CN110793800A - 一种用于压缩机闭式实验系统的气源装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于压缩机闭式实验系统的气源装置及其控制方法，该气源装置包括补气单元、放气单元、稳压单元。该气源装置能够通过稳压单元(包括稳压罐、压缩机等部件)完成工作介质的自循环，并可实现工作介质的回收功能，且有效地拓展了压缩机闭式实验系统测试能力；该气源装置通过设置补气单元、放气单元可实现压缩机闭式实验系统的补气、放气；通过动态监测被测压缩机的出口压力波动，并通过对主放气阀的操作，可实现被测压缩机的快速退喘。本发明的气源装置属于离心或轴流式压缩机测试相关技术领域，不但适用于空气、二氧化碳、氮气等稳定工作介质，同样适用于氢气、氨气等易燃、易爆及腐蚀性工作介质。

Description

一种用于压缩机闭式实验系统的气源装置及其控制方法

技术领域

本发明属于压缩空气储能技术领域，涉及到离心或轴流式压缩机测试相关技术领域，具体是一种用于压缩机闭式实验系统的气源装置及其控制方法。

背景技术

结合压缩空气储能系统的特点，其所用压缩机通常选用离心或轴流式，开展压缩机相关实验和测试，可以实现压缩机新产品的性能鉴定，并为设计出来的样机提供性能曲线和质量检测手段。按照实验类型的不同，压缩机实验系统可以分为开式和闭式两种，其中开式实验系统只能实现以空气为介质或其他介质(选用空气为替代气体)的压缩机性能实验，试验工况会严重偏离设计工况；闭式实验系统通过增加一套具有补气放气功能的气源装置以及换热器和减压装置，可以实现任意介质压缩机性能实验，并可以任意选择并控制进气压力和温度。

目前，现有的小型压缩机闭式循环系统常选用补气瓶作为工质补气装置，若补气瓶压力小于实验系统进气压力时，需要更换气瓶，成本较高；补气瓶控制精度要求较高，若存在补气不及时或补气量不足时，容易引起压缩机喘振，造成安全事故；特殊工质可能会对环境有所危害，若采用补气瓶回收，存在一定的安全隐患。

发明内容

针对现有技术的上述缺点和不足，本发明的目的在于提供一种用于压缩机闭式实验系统的气源装置及其控制方法，该气源装置通过设置补气单元、放气单元可实现压缩机闭式实验系统的补气、放气；通过设置稳压单元可实现工作介质的自循环以及工作介质的回收；通过动态监测被测压缩机的出口压力波动，并通过对主放气阀的操作，可实现被测压缩机的快速退喘。本发明的上述特点，可有效拓展压缩机闭式实验系统的测试能力，并有效提高了气源装置的安全性。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于压缩机闭式实验系统的气源装置，所述压缩机闭式实验系统包括一被测压缩机，所述被测压缩机的进气口通过一压缩气体管路与其排气口连通，所述压缩气体管路上至少设有流量计、减压阀和换热器，且所述被测压缩机的进气口和排气口处均设有压力传感器，所述流量计用以监测所述被测压缩机的进气流量，所述减压阀用以降低所述被测压缩机的排气压力，所述换热器用以调节所述被测压缩机的进气温度，其特征在于，

所述气源装置包括补气单元、放气单元、稳压单元，其中，

--所述补气单元，包括一补气储气罐，所述补气储气罐中设有压力传感器，所述补气储气罐通过一补气管路与所述压缩气体管路连通，且所述补气管路上设有补气截止阀和补气流量调节阀组，所述补气截止阀用以控制所述补气管路的开闭，所述补气流量调节阀组用以调节所述补气管路的补气流量；

--所述放气单元，包括一缓冲罐，所述缓冲罐中设有压力传感器，所述缓冲罐通过一放气管路与所述压缩气体管路连通，且所述放气管路上设有放气截止阀和放气阀组，所述放气截止阀用以控制所述放气管路的开闭，所述放气阀组用以调节所述补气管路的放气流量；

