CN101936288B - 用于测试压缩机的设备和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于测试压缩机的设备和方法。一种用于压缩机的测试装置具有阀(12)和连接到阀(12)上的管道(14)。连接到管道(14)上的测流嘴(16)具有对应的流量系数。连接到测流嘴(16)上的压力传感器(26)测量工作流体的压力，且使用该压力和流量系数来计算工作流体的流率。用于测试压缩机的方法包括在第一功率水平处操作压缩机，在第一功率水平处测量工作流体的流率，将工作流体的压力调节成等于第一预定压力，以及在第一功率水平处测量压缩机的操作参数。该方法还包括将工作流体的压力调节成等于第二预定压力，以及在工作流体的压力处于第二预定压力的情况下，测量处于第一功率水平的压缩机的操作参数。
Description
技术领域
本发明大体涉及用于压缩机的测试装置。更具体地，本发明描述了一种用于测试压缩机的校准的流动控制模块。
背景技术
压缩机广泛用于燃气涡轮机、喷气发动机和各种其它工业应用中。典型的压缩机包括多个翼型件级，以逐渐压缩工作流体。多个翼型件级包括旋转的翼型件(也已知为叶片或转子)，以使工作流体加速。固定的翼型件(也已知为定子或导叶)使工作流体减速，且将工作流体的流动方向重新导向到下一级的旋转翼型件。这样，压缩机就产生了持续的压缩工作流体流，以便于后面的燃烧和膨胀来做功。
存在用来测试压缩机的操作性能的各种装置。例如，美国专利6,220,086描述了一种用于测试用于涡轮机的压缩机中的喘振压力比率的方法和设备。该设备包括通过节流阀将工作流体供应到压缩机入口的管道。节流阀的位置临时改变，以暂时地降低在测试期间流入压缩机入口中的工作流体的流量。
美国专利6,220,086中描述的测试装置不包括精确地测量流入压缩机入口中的工作流体的流量的能力。另外，该测试装置不包括在工作流体进入压缩机入口中之前控制工作流体的温度的能力。因此，如果工作流体的流量的瞬变不足以执行期望的测试，则必须重复该过程，且节流阀必须临时改变，以进一步暂时地降低流入压缩机入口中的工作流体的流量，以执行期望的测试。因此，测试装置可能需要重复的过程来确定正确的节流位置，以充分地降低流入压缩机入口中的工作流体的流量，以便执行期望的测试。
因此，存在对于可精确地将期望的工作流体流输送到压缩机以进行测试的测试装置的需要。另外，存在对于可在工作流体进入压缩机入口中之前提高该工作流体的温度的测试装置的需要。
发明内容
下文在下列描述中阐明了本发明的方面和优点，或者根据该描述，本发明的方面和优点可显而易见，或者可通过本发明的实践来学习本发明的方面和优点。
在本发明的一个实施例中，一种用于压缩机的测试装置包括连接到压缩机上的阀和连接到阀上的管道。测流嘴连接到管道上，且该测流嘴具有对应的流量系数。连接到测流嘴上的压力传感器测量流过该测流嘴的工作流体的压力，且使用工作流体的压力和测流嘴的流量系数来计算该工作流体的流率。
在本发明的另一个实施例中，一种用于压缩机的测试装置包括连接到压缩机上的阀，以及连接到阀上的管道。测流嘴连接到管道上，且该测流嘴具有对应的流量系数。用于测量通过测流嘴的工作流体的流率的器件连接到该测流嘴上。
本发明还包括一种用于测试压缩机的方法。该方法包括在第一功率水平处操作压缩机，测量通向处于第一功率水平的压缩机的工作流体的流率，以及调节工作流体的压力，直到进入压缩机的工作流体的压力等于第一预定压力为止。该方法进一步包括在进入压缩机的工作流体的压力处于第一预定压力的情况下测量处于第一功率水平的压缩机的操作参数。该方法还包括调节工作流体的压力，直到进入压缩机的工作流体的压力等于第二预定压力为止，以及在进入压缩机的工作流体的压力处于第二预定压力的情况下测量处于第一功率水平的压缩机的操作参数。
在审阅说明书之后，本领域普通技术人员将更好地理解这样的实施例的特征和方面以及其它。
附图说明
在说明书的剩余部分中-包括参照附图，更加具体地阐述了本发明的对本领域技术人员而言完整的且能够实现的公开，包括其最佳模式，其中：
图1是可包括在压缩机测试装置中的流动控制模块的一个实施例的简化平面图；
图2是根据本发明的一个实施例的测试装置的简化平面图；以及
图3是根据本发明的一个备选实施例的测试装置的简化结构图。
部件列表
10流动控制模块
12阀
14管道
16测流嘴
18用于测量流率的器件
20促动器
21配件
22喷嘴入口
24喷嘴喉道
26压力传感器
28DP信号
30温度传感器
32测试装置
34流动控制模块
36腔室
38压缩机
40消音器
42消音器管
