本發(fā)明涉及一種冷卻塔的循環(huán)冷卻水余壓回收系統(tǒng)，尤其是一種智能化電源管理的循環(huán)冷卻水余壓回收節(jié)能系統(tǒng)。

背景技術：

冷卻塔是主要通過對流及蒸發(fā)換熱將循環(huán)冷卻水中的廢熱排放給用空氣的通用機械設備，廣泛應用于冶金、石油、化工、動力、紡織等行業(yè)，并且又從工業(yè)拓展到民用，如應用于大樓中央空調(diào)系統(tǒng)等。由于某些冷卻系統(tǒng)的特殊性，其冷卻水會存在較高的余壓，且隨著季節(jié)和負荷不同會有較大變化，一般在5~30mH₂O，少數(shù)可達到50mH₂O左右，都屬于中低水頭余能系統(tǒng)。欲要滿足冷卻塔中噴淋條件，噴頭出口處所需壓力為1~2mH₂O，在運行時通常采用消能器耗散，導致能量浪費。

現(xiàn)今，對于工業(yè)循環(huán)冷卻水余壓利用技術大致可以歸納為三種：水輪機風機直連方式、雙驅(qū)動冷卻塔水輪機方式和小型或微型水輪發(fā)電裝置向外送電的余能利用方式^[2]。

水輪機風機直連的方式是用聯(lián)軸器將水輪機和風機直連，將冷卻水余能壓轉換為水輪機的機械能以驅(qū)動風機工作。當富余水頭滿足不了風機電動機運轉所需能量時，若仍采用此方式則會達不到預期的冷卻效果，此時須接入電機來維持冷卻塔正常工作，而此時水輪機將成為電機的額外負載，以致更加耗電。而且水輪機安裝在塔內(nèi)，在一定程度上增加了冷卻塔的風阻。國內(nèi)現(xiàn)有的研究和應用多是該方式對上述缺陷至今尚未有解決良策。

雙驅(qū)動冷卻塔水輪機方式試圖通過離合器將水輪機與風機聯(lián)接，以解決冷卻塔余能有效利用問題。但它的缺點在于很難做到兩種動力（即水輪機提供的動力與電機提供的動力）能夠簡單疊加，沒有內(nèi)部損耗。而且如何做到水輪機、風機、電動機和減速器的有效聯(lián)接，水輪機和風機如何有效啟動以及何種水輪機適合雙驅(qū)動條件等問題至今尚未攻克。

小型或微型水輪發(fā)電裝置向外送電的余能利用方式摒棄了將水輪機機械能直接供給風機的想法，而是通過水輪發(fā)電機組將機械能轉為電能再供給風機電動機。但現(xiàn)有的此類方案多想以儲能和并網(wǎng)的方式實現(xiàn)。然而并網(wǎng)不是想并就能并的，實現(xiàn)過程很困難，成本高，能否得到相關部門允許也是一大問題。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明是要提供一種基于智能化電源管理的循環(huán)冷卻水余壓回收節(jié)能系統(tǒng)，該系統(tǒng)無需對水輪發(fā)電機組所發(fā)電能量進行存儲與并網(wǎng)，當水輪發(fā)電機組所發(fā)電能不足風機電動機運轉所需時，不足部分則由外電補充，成本相對較低，能適應不同季節(jié)及不同負荷時的余壓變化或流量變化，余能都能得到充分利用。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案是：一種基于智能化電源管理的循環(huán)冷卻水余壓回收節(jié)能系統(tǒng)，包括水輪發(fā)電機組、冷卻塔、電網(wǎng)，所述水輪發(fā)電機組通過智能化電源控制系統(tǒng)連接冷卻塔風機的電動機，智能化電源控制系統(tǒng)還連接電網(wǎng)，水輪發(fā)電機組所發(fā)電能和電網(wǎng)所供電能通過智能化電源控制系統(tǒng)整合輸出到驅(qū)動冷卻塔的風機電動機，并優(yōu)先使用水輪發(fā)電機組發(fā)出的電能，不足部分則由電網(wǎng)補充。