--所述稳压单元，包括一稳压罐和一稳压压缩机，所述稳压罐中设有压力传感器，所述稳压压缩机的进气管路与所述缓冲罐连通、排气管路与所述稳压罐连通，所述稳压罐还通过一通气管路分别与所述补气储气罐、缓冲罐连通，且所述稳压罐、补气储气罐、缓冲罐与所述通气管路连通的稳压通气口处分别设有一控制阀。

本发明的上述用于压缩机闭式实验系统的气源装置，适用于离心或轴流式压缩机的测试，不但适用于空气、二氧化碳、氮气等稳定工作介质，同样适用于氢气、氨气等易燃、易爆及腐蚀性工作介质；通过监测被测压缩机的进口压力，若进口压力大于被测压缩机的实验要求值，则开启放气单元；若进口压力小于被测压缩机的实验要求值，则开启补气单元；通过稳压单元可实现工作介质的自循环以及工作介质的回收；通过放气单元可实现被测压缩机防喘振需求。

优选地，所述补气管路与所述压缩气体管路连通的位置靠近所述被测压缩机的进气口。

优选地，所述补气储气罐还设置一带有供气截止阀的供气管路，所述供气管路与外部工作介质高压气源连通，用以向所述补气储气罐供应满足所述压缩机闭式实验系统启动压力条件的工作介质。

优选地，所述补气管路上还设有一补气止回阀，用以防止所述压缩气体管路中的压缩气体回流至所述补气管路中。

优选地，所述补气管路上还设有一补气流量计，以监测所述所述补气管路的补气流量。

优选地，所述放气管路上还设有一放气止回阀，用以防止所述放气管路中的气体回流至所述压缩气体管路中。

优选地，所述补气流量调节阀组具有阀位反馈功能，至少包括两个并联设置的流量调节阀，分别为主流量调节阀和辅助流量调节阀，所述辅助流量调节阀用于精确调节补气流量。

优选地，所述放气阀组具有阀位反馈功能，至少包括两个并联设置的放气调节阀，分别为主放气阀和辅助放气阀，所述主放气阀用于防止所述被测压缩机发生喘振，所述辅助放气阀用于调节所述被测压缩机的进口压力。

优选地，所述稳压压缩机的进气管路与排气管路上均设有稳压截止阀，且至少在所述稳压压缩机的排气管路上设有增压止回阀，以防止所述稳压罐中的工作介质回流至所述稳压压缩机中。

优选地，所述稳压罐上还设置一带有排气阀的排气管路，用以释放所述稳压罐的工作介质。

优选地，所述稳压压缩机选用往复式压缩机，可根据排气压力实现自动启停。

根据本发明的另一方面，本发明还提供了一种上述用于压缩机闭式实验系统的气源装置的控制方法，其特征在于，所述控制方法至少包括如下步骤：

SS1.实验开始前，关闭所述放气管路上的各阀门部件，并关闭所述补气储气罐的稳压通气口处的控制阀，开启所述补气管路上的各阀门部件，所述补气储气罐通过所述补气管路向所述压缩气体管路供应工作介质，待所述压缩气体管路中的工作介质压力达到所述被测压缩机的进气压力实验要求值时，关闭所述补气管路上的补气流量调节阀组；

SS2.待所述压缩气体管路的压力达到所述被测压缩机的进气压力实验要求值时，启动所述被测压缩机，并保持所述补气管路上的补气截止阀、所述放气管路上的放气截止阀处于全开状态；

SS3.实验过程中，通过设置在所述被测压缩机进气口处的压力传感器监测所述被测压缩机的实际进口压力，通过比较所述被测压缩机的实际进口压力与实验要求值的大小，判断对所述压缩气体管路进行补气操作或放气操作；

SS4.实验过程中，保持所述缓冲罐的稳压通气口处的控制阀关闭、所述补气储气罐的稳压通气口处的控制阀开启，并通过设置在所述补气储气罐、缓冲罐和稳压罐内的压力传感器，实时监测所述补气储气罐、缓冲罐和稳压罐内的工作介质压力；当所述稳压罐内的工作介质压力低于所述补气储气罐内的工作介质压力时，关闭所述稳压罐的通气口处的控制阀；当所述稳压罐内的工作介质压力不低于所述补气储气罐内的工作介质压力时，保持所述稳压罐的通气口处的控制阀开启。

