CN109932201A - 一种用于回热器性能的试验台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于回热器性能的试验台，包括高压气源、热端流路、加热器、冷端流路、第一排放管、第二排放管、回热桥、热端第一截止阀以及回热桥路截止阀，该试验台能够模拟回热器常用的两种换热模式，还原回热器的实际工作状态，从而获得回热器的实际换热效率等数据，为回热器的开发和改进提供实验数据支持。

Description

一种用于回热器性能的试验台

技术领域

本发明涉及回热器设计生产技术领域，尤其涉及一种用于微型燃气轮机中所使用的回热器性能的试验台。

背景技术

在微型燃气轮机中，回热器主要起到的热量交换的作用，通过合理的管路连接，实现两股气流的热量交换。

微型燃气轮机工作过程中，气体首先经过压气机升压，随后进入燃烧室，使得气体的温度大幅提高，最后高温气体在涡轮中膨胀做功驱动涡轮旋转；经过涡轮后的气体温度仍然很高，在微型燃气轮机中添加回热器之后，利用涡轮后的高温气体去加热压气机后的低温气体，预热进入燃烧室内的气体，提高涡轮后高温气体的热量利用率，减少气体在燃烧室中的加热量，从而降低了能量的消耗，延长了微型燃气轮机的工作时间。

回热器本身的设计对于其自身的换热效率具有重要影响，如果回热器的结构以及其自身内部的管路设计不合理，两股气流的热交换就无法达到预期效果，最终导致微型燃气轮机的热效率下降，燃料消耗量上升，不能实现其特定的功能，甚至会因为温度过高而损坏回热器。

然而，目前仍然没有对回热器进行性能测试的试验台，回热器的设计只能依靠理论计算，在装机之前，回热器本身的性能是否与理论计算相符无法得到验证，这也使得技术人员无法通过试验来对回热器的设计进行研究和指导。

因此，提供一种用于回热器性能的试验台，以便对回热器的设计提供试验指导是目前本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于回热器性能的试验台，以便于能够模拟回热器的实际使用状态，从而检测回热器的换热性能，为回热器的设计和研究提供实验数据指导。

为达到上述目的，本发明提供的用于回热器性能的试验台，包括：

高压气源，所述高压气源伸出有供气总管；

热端流路，所述热端流路的一端与所述供气总管相连，另一端用于与待测回热器的第一入口相连；

靠近所述热端流路设置，并与所述热端流路内的气体进行热交换的加热器；

冷端流路，所述冷端流路的一端与所述供气总管相连，另一端用于与所述待测回热器的第二入口相连；

第一排放管，所述第一排放管的一端用于与所述待测回热器的第一出口相连，另一端连通至排气总管；

第二排放管，所述第二排放管的一端用于与所述待测回热器的第二出口相连，另一端连通至所述排气总管，所述待测回热器的第一入口与第一出口连通，第二入口与第二出口连通；

回热桥路，所述回热桥路的一端通过第一接入点与所述热端流路连通，另一端通过第二接入点与所述第二排放管连通，其中，所述第一接入点位于所述加热器之前；

热端第一截止阀，设置在所述热端流路上并位于所述第一接入点之前；

回热桥路截止阀，设置在所述回热桥路上。

优选的，还包括用于分别用于为所述第一排放管和所述第二排放管降温的两个冷却回路，任意一所述冷却回路中包括泵体、冷却塔以及换热器，所述第一排放管和所述第二排放管分别与各自对应的所述换热器换热接触。

优选的，所述冷却塔为开式水塔或闭式水塔。

优选的，所述第一排放管上设置有用于为所述第一排放管内的气体进行降温的第一喷水冷却套管，所述第二排放管上设置有用于为所述第二排放管内的气体进行降温的第二喷水冷却套管。

优选的，所述排气总管的末端连接有与大气相通的消声器。

优选的，所述消声器为阻性消声器或抗性消声器。

优选的，所述加热器为煤粉燃烧器或气体燃烧器。

优选的，所述高压气源为气体压缩机或高压储气罐。

优选的，还包括设置在所述供气总管上的总流量调节阀。

优选的，所述热端流路和所述冷端流路上还设置有气体流量计。

优选的，所述热端流路上还设置有热端第二截止阀，所述热端第二截止阀位于所述第一接入点与所述加热器之间。

优选的，所述热端流路、冷端流路、第一排放管以及所述第二排放管上还上均设置有一个或多个流量调节阀。

本发明中所公开的用于回热器性能的试验台，至少包括以下两种实验模式：

常规换热模式，热端第一截止阀打开，回热桥路截止阀关闭，高压气源中的气体经过供气总管后一路进入热端流路，另一路进入冷端流路，热端流路中的气流流经加热器被加热，加热后的气流从回热器的第一入口流入回热器内；冷端流路中的气流直接从回热器的第二入口流入回热器内，在回热器内经过充分热交换后，热端气流从回热器的第一出口流入第一排放管，并最终经过排气总管排出至大气；冷端气流从回热器的第二出口流入第二排放管，并最终经过排气总管排出至大气；