44阀
46管道
48测流嘴
50用于测量流率的器件
52穿孔板
54测试装置
56压缩机
58消音器
60流动控制模块
62腔室
64阀
66穿孔板
68弯头
70过渡件
72抽取系统
74第一端
76第二端
78流动控制阀
具体实施方式
现在将详细地对本发明的目前的实施例进行参照，在附图中示出了这些实施例的一个或多个实例。详细描述使用数字和字母标记来指示图中的特征。已经使用图中和说明书中的同样的或相似的标记来指示本发明的同样的或相似的部件。
以阐述本发明而非限制本发明的方式提供了各个实例。实际上，对本领域技术人员将显而易见的是可在不偏离本发明的范围或精神的情况下，在本发明中作出修改和改变。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用在另一个实施例上，以产生另外的又一个实施例。因此，意图是本发明覆盖所附的权利要求书及其等效物的范围内的这样的修改和变化。
图1提供了可包括在压缩机测试装置中的流动控制模块10的一个实施例的简化平面图。如图所示，流动控制模块10大体包括阀12、管道14、测流嘴16，以及用于测量通过测流嘴16的工作流体的流率的器件18。
阀12可为本领域普通技术人员已知的用于允许和防止流动的任何结构。在特定的实施例中，阀12还可为能够节流的，以降低被测压缩机的入口压力。例如，阀12可为球阀、节流阀、浮球阀、闸门阀、蝶形阀或任何等效结构。所选择的特定类型的阀将取决于操作因素，例如期望流率、温度和/或压缩机处的入口压力。例如，36英寸的、法兰形端部的、有弹性的承座的蝶形阀是适当的阀，其容许足够的工作流体的流量，越过阀产生了最小的压降，并且提供了节流能力。
阀12可进一步包括用于进行远程操作的促动器20。促动器20可为电动马达、空气马达、液压马达或用于远程地操作阀12的任何其它等效装置。
管道14将测流嘴16连接到阀12上，且为工作流体提供流径。管道14可由任何适当的材料(例如金属片、塑料、尿烷或聚氯乙烯)制成。管道14大小设置成以便基于ASME喷嘴喉道直径来获得期望的β比率。例如，对于24英寸ASME长半径测流嘴和期望的0.5的β而言合适的管道14可具有48英寸的内径。额外的配件21对于将管道14连接到测流嘴16或阀12上来说可能是必要的。
测流嘴16将工作流体流引导到管道14中。测流嘴16大体包括工作流体流过其中的入口22和喉道24。在本发明的范围内的适当的测流嘴16可为24英寸ASME长半径测流嘴。
对流动控制模块10进行校准，以精确地测量通过测流嘴16且由此进入压缩机中的工作流体的流率。流动控制模块10的校准确定流动控制模块10的流量系数(c)-雷诺数(Rd)的关系。
用于测量工作流体的流率的器件18可包括一个或多个压力传感器、压差传感器、皮托管、脉冲管或本领域普通技术人员已知的用于对流体流进行测量的类似的装置。例如，测流嘴16可包括在测流嘴16的入口22和喉道24处的一个或多个压力传感器26，例如脉冲管。可使用压力传感器26来产生压差信号28，然后可使用压差信号28与流量系数来计算通过流动控制模块10的工作流体的流量。测流嘴16也可包括一个或多个温度传感器30，该一个或多个温度传感器30测量工作流体的温度，使得可针对工作流体的温度的变化来调节计算出的流率。
图2是根据本发明的一个实施例的测试装置32的简化平面图。在此实施例中，测试装置32包括由腔室(plenum)36连接到压缩机38上的多个流动控制模块34。在测试装置中的流动控制模块34的实际数量取决于被测压缩机的流动要求，且该实际数量可在从一至二十四或更多的范围内。作为通过各个流动控制模块34的流率的总和来计算工作流体的总流率。
如图2所示，测试装置32可包括在通向流动控制模块34的入口处的消音器40。消音器40可包括筛网、平行导流板、消声器，或本领域已知的用于减弱噪声和/或防止外物进入测试装置32的适当的等效结构。消音器管42将消音器40连接到流动控制模块34上。
如之前关于图1所描述，各个流动控制模块34包括阀44、管道46、测流嘴48和用于测量流率的器件50。
腔室36将流动控制模块34连接到压缩机38上。腔室36可由任何适当的材料(例如金属片、塑料、尿烷或聚氯乙烯)制成，且腔室36大小设置成以便适应对于压缩机38所预期的期望流率。腔室36应当能够经受住压缩机测试造成的压力和真空变化。例如，典型的压缩机测试可在流动控制模块34的下游的腔室36中产生大约1.5个大气压的压力瞬态和200英寸水柱的真空瞬态。
腔室36可包括导流板或穿孔板52，以引导工作流体流，以在流动控制模块34的下游获得期望流速。适当的布置可包括例如三个交错的穿孔板52，其中穿孔面积为约48.5％。