优选地，步骤SS1中，根据设置在所述被测压缩机进气口处的压力传感器，监测所述压缩气体管路的工作介质压力是否达到所述被测压缩机的进气压力实验要求值。

优选地，步骤SS1中，开启所述补气管路时，需要打开设置在所述补气管路上的补气截止阀和补气流量调节阀组；关闭所述放气管路时，需要关闭设置在所述放气管路上的放气截止阀和放气阀组；关闭所述补气管路时，至少要关闭所述补气流量调节阀组。

优选地，步骤SS1中，开启所述补气管路时，还需要开启设置在所述补气储气罐的供气管路上的供气截止阀；待所述压缩气体管路的压力达到所述被测压缩机的进气压力实验要求值时，关闭所述补气管路上的补气流量调节阀组；之后，待所述补气储气罐17内的工作介质压力达到补气压力要求值时，关闭所述供气截止阀16。

进一步地，步骤SS1中，所述补气压力要求值根据所述被测压缩机的泄漏量和实验时间确定。

优选地，步骤SS3中，当所述被测压缩机的实际进口压力小于实验要求值时，关闭所述放气管路上的放气阀组，打开所述补气管路上的补气流量调节阀组；当所述被测压缩机的实际进口压力大于实验要求值时，打开所述放气阀组，关闭所述补气流量调节阀组。

优选地，步骤SS3中，通过设置在所述被测压缩机排气口处的压力传感器监测所述被测压缩机的实际出口压力，若所述被测压缩机的实际出口压力出现大范围波动，则判定所述被测压缩机进入喘振状态，此时迅速打开所述放气阀组中的主放气阀，使所述被测压缩机快速退喘。

优选地，步骤SS4中，当所述稳压罐内的工作介质压力低于所述补气储气罐内的工作介质压力且所述稳压罐通气口处的控制阀关闭时，启动所述稳压压缩机，所述缓冲罐内的工作介质通过所述稳压压缩机增压后进入所述稳压罐内，待所述稳压罐内的工作介质压力不低于所述补气储气罐内的工作介质压力时，关闭所述稳压压缩机，之后打开所述稳压罐通气口处的控制阀，工作介质在压差作用下，由所述稳压罐流入所述补气储气罐中。

进一步地，待所述稳压罐内的工作介质压力达到实验要求值时，关闭所述稳压压缩机，所述实验要求值根据所述压缩机闭式实验系统的实验时间、补气量确定。

优选地，步骤SS4中，当监测到所述缓冲罐内的工作介质压力大于所述被测压缩机的实际进口压力时，启动所述稳压压缩机，通过所述稳压压缩机将所述缓冲罐内的部分工作介质抽取到所述稳压罐中，待所述缓冲罐内的工作介质压力小于所述被测压缩机的实际进口压力时，关闭所述稳压压缩机。

优选地，步骤SS4中，作为一种替代，当所述被测压缩机的实验压力较高时，关闭所述补气储气罐的稳压通气口处的控制阀，并关闭所述稳压压缩机的进气管路及排气管路，使得所述稳压单元不工作；开启所述缓冲罐、稳压罐的稳压通气口处的控制阀，所述缓冲罐与稳压罐连通，对所述压缩气体管路进行放气操作时，所述缓冲罐、稳压罐同时用以缓冲工作介质。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：(1)本发明提出的用于压缩机闭式实验系统的气源装置及其控制方法，不但适用于空气、二氧化碳、氮气等稳定工作介质，同样适用于氢气、氨气等易燃、易爆及腐蚀性工作介质；能够实现介质回收的功能，有效地拓展压缩机闭式实验系统测试能力；(2)本发明提出的用于压缩机闭式实验系统的气源装置及其控制方法，通过在气源装置中设置稳压单元(包括稳压罐、压缩机等部件)，可完成工作介质的自循环，并可实现工作介质的回收功能，安全性较好；(3)本发明提出的用于压缩机闭式实验系统的气源装置及其控制方法，通过在气源装置中设置补气单元、放气单元，可实现对压缩机闭式实验系统的自动补气和放气；(4)本发明提出的用于压缩机闭式实验系统的气源装置及其控制方法，通过监测被测压缩机出口压力的波动，并通过对主放气阀的操作，可实现被测压缩机的快速退喘；(5)本发明提出的气源装置能够根据压缩机闭式实验系统对补气量、压力需求做成撬装式，自动化程度较高。

