CN108956183A - 膨胀机试验装置及其试验方法 - Google Patents

Abstract

膨胀机试验装置，包括主路管路、旁路管路、降温介质供应管路、检测装置和控制器。主路管路包括第一管路和第二管路；第一、第二管路分别与膨胀机的入口和出口连通；第一、第二管路上分别设有入口调节阀和出口调节阀。旁路管路和降温介质供应管路上分别设有减压调节阀和降温介质调节阀。检测装置用于检测膨胀机的入口压力、入口温度及入口流量、膨胀机的出口调节阀的出口压力和出口温度以及膨胀机的转速。控制器用于接收上述阀门反馈的阀门状态信号及检测装置的检测结果，控制入口调节阀、出口调节阀和降温介质调节阀的开度。本发明还公开了膨胀机试验装置的试验方法。本发明可测试膨胀机在高温高压工况下的性能。

Description

膨胀机试验装置及其试验方法

技术领域

本发明涉及膨胀机试验装置及其试验方法。

背景技术

随着膨胀机技术的快速发展，利用膨胀机回收化工、冶金、建材和电力等行业工艺过程中产生的余热进行发电或做功的工程案例不断增多。膨胀机处理的介质主要为饱和蒸汽、汽水两相、高压介质气以及一些有机介质。目前，膨胀机所处理的介质的温度上限不断增加，这对膨胀机的设计和研发提出了更高的要求，与此同时，需要与之相对应的试验研究。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种能够测试膨胀机在高温高压工况下的性能的膨胀机试验装置。

本发明所要解决的又一技术问题在于提供一种膨胀机试验装置的试验方法。

为解决上述技术问题，根据本发明实施例的膨胀机试验装置，包括主路管路、旁路管路、降温介质供应管路、检测装置和控制器；主路管路包括第一管路和第二管路；第一管路的一端为介质蒸汽入口，第一管路的另一端与待试验的膨胀机的入口连通；第二管路的一端与待试验的膨胀机的出口连通，第二管路的另一端为介质蒸汽出口；第一管路上设有入口调节阀，第二管路上设有出口调节阀；旁路管路的一端连通于介质蒸汽入口与入口调节阀之间的第一管路管段，旁路管路的另一端连通于出口调节阀与介质蒸汽出口之间的第二管路管段，旁路管路上设有减压调节阀； 降温介质供应管路的一端用于接收外部输入的降温介质，降温介质供应管路的另一端与位于入口调节阀阀后的第一管路管段相连通，在降温介质供应管路上设有降温介质调节阀；检测装置用于实时检测膨胀机的入口压力、入口温度及入口流量、膨胀机的出口调节阀的出口压力和出口温度以及膨胀机的转速；控制器用于接收入口调节阀、出口调节阀、减压调节阀和降温介质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，控制入口调节阀、出口调节阀和降温介质调节阀的开度，使膨胀机运行在设定的转速、入口温度、入口压力及出口压力，并且使减压调节阀在膨胀机运行时处于关闭状态；使减压调节阀在膨胀机停机时打开。

根据本发明实施例的膨胀机试验装置的试验方法，包括以下步骤：

a、启动膨胀机，使膨胀机带动发电机旋转；控制器在膨胀机被启动后立即关闭减压调节阀；

b、控制器根据给定的同步转速值和膨胀机的转速测量值对入口调节阀的开度进行控制，以使膨胀机的转速值达到同步转速值，并在膨胀机的转速值达到同步转速值时，控制发电机与电网并网；

c、控制器根据膨胀机的入口压力给定值和入口压力测量值对入口调节阀的开度进行控制，根据膨胀机的入口温度给定值和入口温度测量值对降温介质调节阀的开度进行控制，根据膨胀机的出口调节阀的出口压力给定值和出口压力测量值对出口调节阀的开度进行控制，以使膨胀机的入口压力、入口温度、膨胀机的出口调节阀的出口压力分别达到入口压力给定值、入口温度给定值和出口压力给定值；

