CN103939373A - 一种水环真空泵机组中的大气喷射器控制***及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于真空设备领域，具体涉及水环真空泵机组中的大气喷射器控制***及其控制方法，包括DCS、压力传感器、温度传感器、气路旁通阀、驱动气体阀，其中压力传感器设置在水环真空泵机组的抽气管路上，温度传感器设置在水环真空泵的工作水管路上，压力传感器和温度传感器的信号输入DCS，气路旁通阀设置在与大气喷射器并联的管路上，驱动气体阀设置在大气喷射器的驱动气体入口管路上，气路旁通阀和驱动气体阀均接入DCS。本发明能够实现准确地控制大气喷射器的投入和撤出时机，有效避免汽蚀发生和被抽***真空下降，使机组***高效稳定运行。

Description

一种水环真空泵机组中的大气喷射器控制***及其控制方法

技术领域

本发明属于真空设备领域，具体涉及水环真空泵机组中的大气喷射器控制***及其控制方法。

背景技术

目前电厂一般都采用液环真空泵机组作为凝汽器的抽真空设备。凝汽器的真空越高，电厂的发电效率就越高，所以液环泵都处于极限真空（这里的极限真空是指液环泵工作时能达到的最高真空）下运行。由于液环真空泵采用水作为工作液，所以液环真空泵在极限真空下运行，就会发生汽蚀。汽蚀是一种物理现象。在一定的温度下，在液环泵的吸入工作区，压力低到一定的程度，一部份溶于工作液中的气体就会从液环中析出，并且，压力越低（或越接近于液环的饱和蒸汽压时），从液环中析出的气泡越多，速度越快，当吸入压力达到液环的饱和蒸汽压时，液环处于沸腾状态，液环泵的抽气量将为零。从液环泵的吸入工作区到排出工作区，由于压力的逐渐增大，从吸入工作区液环析出的气泡急剧缩小，以至破裂。大气泡破裂的同时，液体质点将高速地填充气泡破裂时产生的空穴，发生相互撞击而形成水击。这种水击的频率高达2500Hz，压力高达49MPa，至使叶片表面出现麻点，严重时，会使叶片表面的金属剥落而形成蜂窝状。汽蚀破坏除机械力的作用外还伴有电解、化学腐蚀等多种复杂的作用。液环真空泵的汽蚀现场是抽气能力急速下降，产生很大的噪音、振动，叶轮很快损坏。能从根本上避免液环真空泵汽蚀的方法就是在液环真空泵前面增加大气喷射器，通过大气喷射器把气体进行一定的压缩后，再进入液环真空泵，液环真空泵入口压力提高了，汽蚀就可以避免了。而且大气喷射器还有进一步提高凝汽器真空的能力，所以越来越多的电厂都采用大气喷射器+液环真空泵的机组，本发明所说的水环真空泵机组是指水环真空泵+大气喷射器+气水分离器+热交换器等所有部件的总成。

大气喷射器的优势只有在高真空时体现，低真空的时候抽气能力没有单独使用液环真空泵好，所以控制好大气喷射器的投入和撤出才能保证机组高效运行。在现有技术中，是通过在机组吸入口装压力开关，设定两个压力值来控制大气喷射器。由此带来以下缺点：由于气蚀与水环真空泵的工作水温度有关，在夏季等水温较高的工况下根据压力设定没有投入大气喷射器，但液环真空泵已经发生汽蚀，振动、噪音加剧，大大缩短了液环真空泵的使用寿命；相反，在冬季等水温较低的工况下，实际未发生气蚀，但投入了大气喷射器，使整套设备抽气能力下降，造成凝汽器真空下降，增加发电成本；并且这种方法切换时抽气设备抽气能力变化较大，进而影响凝汽器和汽轮机运行的稳定性。上述情况在制药、化工等等高真空工艺流程中也同样发生。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足提供一种适用于高真空行业真空泵机组的可以有效控制大气喷射器的投入和撤出时机的控制***和控制方法。

本发明所要解决的技术问题是通过如下技术方案实现的：

一种水环真空泵机组中的大气喷射器控制***，包括集散控制***简称DCS、压力传感器、温度传感器、气路旁通阀、驱动气体阀，其中压力传感器设置在水环真空泵机组的抽气管路上，温度传感器设置在水环真空泵的工作水管路上，压力传感器和温度传感器的信号输入DCS，气路旁通阀设置在与大气喷射器并联的管路上，驱动气体阀设置在大气喷射器的驱动气体入口管路上，气路旁通阀和驱动气体阀均接入DCS。

具体地，所述的大气喷射器通过驱动气体入口管路与水环真空泵机组中的汽水分离器的出气口连接，所述的水环真空泵的工作水管路与汽水分离器的出水口连接。所述的温度传感器设置在水环真空泵的工作水管路上的热交换器入口处。