附图说明

图1为本发明的用于压缩机闭式实验系统的气源装置的组成示意图；

图2为通用工况下，本发明的气源装置的工作示意图；

图3为高压工况下，本发明的气源装置的工作示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。

请参阅图1，作为一种优选的实例，本发明的用于压缩机闭式实验系统的气源装置，分为补气单元、放气单元和稳压单元。压缩机闭式实验系统包括一被测压缩机25，被测压缩机25的进气口通过一压缩气体管路与其排气口连通，压缩气体管路上至少设有流量计26、减压阀27和换热器28，且被测压缩机25的进气口和排气口处均设有压力传感器，流量计26用以监测被测压缩机25的进气流量，减压阀27用以降低被测压缩机25的排气压力，换热器28用以调节被测压缩机25的进气温度。且被测压缩机25通过一高速齿轮箱24与一驱动电机23连接，驱动电机23为被测压缩机25提供驱动力。气源装置通过监测被测压缩机25的实际进口压力，若被测压缩机25的实际进口压力大于实验要求值，则开启放气单元；若被测压缩机25的实际进口压力小于实验要求值，则开启补气单元。气源装置通过稳压单元完成工作介质的自循环，同时用以实现工作介质的回收功能。此外，气源装置通过放气单元实现压缩机闭式实验系统的防喘振需求。

具体地，如图1所示，补气单元包括：供气截止阀16、补气储气罐17、补气截止阀18、主流量调节阀19、辅助流量调节阀20、补气止回阀21、补气流量计22。其中，补气储气罐17中还设有压力传感器，补气储气罐17通过一补气管路与压缩气体管路连通，补气管路与压缩气体管路连通的位置靠近被测压缩机25的进气口，且补气管路上设有补气截止阀18、由主流量调节阀19和辅助流量调节阀20并联组成的补气流量调节阀组、补气止回阀21、补气流量计22，补气截止阀18用以控制补气管路的开闭，补气流量调节阀组用以调节补气管路的补气流量，补气流量调节阀组具有阀位反馈功能，辅助流量调节阀20用于精确调节补气流量。补气止回阀21用以防止压缩气体管路中的压缩气体回流至补气管路中；补气流量计22，用以监测补气管路的补气流量。补气储气罐17还设置一带有供气截止阀16的供气管路，供气管路与外部工作介质高压气源连通，用以向补气储气罐17供应满足压缩机闭式实验系统启动压力条件的工作介质。

如图1所示，放气单元包括：缓冲罐7、放气截止阀8、主放气阀9、辅助放气阀10、放气止回阀11。缓冲罐7中还设有压力传感器，缓冲罐7通过一放气管路与压缩气体管路连通，且放气管路上设有放气截止阀8、由主放气阀9与辅助放气阀10并联组成的放气阀组、放气止回阀11。放气截止阀8用以控制放气管路的开闭，放气阀组用以调节补气管路的放气流量，放气阀组具有阀位反馈功能，主放气阀9用于防止被测压缩机发生喘振，辅助放气阀10用于调节被测压缩机的进口压力。放气止回阀11用以防止放气管路中的气体回流至压缩气体管路中。

如图1所示，稳压单元包括：排气阀1、稳压罐2、稳压止回阀3、稳压截止阀4/6、稳压压缩机5、电磁控制阀12～14、稳压止回阀15。稳压罐2中还设有压力传感器，稳压压缩机5的进气管路与缓冲罐2连通、排气管路与稳压罐2连通，稳压罐2上还设置一带有排气阀1的排气管路，用以释放稳压罐2的工作介质。稳压罐2还通过一通气管路分别与补气储气罐17、缓冲罐7连通，且稳压罐2、补气储气罐17、缓冲罐7与通气管路连通的稳压通气口处分别设有一电磁控制阀12、13、14。补气储气罐17的稳压通气口处还设有一稳压止回阀15。稳压压缩机5的进气管路与排气管路上均设有稳压截止阀4、6，且至少在稳压压缩机5的排气管路上设有增压止回阀3，以防止稳压罐2中的工作介质回流至稳压压缩机中。