d、记录膨胀机的入口流量和出口调节阀的出口温度，检测预先指定的膨胀机的部件的工作状况。

本发明至少具有以下优点：

1、采用本发明的技术方案，通过调节入口调节阀、降温介质调节阀和出口调节阀的开度，可以模拟出膨胀机的不同工况，从而测试出膨胀机在不同实际工况下的运行性能；

2、因旁路管路上设有减压调节阀，当膨胀机因故障而停机时，控制器控制减压调节阀打开，可以迅速将主路管路中的介质蒸汽切换到旁路管路上，提高了使用的安全性。

附图说明

图1示出了根据本发明膨胀机试验装置的一个实施例的示意图。

图2示出了根据本发明膨胀机试验装置的一个实施例的控制器的控制示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做出进一步说明。

请参考图1。根据本发明一实施例的膨胀机试验装置包括主路管路、旁路管路2、降温介质供应管路3、检测装置和控制器8。

主路管路包括第一管路11和第二管路12。第一管路11的一端为介质蒸汽入口111，第一管路11的另一端与待试验的膨胀机9的入口连通。待试验的膨胀机9可以是螺杆膨胀机或透平膨胀机。第二管路12的一端与待试验的膨胀机9的出口连通，第二管路12的另一端为介质蒸汽出口122。第一管路11上设有入口调节阀41，第二管路12上设有出口调节阀42。

可选地，第一管路11上设有入口截止阀45和过滤器51，入口截止阀45位于入口调节阀41的上游，过滤器51位于入口截止阀45的上游。入口截止阀45用于在紧急情况下可以快速关闭介质蒸汽通路，保证膨胀机9的安全。过滤器51可滤除介质蒸汽中的杂质。

可选地，第二管路12上设有手动阀门46，手动阀门46与出口调节阀42并联连接。手动阀门46用于手动控制膨胀机9的出口压力。在手动阀门46的上游还设有单向阀47。

旁路管路2的一端连通于介质蒸汽入口111与入口截止阀45之间的第一管路管段，旁路管路2的另一端连通于出口调节阀42与介质蒸汽出口122之间的第二管路管段，旁路管路2上设有减压调节阀43，通过控制减压调节阀43的开度可以降低介质蒸汽的压力。

降温介质供应管路3的一端用于接收外部输入的降温介质，降温介质例如可以是除盐水或软化水。降温介质供应管路3的另一端与位于入口调节阀41阀后的第一管路管段相连通，在降温介质供应管路上设有降温介质调节阀44。降温介质供应管路3上设有增压水泵6，增压水泵6位于降温介质调节阀44的上游。图中的示例中，示出了两个彼此并联的增压水泵6，其中一个可作为备用。通过将降温介质加入到介质蒸汽中，可以降低介质蒸汽的温度。降温介质调节阀44的开度大小，决定了进入到膨胀机9的蒸汽介质的温度。

检测装置用于实时检测膨胀机9的入口压力、入口温度及入口流量、膨胀机9的出口调节阀42的出口压力和出口温度、旁路管路2内的介质温度和介质压力以及膨胀机9的转速。请结合图2所示。检测装置包括用于检测膨胀机9的入口压力的第一压力传感器711、用于检测膨胀机9的入口温度的第一温度传感器721、用于检测膨胀机9的入口流量的第一流量计731、用于检测膨胀机的出口调节阀42的出口压力的第二压力传感器712、用于检测膨胀机的出口调节阀42的出口温度的第二温度传感器722、设置在旁路管路2上的第三压力传感器713和第三温度传感器723以及用于检测膨胀机9的转速的转速传感器74。

控制器8用于接收入口调节阀41、出口调节阀42、减压调节阀43和降温介质调节阀44反馈的阀门状态信号以及检测装置发送的检测结果，控制入口调节阀41、出口调节阀42和降温介质调节阀44的开度，使膨胀机9运行在设定的转速、入口温度、入口压力及出口压力，并且使减压调节阀43在膨胀机9运行时处于关闭状态，使减压调节阀43在膨胀机9停机（膨胀机9的转速为零）时打开。控制器8可采用PLC控制器。

