小型径流透平膨胀机启动系统及其启动方法
技术领域
本发明涉及膨胀机技术，尤其涉及径流透平膨胀机的启动技术。
背景技术
离心透平膨胀机作为一种新型的小型径流透平膨胀机，在国内工程应用很少，关于其启机系统及方法的介绍也很少。若采用类似于大型轴流汽轮机的启机系统及方法，则会存在一些问题，原因在于：1离心透平膨胀机的特点是叶片短小，转子质量小，在介质参数较高的情况下，启动瞬间容易造成转速过度飞升，影响机组启动的平稳性；2一般汽轮机的进气管道会配置主汽阀和调节阀，启机时存在较长时间的暖管、暖阀时间，与离心透平膨胀机需要快速启机的理念相背；3当发生紧急工况如超速时，主汽阀和调节阀快速关闭，但受限于调节阀的快关时间和泄漏等级，主汽阀和调节阀之间的介质仍会有部分进入到汽轮机内部，由于汽轮机转子质量大，这部分介质影响很小，但对于离心透平膨胀机而言，却可能造成转速过高进而影响机组安全。因此，为保证离心透平膨胀机安全可靠地快速启动，设计出专门的启动系统及方法显得尤为重要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种小型径流透平膨胀机启动系统及其启动方法，其可实现小型径流透平膨胀机的快速启动，保证启动过程安全可靠。
本发明实施例的小型径流透平膨胀机启动系统，包括进气总管、主路管路、旁路管路、检测装置和控制装置；进气总管的一端为介质气进口，进气总管的另一端分别与主路管路的一端和所述旁路管路的一端连通，主路管路的另一端与小型径流透平膨胀机的入口连通，旁路管路的另一端与小型径流透平膨胀机的出口连通；主路管路上设有调节快关阀，旁路管路上设有旁路调节阀；检测装置用于实时检测进气总管的进气压力和小型径流透平膨胀机的转速；控制装置用于接收外界对进气总管的进气压力以及对小型径流透平膨胀机转速的设定，接收调节快关阀和旁路调节阀反馈的阀门状态信号以及检测装置发送的检测结果，控制调节快关阀和旁路调节阀的开度，以使小型径流透平膨胀机能够在设定的进气压力运行以及在设定的转速运行。
本发明实施例的小型径流透平膨胀机启动系统的启动方法，包括以下步骤：
a、启动小型径流透平膨胀机，通过控制装置将进气总管的进气压力设定为P1，P1=P0+A，P0为预定的小型径流透平膨胀机启动所需的进气压力，A为常量，0≤A≤0.3Mpa；
b、控制装置根据进气压力设定值P1和进气压力的测量值对旁路调节阀的开度进行控制，以使进气总管的进气压力达到P1；
c、在进气总管的进气压力达到P1后，通过控制装置将小型径流透平膨胀机的转速设定为V0，V0为预定的小型径流透平膨胀机的暖机转速；
d、控制装置根据转速设定值V0和小型径流透平膨胀机的转速测量值对调节快关阀的开度进行控制，以使小型径流透平膨胀机的转速达到V0；
e、在小型径流透平膨胀机以转速V0运行预定的时间t后，通过控制装置将进气总管的进气压力设定为P额，P额为小型径流透平膨胀机的额定进气压力；
f、控制装置根据进气压力设定值P额和进气压力的测量值对旁路调节阀的开度进行控制，以使进气总管的进气压力达到P额；
g、在进气总管的进气压力达到P额后，通过控制装置将小型径流透平膨胀机的转速设定为V额，V额为小型径流透平膨胀机的额定转速；
h、控制装置根据转速设定值V额和小型径流透平膨胀机的转速测量值对调节快关阀的开度进行控制，以使小型径流透平膨胀机的转速达到V额。
本发明至少具有以下优点：
1、本实施例在主路管路采用一个调节快关阀来取代现有技术的进气管道上所设置的主汽阀和调节阀，减少了阀门数量以及现有技术中连接于调节阀与主汽阀之间的管道，不仅使进气管道布置更加简单，整机尺寸减小，而且能缩短暖管、暖阀的时间，进而加快小型径流透平膨胀机的启动速度；