实施例1

如图2所示，通用工况下，压缩机闭式实验系统在实验过程中，首先开启供气截止阀16、补气截止阀18、主流量调节阀19和辅助流量调节阀20，关闭放气截止阀8、主放气阀9和辅助放气阀10，待压缩机闭式实验系统的压缩气体管路中的工作介质压力达到被测压缩机25的实验进气压力要求值时，关闭主流量调节阀19和辅助流量调节阀20。之后，待补气储气罐17内工质压力达到补气压力要求值时(补气压力要求值根据被测压缩机25泄漏量和实验时间获得)，关闭供气截止阀16。

驱动电机23启动后，工作介质在被测压缩机25中升温升压，之后通过换热器28降温，减压阀27降低压力，满足被测压缩机25的进口压力和温度要求后，工作介质重新输送至被测压缩机25。

在实验过程中，补气截止阀18和放气截止阀8保持全开，通过监测被测压缩机25的实际进口压力实现自动补气和放气，若被测压缩机25的实际进口压力大于实验要求值时，打开主放气阀9和辅助放气阀10，关闭主流量调节阀19和辅助流量调节阀20，放气单元开启；若被测压缩机25的实际进口压力小于实验要求值时，关闭主放气阀9和辅助放气阀10，打开主流量调节阀19和辅助流量调节阀20，补气单元开启。若监测到被测压缩机25的出口压力出现大范围波动时，则判定被测压缩机25进入喘振状态，此时迅速打开主放气阀9，实现被测压缩机25的快速退喘。

在实验过程中，缓冲罐7稳压通气口处的电磁阀13保持关闭，补气储气罐17稳压通气口处的电磁阀14保持开启，并实时监测补气储气罐17、缓冲罐7和稳压罐2内工作介质的压力。若稳压罐2内压力低于补气储气罐17内的压力时，关闭稳压罐2稳压通气口处的电磁阀12，稳压压缩机5运行，将缓冲罐7内的工作介质进行增压后流入稳压罐2内，待稳压罐2内工作介质的压力达到实验要求值时(实验要求值根据实验时间、补气量确定，可手动设定)，稳压压缩机5停止运行，并打开电磁阀12，工作介质在压差作用下，由稳压罐2流入补气储气罐17中；若缓冲罐7内工作介质的压力大于被测压缩机25的实际进口压力时，稳压压缩机5运行，抽取缓冲罐7内的部分工作介质并对其增压后，流入稳压罐2内。

本发明的气源装置能够通过监测被测压缩机25的实际进口压力，调节主放气阀9、辅助放气阀10、主流量调节阀19和辅助流量调节阀20的开度，实现补气单元和放气单元的启停。

本发明的气源装置能够通过监测被测压缩机25出口压力的波动，快速开启主放气阀9，实现实验系统中被测压缩机25的自动退喘。

本发明的气源装置能够通过监测补气储气罐17、缓冲罐7和稳压罐2内工作介质的压力，通过启停稳压压缩机5以及通过启闭电磁阀12，实现补气工质自循环。

实施例2

请参阅图3，本实施例与实施例1的区别在于，本实施例中，由于被测压缩机25实验压力较高，压缩机闭式实验系统处于高压工况，气源装置在实验过程中稳压单元并不运行，此时缓冲罐7和稳压罐2内的工作介质压力较低，补气储气罐17内压力较高(保证被测压缩机25补气量和实验时间需求)，电磁阀14保持关闭状态，电磁阀12、13保持开启状态，工作介质经放气单元流入缓冲罐7和稳压罐2中存储。

