CN111413119B - 一种适用于超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统核心设备的性能试验平台 - Google Patents

一种适用于超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统核心设备的性能试验平台 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种适用于超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统核心设备的性能试验平台，包括相连通的超临界二氧化碳布雷顿循环发电装置测试循环回路和辅助压缩空气及控制系统；测试循环回路中，二氧化碳气瓶、气动增压泵、高低温试验箱依次相连，高低温试验箱与压缩机的进气口连接，压缩机、换热器、涡轮机、第一冷却器依次连接，第一冷却器的出气口最后与压缩机进气口相连，涡轮机与永磁同步电机同轴连接；辅助压缩空气及控制系统通过调节压缩空气使其符合模拟船舶主机排气的压力、流量和温度，最终输送至测试循环回路的换热器中。本发明不仅实现了超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统整体效率测试的目的，还实现了核心设备压缩机和换热器性能测试目的。

Description

一种适用于超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统核心设备的 性能试验平台
技术领域
本发明涉及发电技术领域，具体涉及一种适用于超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统核心设备的性能试验平台。
背景技术
超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统是以超临界状态下的二氧化碳作为循环工质，将热源的热量转化为机械能并最终输出电能的技术。此发电系统具有高效、环保等特点，被视为未来发电的主要发展方向之一，在诸多领域有良好的应用前景。尤其是超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统在提高发电效率、减少发电系统体积和重量、降低噪声影响等方面具有显著优势，相比于传统余热发电形式更适用于内部空间有限的船舶，现已引起各国的高度重视和大力研发。但是迄今为止，超临界二氧化碳布雷顿循环发电技术在船舶余热回收利用发电方面始终存在两个难以解决的问题，即该系统的热电转化效率问题和系统中各核心设备样机的实际性能问题。由于这两个问题直接关系到超临界二氧化碳布雷顿循环发电技术在船舶行业的发展前景。因此，超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统整体效率测试和所需核心设备性能测试是十分重要的环节。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足，提供一种适用于超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统核心设备的性能试验平台，通过辅助压缩空气及控制系统模拟船舶主机余热排气，控制主循环系统内S-CO2的物性参数和监测记录永磁同步电机输出电能的变化，然后将系统供热量与永磁同步电机输出电能进行对比分析，得出系统热电转换效率，从而实现超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统整体效率测试的目的，另设置不同的旁通管路实现对系统内各核心设备进行性能测试。
本发明为解决上述提出的技术问题所采用的技术方案为：
一种适用于超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统核心设备的性能试验平台，包括相连通的超临界二氧化碳布雷顿循环发电装置测试循环回路和辅助压缩空气及控制系统；
所述超临界二氧化碳布雷顿循环发电装置测试循环回路包括压缩机、换热器、涡轮机、永磁同步电机、第一冷却器、二氧化碳气瓶、气动增压泵、高低温试验箱；所述二氧化碳气瓶、气动增压泵、高低温试验箱依次相连，二氧化碳气瓶中的CO2气体通过所述气动增压泵增压，再通过高低温试验箱进行温度的精准控制，使得进入压缩机前的CO2处于超临界状态；所述高低温试验箱与所述压缩机的进气口连接，压缩机、换热器、涡轮机、第一冷却器依次连接，第一冷却器的出气口最后与所述压缩机进气口相连，从而形成循环回路；所述涡轮机与所述永磁同步电机同轴连接；
所述辅助压缩空气及控制系统包括空压机、储气罐、电动减压阀、电动截止阀、电加热器、PLC控制柜和上位机，所述空压机、储气罐、电加热器依次相连，电动减压阀和电动截止阀设于储气罐之后的管路上，电动减压阀、电动截止阀、电加热器分别与PLC控制柜连接，PLC控制柜与上位机相连；经电动减压阀、电动截止阀、电加热器调节后的压缩空气符合模拟船舶主机排气的压力、流量和温度，最终输送至测试循环回路的换热器中。
上述方案中，测试循环回路中，S-CO2工质经过所述压缩机压缩增压后，另设一管路连接至所述第一冷却器，使经过压缩机压缩增压后的S-CO2工质直接进入所述冷却器冷却，对压缩机性能进行测试。
上述方案中，测试循环回路中，所述换热器热侧还设有水的管路，水的管路接水冷机，通过该支路将水送入换热器中，实现S-CO2和水之间的换热，换热后的残余流体流回水冷机中。
上述方案中，测试循环回路中，所述超临界二氧化碳布雷顿循环发电装置测试循环回路在所述二氧化碳气瓶后设有一支路连接至所述第一冷却器的出气口，该支路上设有抽气泵，循环主回路长时间不进行试验时，循环回路中的CO2工质可通过所述抽气泵抽回所述二氧化碳气瓶中储存。
上述方案中，所述辅助压缩空气及控制系统在所述储气罐后设若干支路，每一支路上安装一个两位三通电磁阀，每一两位三通电磁阀对应控制测试循环回路中的一个气控阀，所述两位三通电磁阀分别与所述PLC控制柜连接，上位机通过PLC控制柜控制两位三通电磁阀电或失电，从而控制压缩空气是否进入测试循环回路中的气控阀气缸，以此控制各个气控阀的开闭。