回气换热模式，热端第一截止阀关闭，回热桥路截止阀开启，高压气源总的气体经过供气总管后进入冷端流路，冷端流路中的气体经回热器的第二入口流入到回热器中进行热交换，完成热交换的气体一部分从回热器的第二出口流入第二排放管并最终经过排气总管排出至大气，另一部分经回热桥路进入热端流路，并在经过加热器的加热后从回热器的第一入口流入回热器内，以对冷端流路中的气体进行预热。

上述两种换热模式模拟了回热器常用的两种换热模式，采用本发明中所公开的试验台，可以模拟回热器的实际工作状态，从而获得回热器的实际换热效率等数据，为回热器的开发和改进提供实验数据支持。

附图说明

图1为本发明一种实施例中所公开的用于回热器性能的试验台的结构示意图；

图2为本发明另一实施例中所公开的用于回热器性能的试验台的结构示意图。

其中，1为高压气源，2为热端流路，3为加热器，4为待测回热器，5为冷端流路，6为第一排放管，7为第二排放管，8为排气总管，9为冷却回路，10为热端第一截止阀，11为回热桥路截止阀，12为热端第二截止阀，13为流量调节阀，14为总流量调节阀，15为气体流量计，16为回热桥路，17为消声器，18为第一喷水冷却套管，19为第二喷水冷却套管，131为减压阀。

具体实施方式

本发明的核心是供一种用于回热器性能的试验台，以便于能够模拟回热器的实际使用状态，从而检测回热器的换热性能，为回热器的设计和研究提供实验数据指导。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1，在一种实施例中，本发明所公开的用于回热器性能的试验台包括高压气源1、热端流路2、加热器3、冷端流路5、第一排放管6、第二排放管7、回热桥、热端第一截止阀10以及回热桥路截止阀11，高压气源1伸出有供气总管，热端流路2的一端与供气总管相连，另外一端用于与待测回热器4的第一入口(位于图1待测回热器4的左上侧)相连，加热器3靠近热端流路2设置，并且加热器3与热端流路2内的气体能够充分换热，以便加热热端流路2内的气体，冷端流路5的一端与热端流路2共同并联于供气总管，另外一端用于与待测回热器4的第二入口(位于图1待测回热器4的左下侧)相连，第一排放管6的一端用于与待测回热器4的第一出口(位于图1待测回热器4的右下侧)相连，另外一端连通至排气总管8，第二排放管7的一端用于与待测回热器4的第二出口相连，另一端连与第一排放管6并联于排气总管8，待测回热器4的第一入口以第一出口连通，第二入口与第二出口连通，如图1中所示，回热桥路16的一端通过第一接入点与热端流路2连通，另外一端通过第二接入点与第二排放管7连通，其中，第一接入点位于加热器3之前，热端第一截止阀10设置在热端流路2上，并且热端第一截止阀10位于第一接入点之前，回热桥路截止阀11设置在回热桥路16上。

需要进行说明的是，在本发明实施例中，若高压气体在流动的过程中先流动至部件A，后流动至部件B，则称之为部件A位于部件B之前，部件B位于部件A之后。

上述实施例中所公开的用于回热器性能的试验台，至少包括以下两种实验模式：

常规换热模式，热端第一截止阀10打开，回热桥路截止阀11关闭，高压气源1中的气体经过供气总管后一路进入热端流路2，另一路进入冷端流路5，热端流路2中的气流流经加热器3被加热，加热后的气流从回热器的第一入口流入回热器内；冷端流路5中的气流直接从回热器的第二入口流入回热器内，在回热器内经过充分热交换后，热端气流从回热器的第一出口流入第一排放管6，并最终经过排气总管8排出至大气；冷端气流从回热器的第二出口流入第二排放管7，并最终经过排气总管8排出至大气；