图3是根据本发明的一个备选实施例的、连接到压缩机56上的测试装置54的简化结构图。如之前关于图1和2所描述，测试装置54包括消音器58、一个或多个流动控制模块60以及腔室62。工作流体流过消音器58而到达流动控制模块60。流动控制模块60精确地测量工作流体流，且阀64的位置被调节成以便在被测压缩机56的入口处获得工作流体的期望压力。腔室62中的穿孔板66通过各种弯头68和过渡件70将工作流体流引导到压缩机56，弯头68和过渡件70将腔室62连接到压缩机56上。
图3所示的测试装置54进一步包括抽取系统72，以在工作流体进入压缩机56中之前加热工作流体。抽取系统72的第一端74连接到压缩机56的排放口上，且抽取系统72的第二端76连接到测试装置54上。抽取系统72将压缩的且经加热的工作流体的一部分转移回测试装置54，例如转移回流动控制模块60下游的腔室62。抽取系统72可包括可远程地操作以便调节供应到测试装置54的被转移的空气的量的流动控制阀78。
本发明中描述的测试装置可联接到压缩机的入口上，以便当压缩机在各种功率水平处操作时精确地测量工作流体的流率以及调节进入该压缩机的工作流体的压力。例如，在压缩机按特定测试要求在第一功率水平处操作的情况下，测试装置可精确地测量通向该压缩机的工作流体的流率，且调节阀，直到进入该压缩机的工作流体的压力等于第一预定压力为止。可在压缩机的入口处的工作流体的压力处于第一预定压力的情况下，在第一功率水平处测量和记录压缩机的操作参数，诸如排气温度、排气压力和压缩比率。然后测试装置可调节阀，直到进入压缩机的工作流体的压力等于第二预定压力为止，且可再次测试和记录压缩机的操作参数。
然后可在压缩机以第二功率水平操作的情况下重复测试。如前所述，测试装置精确地测量流率，且将进入压缩机的工作流体的压力调节到第三预定压力和第四预定压力，以测试压缩机的操作性能。第三预定压力和第四预定压力可分别与第一预定压力和第二预定压力相同。
在压缩机测试期间，测试装置可进一步在压缩机的各种功率水平处测量工作流体的温度。如果压缩机测试需要工作流体的特定温度，则该测试装置可进一步使用抽取系统来在工作流体进入压缩机中之前加热该工作流体。此外，测试装置可使工作流体在进入压缩机中之前穿过穿孔板，以调节进入压缩机中的工作流体的流量。
本领域技术人员应当了解，可在不偏离所附的权利要求书及其等效物中阐明的本发明的范围和精神的情况下对本文中所阐明的本发明的实施例作出修改和改变。
Claims (18)
1.一种用于压缩机(56)的测试装置(54)，包括：
a.连接到所述压缩机(56)上游的阀(64)；
b.连接到所述阀(64)上的管道(46)；
c.连接到所述管道(46)上、且位于所述阀的上游的测流嘴(48)，所述测流嘴(48)具有变化的横截面和对应的流量系数；以及
d.连接到所述测流嘴(48)上以测量流过所述测流嘴(48)的工作流体的压力的压力传感器(26)，其中，可使用所述工作流体的压力和所述测流嘴(48)的流量系数来计算所述工作流体的流率；
其中，当在第一功率水平处操作所述压缩机(56)时，所述测试装置用来测量通向处于所述第一功率水平的所述压缩机(56)的工作流体的流率；所述阀用来调节所述工作流体的压力，直到进入所述压缩机(56)的所述工作流体的压力等于第一预定压力为止；在进入所述压缩机(56)的所述工作流体的压力处于所述第一预定压力的情况下，测量处于所述第一功率水平的所述压缩机(56)的操作参数，调节所述工作流体的压力直到进入所述压缩机(56)的所述工作流体的压力等于第二预定压力为止，并且在进入所述压缩机(56)的所述工作流体的压力处于所述第二预定压力的情况下，测量处于所述第一功率水平的所述压缩机(56)的操作参数。
2.根据权利要求1所述的测试装置(54)，其特征在于，所述测试装置(54)进一步包括连接到所述测流嘴(48)上以测量流过所述测流嘴(48)的工作流体的温度的温度传感器(30)。
3.根据权利要求1所述的测试装置(54)，其特征在于，所述测试装置(54)进一步包括在所述测流嘴(48)的上游的消音器(58)。
4.根据权利要求1所述的测试装置(54)，其特征在于，所述测试装置(54)进一步包括在所述阀(64)的下游的导流板(66)。
5.根据权利要求1所述的测试装置(54)，其特征在于，所述测试装置(54)进一步包括连接在所述压缩机(56)和所述测试装置(54)之间以将经加热的工作流体供应到所述测试装置(54)的抽取系统(72)。