综上，本发明提出的用于压缩机闭式实验系统的气源装置，不但适用于空气、二氧化碳、氮气等稳定介质，同样适用于氢气、氨气等易燃、易爆及腐蚀性介质，能够实现介质回收的功能，有效地拓展压缩机闭式实验系统测试能力；本发明提出的气源装置，能够通过稳压系统(稳压罐、压缩机等)完成介质自循环，实现介质回收功能，安全性较好；本发明提出的气源装置能够根据压缩机闭式实验系统对补气量、压力需求做成撬装式，自动化程度较高。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的范围之内。

Claims (10)

1.一种用于压缩机闭式实验系统的气源装置，所述压缩机闭式实验系统包括一被测压缩机，所述被测压缩机的进气口通过一压缩气体管路与其排气口连通，所述压缩气体管路上至少设有流量计、减压阀和换热器，且所述被测压缩机的进气口和排气口处均设有压力传感器，所述流量计用以监测所述被测压缩机的进气流量，所述减压阀用以降低所述被测压缩机的排气压力，所述换热器用以调节所述被测压缩机的进气温度，其特征在于，

所述气源装置包括补气单元、放气单元、稳压单元，其中，

--所述补气单元，包括一补气储气罐，所述补气储气罐中设有压力传感器，所述补气储气罐通过一补气管路与所述压缩气体管路连通，且所述补气管路上设有补气截止阀和补气流量调节阀组，所述补气截止阀用以控制所述补气管路的开闭，所述补气流量调节阀组用以调节所述补气管路的补气流量；

--所述放气单元，包括一缓冲罐，所述缓冲罐中设有压力传感器，所述缓冲罐通过一放气管路与所述压缩气体管路连通，且所述放气管路上设有放气截止阀和放气阀组，所述放气截止阀用以控制所述放气管路的开闭，所述放气阀组用以调节所述补气管路的放气流量；

--所述稳压单元，包括一稳压罐和一稳压压缩机，所述稳压罐中设有压力传感器，所述稳压压缩机的进气管路与所述缓冲罐连通、排气管路与所述稳压罐连通，所述稳压罐还通过一通气管路分别与所述补气储气罐、缓冲罐连通，且所述稳压罐、补气储气罐、缓冲罐与所述通气管路连通的稳压通气口处分别设有一控制阀。

2.根据上述权利要求所述的气源装置，其特征在于，所述补气管路与所述压缩气体管路连通的位置靠近所述被测压缩机的进气口。

3.根据上述权利要求所述的气源装置，其特征在于，所述补气储气罐还设置一带有供气截止阀的供气管路，所述供气管路与外部工作介质高压气源连通，用以向所述补气储气罐供应满足所述压缩机闭式实验系统启动压力条件的工作介质。

4.根据上述权利要求所述的气源装置，其特征在于，所述补气管路上还设有一补气止回阀，用以防止所述压缩气体管路中的压缩气体回流至所述补气管路中。

5.根据上述权利要求所述的气源装置，其特征在于，所述补气管路上还设有一补气流量计，以监测所述所述补气管路的补气流量。

6.根据上述权利要求所述的气源装置，其特征在于，所述放气管路上还设有一放气止回阀，用以防止所述放气管路中的气体回流至所述压缩气体管路中。

7.根据上述权利要求所述的气源装置，其特征在于，所述补气流量调节阀组具有阀位反馈功能，至少包括两个并联设置的流量调节阀，分别为主流量调节阀和辅助流量调节阀，所述辅助流量调节阀用于精确调节补气流量。

8.根据上述权利要求所述的气源装置，其特征在于，所述放气阀组具有阀位反馈功能，至少包括两个并联设置的放气调节阀，分别为主放气阀和辅助放气阀，所述主放气阀用于防止所述被测压缩机发生喘振，所述辅助放气阀用于调节所述被测压缩机的进口压力。

9.根据上述权利要求所述的气源装置，其特征在于，所述稳压压缩机的进气管路与排气管路上均设有稳压截止阀，且至少在所述稳压压缩机的排气管路上设有增压止回阀，以防止所述稳压罐中的工作介质回流至所述稳压压缩机中。

10.根据上述权利要求所述的气源装置，其特征在于，所述稳压罐上还设置一带有排气阀的排气管路，用以释放所述稳压罐的工作介质。

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