水輪發(fā)電機組進出口設置壓力檢測器，通過檢測到的壓力信號控制水輪發(fā)電機組的轉速，使水輪機維持穩(wěn)定的出口壓力，從而使冷卻水在冷卻塔內(nèi)能均勻噴淋。

所述發(fā)電機組采用永磁同步電機，使系統(tǒng)更加高效節(jié)能。

所述智能化電源控制系統(tǒng)包括DSP控制器、IPM電機驅(qū)動板，IPM電機驅(qū)動板采用IPM逆變電路，以三相逆變橋產(chǎn)生磁場驅(qū)動風機的電動機；所述智能化電源控制系統(tǒng)的電路中設置電路保護模塊，利用濾波電路對電流進行檢測，通過DSP控制器控制、調(diào)節(jié)，避免水輪發(fā)電機組發(fā)電量大于風機電動機實際需求時，電流過大燒毀電路及智能控制設備。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明與現(xiàn)有技術的區(qū)別特征：本發(fā)明的特點在于對風機供電節(jié)電的智能控制及其對整套冷卻系統(tǒng)的優(yōu)化設計，擺脫了季節(jié)的限制。其關鍵技術在于對水輪機產(chǎn)能、風機耗能與電網(wǎng)供能的一體化監(jiān)測與控制，使水輪發(fā)電機組在不同流量及不同壓力情況下，智能控制系統(tǒng)都能給風機提供所需的穩(wěn)定的動力。與水輪機與風機直連的方式比較，余能不足時，本發(fā)明避免了水輪機成為額外負載，解決了不能有效利用余能的問題。同時，本發(fā)明的水輪機安置于冷卻塔外管路中，無需置于塔內(nèi)，不會增加冷卻塔的風阻。與雙驅(qū)動冷卻塔水輪機方式相比，本發(fā)明使水輪機產(chǎn)能與外部電能簡單疊加，使兩者之間不產(chǎn)生內(nèi)部損耗。與其他形式水輪機發(fā)電的方式比較，本發(fā)明無需對水輪機所發(fā)電量進行存儲與并網(wǎng)，當水輪發(fā)電機組產(chǎn)能不足風機運轉所需時，不足部分則由外電補充，成本相對較低。

本發(fā)明的優(yōu)點：

1.彌補了傳統(tǒng)方法的不足，突破了用水輪機驅(qū)動風機的余能利用方式受季節(jié)和負載變化的制約。

2.節(jié)能效果明顯，成本較低，回收年限短，為用戶節(jié)約開支。

3.控制模塊完善，無需人工操作即可供需平衡。

4.本方案對新舊冷卻塔系統(tǒng)均能很好地兼容，改造方便。

5.當代工業(yè)系統(tǒng)對冷卻塔的需求量大，已有裝機量大，用戶多，本產(chǎn)品的應用前景廣闊。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的基于智能化電源管理的循環(huán)冷卻水余壓回收節(jié)能系統(tǒng)簡圖；

圖2為本發(fā)明的控制模塊的硬件框圖；

圖3為本發(fā)明的軟件框圖。

具體實施方式

下面結合附圖與實施例對本發(fā)明作進一步說明。

如下圖1所示，一種基于智能化電源管理的循環(huán)冷卻水余壓回收節(jié)能系統(tǒng)，包括水輪發(fā)電機組1、冷卻塔2、智能化電源控制系統(tǒng)3、電網(wǎng)4等。發(fā)電機采用永磁同步電機，使系統(tǒng)更加高效節(jié)能。

