、膨胀机9、冷凝器10、储液罐11和发电机12；智能控制器的信号线分别连接第一电控阀、第二电控阀、第三电控阀、第四电控阀、第五电控阀、温度传感器、压力传感器和液位传感器，管道连接方面：工质泵7出口与第一电控阀进口相连，第一电控阀出口和蒸发器8工质侧进口相连，蒸发器工质侧出口与第二电控阀和第三电控阀进口相连，蒸发器8的热源出口管路安装第四电控阀2-4，第三电控阀出口和膨胀机9进口相连，膨胀机9连接发电机12，第二电控阀出口和膨胀机出口相连，膨胀机出口和冷凝器10工质侧进口相连，冷凝器工质侧出口通过储液罐11与工质泵进口相连，冷凝器10的冷源管路安装第五电控阀2-5，第一温度传感器3-1和第一压力传感器4-1安装在蒸发器出口和第二电控阀之间，第二温度传感器3-2和第二压力传感器4-2安装在膨胀机出口和冷凝器工质侧进口之间，第一液位传感器5-1和第二液位传感器5-2安装在储液罐11上，工质泵7通过变频器6与智能控制器1连接。该智能化控制装置由电磁继电器、数据采集模块、数据运算模块和液晶显示屏组成的PLC集中控制器组成。该智能化控制装置主要有三种控制模式，下面结合三种工况对这三种控制模式的实施进行介绍：稳定运行控制模式，负载或外界环境没有变化时，第二电控阀关闭，第三电控阀开启，第一电控阀根据第一温度传感器和第一压力传感器对应的过热度调节开度，通过PID计算使第一电控阀开度变化保证过热度受控于目标范围内。启动控制模式，系统运行前一定时间内第一至第三电控阀复位到0开度，根据负载和环境温度，第一电控阀和第二电控阀开到初始开度，在初始开度保持一定时间直到第一温度传感器和第一压力传感器所对应的过热度达到目标范围内，关闭第二电控阀，开启第三电控阀，系统达到稳定运行状态时开始转入稳定运行控制策略。负载突变控制模式，负载突变时，减小第四电控阀的开度，增加第五电控阀的开度，同时，同时，第一电控阀优先根据第一压力传感器和第二压力传感器的膨胀比调节开度，通过PID计算使第一电控阀开度变化保证过热度受控于目标范围内。虽然以上描述了本专利技术的具体实施方式，但本领域内的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对本专利技术中的实施方式做出多种变更和修改，而不背离本专利技术的原理和实质。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用于有机朗肯循环系统的智能控制装置，包括智能控制器、第一电控阀、第二电控阀、第三电控阀、第四电控阀、第五电控阀、温度传感器、压力传感器、工质泵、蒸发器、膨胀机、冷凝器、储液罐和发电机；智能控制器的信号线分别连接第一电控阀、第二电控阀、第三电控阀、第四电控阀、第五电控阀、温度传感器、压力传感器、第一液位传感器、第二液位传感器和变频器，管道连接方面：工质泵出口与第一电控阀进口相连，第一电控阀出口和蒸发器工质侧进口相连，蒸发器工质侧出口与第二电控阀和第三电控阀进口相连，蒸发器的热源出口管路安装第四电控阀，第三电控阀出口和膨胀机进口相连，膨胀机连接发电机，第二电控阀出口和膨胀机出口相连，膨胀机出口和冷凝器工质侧进口相连，冷凝器工质侧出口通过储液罐与工质泵进口相连，冷凝器的冷源管路安装第五电控阀，第一温度传感器和第一压力传感器安装在蒸发器出口和第二电控阀之间，第二温度传感器和第二压力传感器安装在膨胀机出口和冷凝器工质侧进口之间，第一液位传感器和第二液位传感器安装在储液罐上，工质泵通过变频器与智能控制器连接。

【技术特征摘要】
1.一种应用于有机朗肯循环系统的智能控制装置，包括智能控制器、第一电控阀、第二电控阀、第三电控阀、第四电控阀、第五电控阀、温度传感器、压力传感器、工质泵、蒸发器、膨胀机、冷凝器、储液罐和发电机；智能控制器的信号线分别连接第一电控阀、第二电控阀、第三电控阀、第四电控阀、第五电控阀、温度传感器、压力传感器、第一液位传感器、第二液位传感器和变频器，管道连接方面：工质泵出口与第一电控阀进口相连，第一电控阀出口和蒸发器工质侧进口相连，蒸发器工质侧出口与第二电控阀和第三电控阀进口相连，蒸发器的热源出口管路安装第四电控阀，第三电控阀出口和膨胀机进口相...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡开永，刘兴华，向鹏程，王美钧，
申请(专利权)人：天津商业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12