以及：

水环真空泵机组中的大气喷射器控制***的控制方法，

一、根据实验，总结出如下函数关系式：

（1）当水环真空泵产生汽蚀现象时，水环真空泵的工作水温度t与被抽***的压力P的函数关系式：P1＝F（t）；

（2）根据实验确定最小压力增加值k1，使P2＝F（t）＋k1，以P2作为水环真空泵机组投入大气喷射器前被抽***的最小允许压力值；

（3）根据实验确定最大压力增加值k2，使P3＝F（t）＋k2，以P3作为水环真空泵机组撤出大气喷射器前被抽***的最大允许压力值。

二、在所述的DCS中输入上述P1、P2和P3与t的函数关系式运算程序，使所述的大气喷射器控制***按下述方法运行：

（1）温度传感器将工作水温度实测值t、压力传感器将被抽***压力实测值P输入DCS，DCS将工作水温度实测值t代入上述P1、P2和P3与t的函数关系式进行运算后得出压力计算值P1、P2和P3，再将被抽***的压力实测值P与压力计算值P1、P2和P3进行比较；

（2）当P≤P2时，关闭气路旁通阀，打开驱动气体阀，使大气喷射器投入抽气；

（3）当P≥P3时，打开气路旁通阀，关闭驱动气体阀，使大气喷射器撤出抽气。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

图1为本发明实施例的***结构图。

图2为本发明的大气喷射器控制***方框图。

图3是本发明的函数关系式曲线图。

图4是不同温度的工作水条件下的水环泵的抽气能力和大气喷射器的抽气能力与被抽***的吸入压力的实验曲线图。

具体实施方式

图1为本发明的水环真空泵机组及其大气喷射器控制***示意图。

如图所示，从被抽***来的气体依次通过入口总阀1，大气喷射器2，水环真空泵3，然后进入气水分离器4。在大气喷射器2与水环真空泵3之间装有旁通阀5，在大气喷射器2和气水分离器4之间装有驱动气体阀6。当旁通阀5关闭，同时驱动气体阀6打开时，使气水分离器4中的气体通过大气喷射器2压缩后进入水环真空泵3，此时大气喷射器2投入工作。当旁通阀5打开，同时驱动气体阀6关闭时，此时大气喷射器2撤出工作，被抽***来的气体直接进入水环真空泵3。从水环真空泵3排出的气水混合物经过气水分离器4分离后，气体从顶部排气口排出，水在底部被收集起来经过热交换器7冷却后，重新回到液环真空泵3循环使用。机组入口装有压力传感器8，用于测量被抽***的压力P，气水分离器4至热交换器7之间的管路上装有温度传感器9，测量的是液环真空泵3排出来的水温t即液环真空泵3泵体内的工作水温。压力传感器8和温度传感器9的数值通过DCS逻辑运算，然后通过控制旁通阀5和驱动气体阀6的开启和关闭状态，实现准确的投入和撤出大气喷射器2。

图2为本发明的大气喷射器控制***方框图，如图所示，包括集散控制***（Distributed Control System）简称DCS、压力传感器、温度传感器、气路旁通阀、驱动气体阀，所述的压力传感器和温度传感器温度将实测信号输入DCS，所述的气路旁通阀和驱动气体阀均接入DCS。

大气喷射器控制***按下述方法运行：

（1）温度传感器将工作水温度实测值t、压力传感器将被抽***压力实测值P输入DCS，DCS将工作水温度实测值t代入P1、P2和P3与t的函数关系式进行运算后得出压力计算值P1、P2和P3，再将被抽***的压力实测值P与压力计算值P1、P2和P3进行比较；

（2）当P≤P2时，关闭气路旁通阀，打开驱动气体阀，使大气喷射器投入抽气；

（3）当P≥P3时，打开气路旁通阀，关闭驱动气体阀，使大气喷射器撤出抽气。

图3是本发明的函数关系式曲线图。

如图所示，图3中横坐标为工作水温度t值，即是图1中温度传感器9所测得的数值。图3中纵坐标为吸入压力P值（P的单位是hPa，后面加abs表示绝对压力），即是图1中压力传感器8所测得的数值。该曲线图是通过多次反复的试验和现场使用经验得出。