前述的膨胀机试验装置的试验方法，包括以下步骤：

a、启动膨胀机9，使膨胀机9带动发电机10旋转；控制器8根据转速传感器74发送的转速测量值可以知道膨胀机已经启动，并在膨胀机9被启动后立即关闭减压调节阀43；

b、控制器8根据给定的同步转速值和膨胀机的转速测量值对入口调节阀41的开度进行控制，以使膨胀机9的转速值达到同步转速值，并在膨胀机9的转速值达到同步转速值时，控制发电机10与电网并网。同步转速是发电机与电网频率相同时对应的转速，只有达到这个转速，才能减少发电机并入电网的时候的冲击电流。可选地，控制器8对给定的同步转速值与膨胀机的转速测量值之间的偏差进行PID调节，以使膨胀机9的转速值达到同步转速值；

c、控制器8根据膨胀机9的入口压力给定值和入口压力测量值对入口调节阀41的开度进行控制，根据膨胀机9的入口温度给定值和入口温度测量值对降温介质调节阀43的开度进行控制，根据膨胀机的出口调节阀的出口压力给定值和出口压力测量值对出口调节阀42的开度进行控制，以使膨胀机9的入口压力、入口温度、膨胀机的出口调节阀的出口压力分别达到入口压力给定值、入口温度给定值和出口压力给定值。可选地，控制器8对入口压力给定值与入口压力测量值之间的偏差进行PID调节，以使膨胀机9的入口压力达到入口压力给定值，对入口温度给定值与入口温度测量值之间的偏差进行PID调节，以使膨胀机9的入口温度达到入口温度给定值，对膨胀机9的出口调节阀的出口压力给定值与出口压力测量值之间的偏差进行PID调节，以使膨胀机9的出口调节阀的出口压力达到出口压力给定值；

d、记录膨胀机9的入口流量和出口调节阀42的出口温度，检测预先指定的膨胀机的部件的工作状况。

一组入口压力给定值、入口温度给定值和出口压力给定值代表着膨胀机的一种工况。使膨胀机工作于不同的入口压力给定值、入口温度给定值和出口压力给定值，就相当于模拟出膨胀机的不同工况，进而可以测试出膨胀机在不同实际工况下的运行性能。在模拟不同的工况时，可以按照入口温度从低到高的顺序进行，以保证机组的安全。如发现异常，可以停机检查。当膨胀机出现因故障而停机时，控制器8会控制减压调节阀43打开，使蒸汽介质通过旁路管路2进入到蒸汽出口管网中。

记录膨胀机的入口流量和出口温度可用于评估膨胀机机组的效率。在一定的工况下，当膨胀机机组的功率为定值时，入口流量越小，膨胀机机组的效率越高，当入口流量为定值时，出口温度越低，膨胀机机组的效率越高。预先指定的膨胀机的部件可以是膨胀机的轴承、轴封、转子等。通过检测轴承、密封、转子等的运行状况，可以判断这些部件的性能是否符合设计要求。

根据本发明实施例的膨胀机试验装置能够测试膨胀机在高温高压工况下的性能，该高温高压工况的入口温度最高可达到400°C，入口压力最大可达到4.0MPa。

Claims (10)

1.膨胀机试验装置，其特征在于，包括主路管路、旁路管路、降温介质供应管路、检测装置和控制器；

主路管路包括第一管路和第二管路；所述第一管路的一端为介质蒸汽入口，所述第一管路的另一端与待试验的膨胀机的入口连通；所述第二管路的一端与待试验的膨胀机的出口连通，所述第二管路的另一端为介质蒸汽出口；所述第一管路上设有入口调节阀，所述第二管路上设有出口调节阀；

旁路管路的一端连通于所述介质蒸汽入口与所述入口调节阀之间的第一管路管段，所述旁路管路的另一端连通于所述出口调节阀与所述介质蒸汽出口之间的第二管路管段，所述旁路管路上设有减压调节阀；