2、在调节快关阀快速切断后，进入小型径流透平膨胀机的剩余管道的气体量显著减小，保证转速能快速下降，提高启动过程的安全性；
3、与现有技术先暖阀、再暖管的启动方式相比，本发明实施例在启动时可一次性完成暖管、暖阀、暖机的操作，从而缩短了启动时间；
4、从小型径流透平膨胀机开始启动至升至暖机转速的过程中由控制装置对调节快关阀和旁路调节阀的开度进行控制，可保证升速平稳，转速无过度飞升；
5、小型径流透平膨胀机从暖机转速升至额定转速的过程中由控制装置对调节快关阀和旁路调节阀的开度进行控制，可保证小型径流透平膨胀机快速安全通过临界转速区，并且到达额定转速后，转速超调量小，波动小。
附图说明
图1示出了本发明小型径流透平膨胀机启动系统的一个实施例的结构示意图。
图2示出了本发明小型径流透平膨胀机启动系统的一个实施例的控制原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
请参考图1和图2。根据本发明一实施例的小型径流透平膨胀机启动系统，包括进气总管11、主路管路12、旁路管路13、检测装置和控制装置。
进气总管11的一端为介质气进口，进气总管11的另一端分别与主路管路12的一端和旁路管路13的一端连通，主路管路12的另一端与小型径流透平膨胀机7的入口连通，旁路管路13的另一端与小型径流透平膨胀机7的出口连通。
在本实施例中，小型径流透平膨胀机7为离心透平膨胀机。“小型”的含义是指输出功率小于等于4Mw的径流透平膨胀机。
在本实施例中，离心透平膨胀机7通过齿轮箱8与发电机9相连。其中，离心透平膨胀机采用悬臂式结构安装在齿轮箱8上，整体结构紧凑，布置方便。
主路管路12上设有调节快关阀41，旁路管路上设有旁路调节阀42。调节快关阀41紧靠小型径流透平膨胀机7的入口设置。调节快关阀41将调节阀和快关阀的功能融为一体，简化了进气管道上阀门的设置，同时离小型径流透平膨胀机7的入口更近，切断效果更明显。调节快关阀41的快关时间小于0.5s，并且采用高精度液压设计，调节精度高，响应速度快。旁路调节阀42用于控制进气总管的进气压力，调节快关阀41用于控制小型径流透平膨胀机7的转速。
进一步地，在主路管路12上还设有过滤器51和流量变送器52，过滤器51用于滤除介质中的杂质。
检测装置用于实时检测进气总管11的进气压力和小型径流透平膨胀机7的转速。在本实施例中，检测装置包括用于检测进气总管11的进气压力的压力变送器21和用于检测小型径流透平膨胀机7的转速的转速变送器22。可选地，转速变送器22安装在齿轮箱8的输出轴上。
控制装置用于接收外界对进气总管11的进气压力以及对小型径流透平膨胀机转速的设定，接收调节快关阀41和旁路调节阀42反馈的阀门状态信号以及检测装置发送的检测结果，控制调节快关阀41和旁路调节阀42的开度，以使小型径流透平膨胀机7能够在设定的进气压力运行以及在设定的转速运行。
在本实施例中，控制装置包括人机交互部件31和控制器32，人机交互部件31与控制器32连接。可选地，人机交互部件31为触摸屏，控制器32为PLC控制器。
根据本发明实施例的小型径流透平膨胀机启动系统的启动过程如下：
a、启动小型径流透平膨胀机7，通过控制装置将进气总管11的进气压力设定为P1，P1=P0+A，P0为预定的小型径流透平膨胀机启动所需（从静止状态到实现转动时）的进气压力，A为常量，0≤A≤0.1Mpa，在本实施例中，P1=P0+0.1Mpa；