图3中总共有3条曲线，分成3个区域，曲线2以下的区域为大气喷射器工作区域，曲线3以上的区域为液环泵工作区域，在曲线2和曲线3之间的区域为过渡区域。

曲线1是液环真空泵汽蚀曲线，函数关系式为P1=F(t)，也就是说，液环真空泵在这条曲线以下区域（即P≤P1）工作时，就会发生汽蚀。

曲线2是大气喷射器投入曲线，关系式为P2＝F(t)+k1（k1为一常数），在P≤P2时，就要投入大气喷射器。K1是根据试验经验给出的值，相当于一个安全余量，即不能等到P＝P1时再投入大气喷射器。K1应尽量小，只要使P2略大于P1即可。K1的值根据被抽***压力降低时间和投入大气喷射器所需要的时间来确定，必须保证投入大气喷射器所需要的时间小于被抽***压力从P2降低到P1所需要的时间，从而有效避免汽蚀发生，因此，k1的范围为5hPa-10hPa。根据水环真空泵的特性，投入大气喷射器后，水环真空泵的能耗将增加，因此在保证大气喷射器的投入时间前提下，K1值应尽可能取较小值，即减少大气喷射器的工作区域。但如果投入大气喷射器后可以提高被抽***真空，使被抽***效率提高，则此时K1可以取较大值，即加大大气喷射器的工作区域。

曲线3是大气喷射器撤出曲线，关系式为P3＝F(t)+k2（k2为一常数），在P≥P3时，就要撤出大气喷射器。最大压力增加值K2根据水环泵和大气喷射器的抽气能力（抽气能力单位为m³/min）与被抽***的压力关系实验值确定（参见图4），其范围为25hPa-40hPa。根据实验，当被抽***压力P≥P3时，水环泵的抽气能力大于大气喷射器的抽气能力，所以要撤出大气喷射器，使被抽***的保持尽量低的压力。同时，K2具有缓冲作用，因为如果只有P2＝F（t）＋k1，当被抽***的压力P在P2值左右来回波动时，DCS就会不断地命令投入和撤出大气喷射器。所以，在保证撤出大气喷射器后被抽***压力波动值不会引起反复投入大气喷射器的前提下，K2值应尽可能取较小值，即减少大气喷射器的工作区域。但如果投入大气喷射器后可以降低被抽***的压力即提高被抽***真空使被抽***效率提高，则此时K2可以取较大值，即加大大气喷射器的工作区域。

总之，K1、K2值的选取综合考虑了避免气蚀、节能减耗、提高效益的理念，不同的抽气设备、不同的被抽***、不同的工况条件、不同的设备制造和安装水平等等因素都会影响K1、K2的最佳选值，本***在设备安装调试和正式运行时都可以通过DCS调节K1、K2值，以期达到最佳效果。

图3中曲线2以下的区域为大气喷射器工作区域，在该区域能有效避免气蚀，而且大气喷射器的抽气能力比液环真空泵强，投入大气喷射器的效果更好。曲线3以上的区域为液环泵工作区域，在该区域大气喷射器的抽气能力比液环真空泵弱，不投入大气喷射器的效果更好。在曲线2和曲线3之间的区域为过渡区域，在该区域大气喷射器的抽气能力与液环真空泵相当，此时大气喷射器可投可不投。

本发明的控制***和方法，能够实现准确地控制大气喷射器的投入和撤出时机，如图3的三条曲线所示，当工作水温度为33℃时，相应地，曲线1的水环泵汽蚀点相应压力为58.3hPa，曲线2的大气喷射器投入点相应压力为63.3hPa，曲线3的撤出点压力为83.3hPa；而在工作水温度为15℃的时，相应曲线1水环泵汽蚀点压力为26.2hPa，曲线2大气喷射器投入点压力为31.2hPa，曲线3的撤出点压力为51.2hPa。

如果按现有技术只设置压力开关和两个压力值来控制大气喷射器，如设定被抽***压力在70hPaA时撤出大气喷射器，则在工作液温度为33℃时按此压力设定撤出大气喷射器，由于是落在过渡区域，所以没有问题，但如果水温是15℃的时候，70hPaA已经高于大气喷射器撤出点51.2hPa，已落在水环泵工作区域了，因此是不应该按70hPaA压力设定撤出大气喷射器，而应在大于51.2hPa时即撤出大气喷射器。相反，如果设定被抽***压力在40hPa时投入大气喷射器，则在水温度为15℃时按设定压力值投入大气喷射器没有问题，因为是落在过渡区域，但如果水温是33℃的时候，40hPaA已经低于水环泵汽蚀点58.3hPa，已发生严重汽蚀，因此应该在被抽***压力大于58.3hPa时即投入大气喷射器，而不应按40hPaA投入大气喷射器。