水輪發(fā)電機組1通過智能化電源控制系統(tǒng)3連接冷卻塔2的風機電動機，智能化電源控制系統(tǒng)3還連接電網(wǎng)4。冷卻水經(jīng)過熱用戶后首先供給水輪發(fā)電機組1發(fā)電，水輪發(fā)電機組1所發(fā)電能和電網(wǎng)4所供電能，通過以IPM與DSP為核心的智能化電源控制系統(tǒng)3整合輸出到冷卻塔2的風機電動機，優(yōu)先使用水輪發(fā)電機組1發(fā)出的電能供給冷卻塔2的風機電動機運轉，不足部分則由電網(wǎng)4補充，由此實現(xiàn)了對余壓的廣域利用。為了滿足冷卻塔噴淋的需求壓力，在水輪發(fā)電機組1的進出口設置了壓力檢測器，通過檢測到的壓力信號控制水輪發(fā)電機組1的轉速，使水輪機維持穩(wěn)定的出口壓力，從而使冷卻水在冷卻塔2內(nèi)能均勻噴淋。

如圖2所示，智能化電源控制系統(tǒng)3采用的控制模塊分為兩部分，第一部分為核心DSP控制器，第二部分為IPM電機驅(qū)動板。IPM電機驅(qū)動板采用IPM逆變電路,以三相逆變橋產(chǎn)生磁場驅(qū)動電機。另外在電路中設置了電路保護模塊，利用濾波電路對電流進行檢測，通過DSP控制器控制、調(diào)節(jié)，避免水水輪發(fā)電機組發(fā)電量大于風機電動機實際需求時，電流過大燒毀電路及智能控制設備。每一個模塊都可以控制電機進行四象限運行，風機的電機所用的模塊工作在電動狀態(tài)，使其恒速旋轉。發(fā)電機組所用的模塊工作在發(fā)電狀態(tài)，使其阻力矩恒定將壓力作為反饋信號，對處于發(fā)電狀態(tài)的電機實施閉環(huán)反饋，使發(fā)電機始終工作在最優(yōu)發(fā)電效率點，而不管水流壓力如何變化）。其中軟件部分（圖3所示）為在CSS3.3的開發(fā)環(huán)境下輔以Altium Designer Summer 09進行設計。

本發(fā)明的關鍵技術在于對水輪機產(chǎn)能、風機耗能與電網(wǎng)供能的一體化監(jiān)測與控制，使水輪發(fā)電機組在不同流量及不同壓力情況下，智能控制系統(tǒng)都能給風機提供所需的穩(wěn)定的動力。

本發(fā)明的技術特點：

（1）水輪發(fā)電機組發(fā)出的電能和電網(wǎng)所供電能，通過以IPM與DSP為核心的智能化電源管理系統(tǒng)整合輸出到風機電動機，并優(yōu)先使用水輪發(fā)電機組發(fā)出的電能供給風機電機運轉，不足部分則由電網(wǎng)補充。

（2）為了滿足冷卻塔噴淋所需壓力，在水輪機進出口設置壓力檢測，通過檢測到的壓力信號控制水輪發(fā)電機組的轉速，使水輪機維持穩(wěn)定的出口壓力，從而使冷卻水在冷卻塔內(nèi)能均勻噴淋。發(fā)電機組采用永磁同步電機，使系統(tǒng)更加高效節(jié)能。

（3）在電路中設置了電路保護模塊，利用濾波電路對電流進行檢測，通過DSP控制器控制、調(diào)節(jié)，避免水輪發(fā)電機組發(fā)電量大于風機電動機實際需求時，電流過大燒毀電路及智能控制設備。

（4）每一個模塊都可以控制電機進行四象限運行，風機電機所用的模塊工作在電動狀態(tài)，使其恒速旋轉。發(fā)電機所用的模塊工作在發(fā)電狀態(tài)，使其阻力矩恒定將壓力作為反饋信號，對處于發(fā)電狀態(tài)的電機實施閉環(huán)反饋，使發(fā)電機始終工作在最優(yōu)發(fā)電效率點，而不管水流壓力如何變化。