回气换热模式，热端第一截止阀10关闭，回热桥路截止阀11开启，高压气源1中的气体经过供气总管后进入冷端流路5，冷端流路5中的气体经回热器的第二入口流入到回热器中进行热交换，完成热交换的气体一部分从回热器的第二出口流入第二排放管7并最终经过排气总管8排出至大气，另一部分经回热桥路16进入热端流路2，并在经过加热器3的加热后从回热器的第一入口流入回热器内，以对冷端流路5中的气体进行预热。

上述两种换热模式模拟了回热器常用的两种换热模式，采用本发明中所公开的试验台，可以模拟回热器的实际工作状态，从而获得回热器的实际换热效率等数据，为回热器的开发和改进提供实验数据支持。

为了进一步优化上述实施例中的技术方案，本实施例中所公开的试验台还包括两个冷却回路9，这两个冷却回路9分别用于为第一排放管6和第二排放管7进行降温，任意一冷却回路9中均包括串接相连的泵体、冷却塔以及换热器，第一排放管6和第二排放管7分别与各自所对应的换热器接触，以便对第一排放管6和第二排放管7中的气体降温后排放。

冷却塔的作用在于将冷却回路9中的流体进行冷却，冷却塔的形式包括但不限于开式水塔以及闭式水塔。

除此之外，本发明另外一实施例中还公开了一种对第一排放管6和第二排放管7进行冷却的方式，如图2(未显示回热桥路16)中所示，第一排放管6上设置有用于为第一排放管6内的气体进行降温的第一喷水冷却套管18，第二排放管7上设置有用于为第二排放管7内的气体进行降温的第二喷水冷却套管19，喷水冷却套管呈Y型，如图2中所示。

为了降低排气噪音，本发明实施例中还在排气总管8的末端连接有与大气相通的消声器17，该消声器17的类型不受限制，可以为阻性消声器也可为抗性消声器，甚至可以为阻性消声器和抗性消声器相结合形成的混合式消声器。

上述实施例中所公开的加热器3可以为电加热器、煤粉加热器以及气体燃烧器中的任意一种，高压气源1可以为气体压缩机、高压储气罐、或高压气瓶组中的任意一种。

考虑到对气体流量进行调节的需求，本实施例中还在供气总管上设置了总流量调节阀14，并且在热端流路2、冷端流路5、第一排放管6和第二排放管7上还设置有一个或多个流量调节阀13。

更进一步的，还可在热端流路2以及冷端流路5上串联气体流量计15，以满足试验台对流量监控的需求，为了方便热端流路2的关闭和开放，本实施例中还在热端流路2上设置了热端第二截止阀12，如图1中所示，热端第二截止阀12位于第一接入点与加热器3之间。

利用本发明中所公开的试验台，申请人进行了常规换热模式和回气换热模式的试验：

高压气源1是由高压气瓶联合构成，其压力为8bar，温度为288.15k，质量流量为0.2～0.4kg/s，出口气流速度为30m/s；高压气源1与总流量调节阀14之间的距离为2m，管路直径为80mm，流量计的管路直径为30mm。

在常规换热模式下，打开热端第一截止阀10、热端第二截止阀12，关闭回热桥路截止阀11，热端流路2气流通过减压阀131将压力降为3bar，温度保持不变为288.15k，减压阀131的流量系数为16，然后经过气体流量计15进行流量监控，随后气体流入加热器3中被加热，温度大幅提升至1000k，压力保持不变，加热器3的加热功率为160kw，加热后的气流进入待测回热器4中进行热量交换，冷端流路5中的气流经过减压阀131将压力降为3bar，温度保持不变为288.15k，减压阀131的流量系数为16，然后经过气体流量计15进行流量监控，随后流入待测回热器4中进行热量交换。冷热端两股气流完成换热后，分别流入第一排放管6和第二排放管7并经过降温为288.15k后经由消声器17降噪后排入大气中，其中，冷却回路9中的换热器的工质压力为3bar，质量流量为1kg/s，功率为0.5kw，在整个过程中可以改变第一排放管6和第二排放管7中的流量调节阀13控制冷端和热端的气体质量流量均为0.05-0.2Kg/s。