图4是不同温度的工作水条件下的水环泵的抽气能力和大气喷射器的抽气能力与被抽***的吸入压力的实验曲线图。图中共有4条曲线，横坐标为吸入压力，纵坐标为抽气能力。

曲线①为水环泵在15℃水温时的抽气能力曲线；

曲线②为水环泵在20℃水温时的抽气能力曲线；

曲线③为水环泵在30℃水温时的抽气能力曲线；

曲线④为大气喷射器的抽气能力曲线，由于大气喷射器不用水做工作液，所以大气喷射器的抽气能力跟水温没有关系，只有一条。

从图4可以看出，在水环泵工作水温度为15℃时，曲线①和④是没有交点的，而且此时大气喷射器的抽气能力值都比水环真空泵小，所以在15℃水温时是不用投入大气喷射器的。

在水环泵工作水温度为20℃时，曲线②和④的交点在60hPa，此时水环泵的抽气能力等于大气喷射器的抽气能力。当吸入压力大于60hPa时，水环泵的抽气能力大于大气喷射器的抽气能力，这时要撤出大气喷射器，否则会使被抽***的压力升高，真空度降低。当吸入压力小于60hPa时，水环泵接近极限压力50hPa的时候，已接近20℃工作水温的气蚀点，这时要投入大气喷射器，以提高水环泵的吸入压力，避免气蚀。而且此时大气喷射器的抽气能力大于水环泵的抽气能力，又保证了被抽***的压力不变或更低。

同理，在水环泵工作水温度为30℃时，曲线③和④的交点在100hPa，此时水环泵的抽气能力等于大气喷射器的抽气能力。当吸入压力大于100hPa时，水环泵的抽气能力大于大气喷射器的抽气能力，这时要撤出大气喷射器。当吸入压力小于100hPa时，已接近30℃工作水温的气蚀点，此时就要投入大气喷射器，以避免气蚀，而且此时大气喷射器的抽气能力大于水环泵的抽气能力，又可保证被抽***的压力不变或更低。

总之，本发明的控制***和方法，能够实现准确地控制大气喷射器的投入和撤出时机，在液环真空泵汽蚀之前投入大气喷射器，有效避免汽蚀的发生，而且提高机组的抽气能力，在大气喷射器抽气能力比液环真空泵弱的时候撤出大气喷射器，避免引起被抽***真空下降，使整套机组抽气能力始终处于最高状态，保证***稳定运行。本发明适用于高真空行业，特别是对电厂的凝汽器抽真空，可以提高电厂的发电效率，保证电厂高效稳定运行。

Claims (6)

1.一种水环真空泵机组中的大气喷射器控制***，其特征是，包括集散控制***简称DCS、压力传感器、温度传感器、气路旁通阀、驱动气体阀，所述的压力传感器设置在水环真空泵机组的抽气管路上，所述的温度传感器设置在水环真空泵的工作水管路上，所述的压力传感器和温度传感器的信号输入DCS，所述的气路旁通阀设置在与大气喷射器并联的管路上，所述的驱动气体阀设置在大气喷射器的驱动气体入口管路上，所述的气路旁通阀和驱动气体阀均接入DCS。

2.根据权利要求1所述的水环真空泵机组中的大气喷射器控制***，其特征是，所述的大气喷射器通过驱动气体入口管路与水环真空泵机组中的汽水分离器的出气口连接，所述的水环真空泵的工作水管路与汽水分离器的出水口连接。

3.根据权利要求1所述的水环真空泵机组中的大气喷射器控制***，其特征是，所述的温度传感器设置在水环真空泵的工作水管路上的热交换器入口处。

4.一种根据权利要求1至3任一项所述的水环真空泵机组中的大气喷射器控制***的控制方法，其特征是：

一、根据实验，总结出如下函数关系式：

（1）当水环真空泵产生汽蚀现象时，水环真空泵的工作水温度t与被抽***的压力P的函数关系式：P1＝F（t）；

（2）根据实验确定最小压力增加值k1，使P2＝F（t）＋k1，以P2作为水环真空泵机组投入大气喷射器前被抽***的最小允许压力值；

（3）根据实验确定最大压力增加值k2，使P3＝F（t）＋k2，以P3作为水环真空泵机组撤出大气喷射器前被抽***的最大允许压力值。

二、在所述的DCS中输入上述P1、P2和P3与t的函数关系式运算程序，使所述的大气喷射器控制***按下述方法运行：

（1）温度传感器将工作水温度实测值t、压力传感器将被抽***压力实测值P输入DCS，DCS将工作水温度实测值t代入上述P1、P2和P3与t的函数关系式进行运算后得出压力计算值P1、P2和P3，再将被抽***的压力实测值P与压力计算值P1、P2和P3进行比较；

（2）当P≤P2时，关闭气路旁通阀，打开驱动气体阀，使大气喷射器投入抽气；

（3）当P≥P3时，打开气路旁通阀，关闭驱动气体阀，使大气喷射器撤出抽气。

5.根据权利要求4所述的水环真空泵机组中的大气喷射器控制***的控制方法，其特征是：所述的被抽***最小压力增加值k1为5-10hPa。

6.根据权利要求4所述的水环真空泵机组中的大气喷射器控制***的控制方法，其特征是：所述的被抽***最大压力增加值k2为25-40hPa。