降温介质供应管路的一端用于接收外部输入的降温介质，所述降温介质供应管路的另一端与位于入口调节阀阀后的第一管路管段相连通，在降温介质供应管路上设有降温介质调节阀；

检测装置用于实时检测所述膨胀机的入口压力、入口温度及入口流量、所述膨胀机的出口调节阀的出口压力和出口温度以及所述膨胀机的转速；

控制器用于接收所述入口调节阀、所述出口调节阀、所述减压调节阀和所述降温介质调节阀反馈的阀门状态信号以及所述检测装置发送的检测结果，控制所述入口调节阀、所述出口调节阀和所述降温介质调节阀的开度，使膨胀机运行在设定的转速、入口温度、入口压力及出口压力，并且使减压调节阀在膨胀机运行时处于关闭状态；使减压调节阀在膨胀机停机时打开。

2.如权利要求1所述的膨胀机试验装置，其特征在于，所述的检测装置包括用于检测膨胀机的入口压力的第一压力传感器、用于检测所述膨胀机的入口温度的第一温度传感器、用于检测所述膨胀机的入口流量的第一流量计、用于检测所述膨胀机的出口调节阀的出口压力的第二压力传感器、用于检测所述膨胀机的出口调节阀的出口温度的第二温度传感器、设置在所述旁路管路上的第三压力传感器和第三温度传感器以及用于检测所述膨胀机的转速的转速传感器。

3.如权利要求1所述的膨胀机试验装置，其特征在于，所述第一管路上设有入口截止阀，所述入口截止阀位于所述入口调节阀的上游；所述旁路管路的一端连通于所述介质蒸汽入口与所述入口截止阀之间的第一管路管段。

4.如权利要求1所述的膨胀机试验装置，其特征在于，所述第二管路上设有手动阀门，所述手动阀门与出口调节阀并联连接。

5.如权利要求1所述的膨胀机试验装置，其特征在于，所述降温介质供应管路上设有增压水泵，所述增压水泵位于所述降温介质调节阀的上游。

6.如权利要求1所述的膨胀机试验装置，其特征在于，所述的控制器为PLC控制器。

7.如权利要求1所述的膨胀机试验装置，其特征在于，所述的膨胀机为螺杆膨胀机或透平膨胀机。

8.一种如权利要求1所述的膨胀机试验装置的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、启动膨胀机，使膨胀机带动发电机旋转；控制器在膨胀机被启动后立即关闭所述减压调节阀；

b、所述控制器根据给定的同步转速值和膨胀机的转速测量值对所述入口调节阀的开度进行控制，以使膨胀机的转速值达到所述同步转速值，并在所述膨胀机的转速值达到所述同步转速值时，控制发电机与电网并网；

c、所述控制器根据膨胀机的入口压力给定值和入口压力测量值对入口调节阀的开度进行控制，根据膨胀机的入口温度给定值和入口温度测量值对降温介质调节阀的开度进行控制，根据膨胀机的出口调节阀的出口压力给定值和出口压力测量值对出口调节阀的开度进行控制，以使膨胀机的入口压力、入口温度、膨胀机的出口调节阀的出口压力分别达到所述入口压力给定值、所述入口温度给定值和所述出口压力给定值；

d、记录膨胀机的入口流量和出口调节阀的出口温度，检测预先指定的膨胀机的部件的工作状况。

9.如权利要求8所述的膨胀机试验装置的试验方法，其特征在于，在所述的步骤b中，所述控制器对给定的同步转速值与膨胀机的转速测量值之间的偏差进行PID调节，以使膨胀机的转速值达到所述同步转速值。

10.如权利要求8所述的膨胀机试验装置的试验方法，其特征在于，在所述的步骤c中，所述控制器对入口压力给定值与入口压力测量值之间的偏差进行PID调节，以使膨胀机的入口压力达到所述入口压力给定值，对入口温度给定值与入口温度测量值之间的偏差进行PID调节，以使膨胀机的入口温度达到所述入口温度给定值，对膨胀机的出口调节阀的出口压力给定值与出口压力测量值之间的偏差进行PID调节，以使膨胀机的出口调节阀的出口压力达到所述出口压力给定值。