在回气换热模式下，关闭热端第一截止阀10，打开回热桥路截止阀11以及热端第二截止阀12，冷端流路5中的气流经过减压阀131将压力降为3bar，温度保持不变为288.15k，减压阀131的流量系数为16，然后经过气体流量计15进行流量监控，随后流入待测回热器4中进行热量交换，换热后的气体，一部分流入到第二排放管7中并被换热器降温为288.15k后经由消声器17降噪后排入大气中，另一部分气体通过热端流路2进入到加热器3被加热，加热器3的加热功率为160kw，然后再次进入到待测回热器4中进行热量交换，换热完成后流入到第一排放管6中并被换热器降温为288.15k后经由消声器17降噪后排入大气中，其中，冷却回路9中的换热器的工质压力为3bar，质量流量为1kg/s，功率为0.5kw，在整个过程中可以改变第一排放管6和第二排放管7中的流量调节阀13控制冷端和热端的气体质量流量均为0.05-0.2Kg/s。

根据上述实验数据，可以精确计算出待测回热器4的换热性能，从而为回热器的开发、设计以及改进提供实验数据指导。

以上对本发明所提供的用于回热器性能的试验台进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (12)

1.一种用于回热器性能的试验台，其特征在于，包括：

高压气源(1)，所述高压气源(1)伸出有供气总管；

热端流路(2)，所述热端流路(2)的一端与所述供气总管相连，另一端用于与待测回热器(4)的第一入口相连；

靠近所述热端流路(2)设置，并与所述热端流路(2)内的气体进行热交换的加热器(3)；

冷端流路(5)，所述冷端流路(5)的一端与所述供气总管相连，另一端用于与所述待测回热器(4)的第二入口相连；

第一排放管(6)，所述第一排放管(6)的一端用于与所述待测回热器(4)的第一出口相连，另一端连通至排气总管(8)；

第二排放管(7)，所述第二排放管(7)的一端用于与所述待测回热器(4)的第二出口相连，另一端连通至所述排气总管(8)，所述待测回热器(4)的第一入口与第一出口连通，第二入口与第二出口连通；

回热桥路(16)，所述回热桥路(16)的一端通过第一接入点与所述热端流路(2)连通，另一端通过第二接入点与所述第二排放管(7)连通，其中，所述第一接入点位于所述加热器(3)之前；

热端第一截止阀(10)，设置在所述热端流路(2)上并位于所述第一接入点之前；

回热桥路截止阀(11)，设置在所述回热桥路(16)上。

2.根据权利要求1所述的用于回热器性能的试验台，其特征在于，还包括用于分别用于为所述第一排放管(6)和所述第二排放管(7)降温的两个冷却回路(9)，任意一所述冷却回路(9)中包括泵体、冷却塔以及换热器，所述第一排放管(6)和所述第二排放管(7)分别与各自对应的所述换热器换热接触。

3.根据权利要求2所述的用于回热器性能的试验台，其特征在于，所述冷却塔为开式水塔或闭式水塔。

4.根据权利要求1所述的用于回热器性能的试验台，其特征在于，所述第一排放管(6)上设置有用于为所述第一排放管(6)内的气体进行降温的第一喷水冷却套管(18)，所述第二排放管(7)上设置有用于为所述第二排放管(7)内的气体进行降温的第二喷水冷却套管(19)。

5.根据权利要求1所述的用于回热器性能的试验台，其特征在于，所述排气总管(8)的末端连接有与大气相通的消声器(17)。

6.根据权利要求5所述的用于回热器性能的试验台，其特征在于，所述消声器(17)为阻性消声器或抗性消声器。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的用于回热器性能的试验台，其特征在于，所述加热器(3)为煤粉燃烧器或气体燃烧器。

8.根据权利要求1-6任意一项所述的用于回热器性能的试验台，其特征在于，所述高压气源(1)为气体压缩机或高压储气罐。

9.根据权利要求1-6任意一项所述的用于回热器性能的试验台，其特征在于，还包括设置在所述供气总管上的总流量调节阀(14)。

10.根据权利要求9所述的用于回热器性能的试验台，其特征在于，所述热端流路(2)和所述冷端流路(5)上还设置有气体流量计(15)。

11.根据权利要求1-6、10任意一项所述的用于回热器性能的试验台，其特征在于，所述热端流路(2)上还设置有热端第二截止阀(12)，所述热端第二截止阀(12)位于所述第一接入点与所述加热器(3)之间。

12.根据权利要求1-6、10任意一项所述的用于回热器性能的试验台，其特征在于，所述热端流路(2)、冷端流路(5)、第一排放管(6)以及所述第二排放管(7)上还上均设置有一个或多个流量调节阀(13)。