6.根据权利要求1所述的测试装置(54)，其特征在于，所述阀(64)是节流阀。
7.一种用于压缩机(56)的测试装置(54)，包括：
a.连接到所述压缩机(56)上游的阀(64)；
b.连接到所述阀(64)上的管道(46)；
c.连接到所述管道(46)上、且位于所述阀的上游的测流嘴(48)，所述测流嘴(48)具有变化的横截面和对应的流量系数；以及
d.连接到所述测流嘴(48)上的、用于测量通过所述测流嘴(48)的工作流体的流率的器件；
其中，当在第一功率水平处操作所述压缩机(56)时，所述测试装置用来测量通向处于所述第一功率水平的所述压缩机(56)的工作流体的流率；所述阀用来调节所述工作流体的压力，直到进入所述压缩机(56)的所述工作流体的压力等于第一预定压力为止；在进入所述压缩机(56)的所述工作流体的压力处于所述第一预定压力的情况下，测量处于所述第一功率水平的所述压缩机(56)的操作参数，调节所述工作流体的压力直到进入所述压缩机(56)的所述工作流体的压力等于第二预定压力为止，并且在进入所述压缩机(56)的所述工作流体的压力处于所述第二预定压力的情况下，测量处于所述第一功率水平的所述压缩机(56)的操作参数。
8.根据权利要求7所述的测试装置(54)，其特征在于，用于测量工作流体的流率的所述器件包括用于测量流过所述测流嘴(48)的工作流体的压力的压力传感器(26)。
9.根据权利要求7所述的测试装置(54)，其特征在于，所述测试装置(54)进一步包括连接到所述测流嘴(48)上以测量流过所述测流嘴(48)的工作流体的温度的温度传感器(30)。
10.根据权利要求7所述的测试装置(54)，其特征在于，所述测试装置(54)进一步包括在所述测流嘴(48)的上游的消音器(58)。
11.根据权利要求7所述的测试装置(54)，其特征在于，所述测试装置(54)进一步包括在所述阀的下游的导流板(66)。
12.根据权利要求7所述的测试装置(54)，其特征在于，所述测试装置(54)进一步包括连接在所述压缩机(56)和所述测试装置(54)之间以将经加热的工作流体供应到所述测试装置(54)的抽取系统(72)。
13.根据权利要求7所述的测试装置(54)，其特征在于，所述阀(64)是节流阀。
14.一种用于测试压缩机(56)的方法，包括：
a.在第一功率水平处操作所述压缩机(56)；
b.使用如权利要求1所述的测试装置测量通向处于所述第一功率水平的所述压缩机(56)的工作流体的流率；
c.调节所述工作流体的压力，直到进入所述压缩机(56)的所述工作流体的压力等于第一预定压力为止；
d.在进入所述压缩机(56)的所述工作流体的压力处于所述第一预定压力的情况下，测量处于所述第一功率水平的所述压缩机(56)的操作参数；
e.调节所述工作流体的压力，直到进入所述压缩机(56)的所述工作流体的压力等于第二预定压力为止；以及
f.在进入所述压缩机(56)的所述工作流体的压力处于所述第二预定压力的情况下，测量处于所述第一功率水平的所述压缩机(56)的操作参数。
15.权利要求14所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：
a.在第二功率水平处操作所述压缩机(56)；
b.测量通向处于所述第二功率水平的所述压缩机(56)的工作流体的流率；
c.调节所述工作流体的压力，直到进入所述压缩机(56)的所述工作流体的压力等于第三预定压力为止；
d.在进入所述压缩机(56)的所述工作流体的压力处于所述第三预定压力的情况下，测量处于所述第二功率水平的所述压缩机(56)的操作参数；
e.调节所述工作流体的压力，直到进入所述压缩机的所述工作流体的压力等于第四预定压力为止；以及
f.在进入所述压缩机(56)的所述工作流体的压力处于所述第四预定压力的情况下，测量处于所述第二功率水平的所述压缩机(56)的操作参数。
16.权利要求14所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括在所述第一功率水平处测量所述工作流体的温度。
17.权利要求14所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括在所述工作流体进入所述压缩机(56)中之前加热所述工作流体。
18.权利要求14所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括使所述工作流体在进入所述压缩机(56)中之前穿过穿孔板。
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