b、控制装置根据进气压力设定值P1和进气压力的测量值对旁路调节阀42的开度进行控制，以使进气总管的进气压力达到P1；由于进气总管11的进气压力的初始测量值小于P1，因此，在步骤b中，控制装置总体上而言是逐渐减小旁路调节阀42的开度以增大进气总管的进气压力，可选地，控制装置根据进气压力设定值P1与进气压力的测量值之间的偏差对旁路调节阀42的开度进行PID控制，以使进气总管的进气压力达到P1；
c、在进气总管的进气压力达到P1后，通过控制装置将小型径流透平膨胀机的转速设定为V0，V0为预定的小型径流透平膨胀机的暖机转速；
d、控制装置根据转速设定值V0和小型径流透平膨胀机的转速测量值对调节快关阀的开度进行控制，以使小型径流透平膨胀机的转速达到V0；由于小型径流透平膨胀机7之前处于静止状态，因此，在步骤d中，控制装置总体上而言是逐渐增大调节快关一体阀41的开度以提升小型径流透平膨胀机7的转速，可选地，控制装置根据转速设定值V0与小型径流透平膨胀机的转速测量值之间的偏差对所述调节快关阀41的开度进行PID控制，以使小型径流透平膨胀机7的转速达到V0；
e、在小型径流透平膨胀机以转速V0运行预定的时间t后（此时调节快关一体阀41已处于较大开度），通过控制装置将进气总管的进气压力设定为P额，P额为小型径流透平膨胀机7的额定进气压力；可选地，3分钟≤t≤5分钟，在本实施例中t为5分钟，之所以保持以转速V0运行的状态5分钟，目的是为了暖阀和暖机；
f、控制装置根据进气压力设定值P额和进气压力的测量值对旁路调节阀的开度进行控制，以使进气总管11的进气压力达到P额；在此过程中，控制装置总体上而言在逐渐减小旁路调节阀42的开度，维持转速设定值不变，但随着进气总管压力升高，控制装置会逐渐减小调节快关阀41的开度。可选地，控制装置根据进气压力设定值P额与进气压力的测量值之间的偏差对旁路调节阀42的开度进行PID控制，以使进气总管11的进气压力达到P额；
g、在进气总管11的进气压力达到P额后，通过控制装置将小型径流透平膨胀机的转速设定为V额，V额为小型径流透平膨胀机7的额定转速；
h、控制装置根据转速设定值V额和小型径流透平膨胀机的转速测量值对调节快关阀41的开度进行控制，以使小型径流透平膨胀机的转速达到V额。可选地，控制装置根据转速设定值V额与小型径流透平膨胀机的转速测量值之间的偏差对调节快关阀41的开度进行PID控制，以使小型径流透平膨胀机的转速达到V额。
本实施例中，在启动小型径流透平膨胀机7之前，调节快关阀41保持全关，旁路调节阀42保持全开，以使介质全部通过旁路管路13而不进入主路管路12。
小型径流透平膨胀机7启动所需的进气压力P0和小型径流透平膨胀机的暖机转速V0通过试验获得，所述试验包括以下步骤：
使调节快关阀41保持全关，旁路调节阀42保持全开，介质全部通过旁路管路13而不进入主路管路12；
使调节快关阀41全开；
逐渐减小旁路调节阀42的开度，使进气总管11的进气压力升高，直到小型径流透平膨胀机7开始转动后保持调节快关阀41的开度不变，将此时的进气压力值记录为小型径流透平膨胀机启动所需的进气压力P0，并将小型径流透平膨胀机7所能到达的最高转速记录为暖机转速V0（即记录在进气压力等于P0的情况下小型径流透平膨胀机7最终到达的转速值）。
在所述步骤a至步骤h的任一步骤中，若小型径流透平膨胀机7的转速测量值超过预设的转速上限，控制装置7控制调节快关阀41全关，切断气源，保证机组的安全。
进一步地，步骤h中，在小型径流透平膨胀机7的转速达到V额的过程中，控制装置通过对调节快关阀41的开度进行控制，使小型径流透平膨胀机7的转速上升率逐渐减小（即升速过程先快后慢），可以进一步保证小型径流透平膨胀机7快速安全通过临界转速区，并且在到达额定转速后，转速超调量小，波动小。