上述方案中，测试循环回路的二氧化碳气瓶与气动增压泵增压之间设有气动增压泵调节阀；所述辅助压缩空气及控制系统在所述储气罐后设一支路连接至所述气动增压泵调节阀，储气罐中另一部分压缩空气进入气动增压泵调节阀，所述上位机通过控制所述气动增压泵调节阀，调节测试循环回路中的气动增压泵的输出压力，保证CO2气体达到超临界状态的压力。
上述方案中，所述辅助压缩空气及控制系统的管路上设有温度传感器、压力传感器、流量传感器，三个传感器分别与所述PLC控制柜连接，上位机通过传感器反馈的温度、压力、流量信号，通过PLC控制柜对应控制电加热器、电动减压阀、电动截止阀调节压缩空气的温度、压力及流量，使压缩空气符合模拟船舶主机排气的温度、压力及流量。
上述方案中，所述高低温试验箱内置有高压缓冲罐、第二冷却器、加热器，所述高压缓冲罐用于消除多余的压力脉动，并有效防止高温下气体膨胀可能产生的超压现象；所述第二冷却器用于减小高温对系统压力的影响，并调整工质温度；所述加热器用于防止冷却后的气体温度过低，对其进行加热。
上述方案中，所述超临界二氧化碳布雷顿循环发电装置测试循环回路还包括电热油浴恒温箱，所述电热油浴恒温箱通过管道与所述换热器连接，用于保证换热器内的气体温度。
上述方案中，所述压缩机的进气口设置温度变送器TT1和压力变送器PT1，出口设置温度变送器TT2和压力变送器PT2；所述换热器的进气口设置温度变送器TT3和压力变送器PT3，出口设置温度变送器TT4和压力变送器PT4；所述涡轮机的进气口设置温度变送器TT5和压力变送器PT5，出口设置温度变送器TT6和压力变送器PT6。
本发明的有益效果在于：
1、本发明试验平台不仅实现了超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统整体效率测试的目的，还实现了核心设备压缩机和换热器的性能测试目的，可以根据测试参数进行核心设备样机研制优化，提高各核心设备工作性能。
2、通过辅助压缩空气及控制系统模拟船舶主机废气，测试了在船舶领域应用超临界二氧化碳布雷顿循环发电装置的可行性以及经济性。
3、通过辅助压缩空气及控制系统可改变主循环系统内S-CO2的物性参数并监测记录永磁同步电机输出功率的变化，经过热电转换效率计算后可找出热电转换效率最高时S-CO2的温度和压力，提高发电效率。
4、本发明系统运行方式为远程自动控制，过程无需人为干预控制，操作方便。
5、实验系统为高压系统，配有安全阀并采用远程自动控制，较好的保护了实验人员的安全。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明性能试验平台的超临界二氧化碳布雷顿循环发电装置测试循环回路图；
图2是本发明性能试验平台的辅助压缩空气及控制系统图；
图3是本发明性能试验平台的控制箱电路图。
图中：1、二氧化碳气瓶；2、气动增压泵；3、高压缓冲罐；4、第二冷却器；5、第一冷却器；6、高低温试验箱；7、加热器；8、抽气泵；9、压缩机；10、涡轮机；11、永磁同步发电机；12、电能质量分析仪；13、负载；14、水冷机；15、换热器；16、电热油浴恒温箱；17、消音器；
18、排污池；19、空压机；20、储气罐；21、压力表；22、PLC控制柜；23、上位机；24、电加热器；25、温度传感器；26、压力传感器；27、流量传感器；
V1～V5、针阀；V6～V13、单向阀；V14、气动增压泵调压阀；V15～V17、安全阀；V18～V19、自动排污阀；V20、电动减压阀；V21、电动截止阀；V22、背压阀；A1～A13、气控阀；F1、F2、过滤器；F3、F4、除油过滤器；f1～f3、流量计；TT1～TT8、温度变送器；PT1～PT6、压力变送器；FR1、过载继电器；KM1、KM2、KM3、接触器；FU1、熔断器。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
本发明提出的适用于超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统核心设备的性能试验平台，包括相连通的超临界二氧化碳布雷顿循环发电装置测试循环回路和辅助压缩空气及控制系统。
如图1所示，超临界二氧化碳布雷顿循环发电装置测试循环回路包括压缩机9、换热器15、电热油浴恒温箱16、涡轮机10、永磁同步发电机11、第一冷却器5、二氧化碳气瓶1、气动增压泵2、高低温试验箱6。二氧化碳气瓶1、气动增压泵2、高低温试验箱6通过管路依次相连；高低温试验箱6与压缩机9的进气口连接，压缩机9、换热器15、涡轮机10、第一冷却器5依次连接，第一冷却器5的出气口最后与压缩机9进气口相连，从而形成循环回路；涡轮机10与永磁同步发电机11同轴连接；电热油浴恒温箱16通过管道与换热器15连接，用于保证换热器15内的气体温度。其中，压缩机9和换热器15为超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统中的两个待测试核心设备。涡轮机10转速为55000r/min。
继续参照图1，二氧化碳气瓶1中的CO2气体经过滤器F1去除凝水等杂质后进入气动增压泵2增压，经过气动增压泵2增压后进入高低温试验箱6，高低温试验箱6内按照气体流向依次设置高压缓冲罐3、第二冷却器4、加热器7，高压缓冲罐3能消除多余的压力脉动，并有效防止高温下气体膨胀导致的超压现象，第二冷却器4能减小高温对系统压力的影响，并调整工质温度，加热器7用于防止冷却后的气体温度过低，对其进行加热，高低温试验箱6精准控制介质温度，使得进入压缩机9前的CO2工质为超临界状态，超临界状态下的CO2工质温度为31.1℃，压力为7.39Mpa。S-CO2工质后经过压缩机9压缩升压至8～15Mpa之内，然后在换热器15中利用辅助压缩空气及控制系统中模拟船舶主机排气中的余热进行加热，另通过电热油浴恒温箱16设定循环工质所需达到的温度，自行控制加热功率，并显示加热状态，进一步加热S-CO2并将其稳定在设定温度。经过加压加热的S-CO2工质进入涡轮机10推动涡轮机10进行做功，然后进入第一冷却器5冷却后回到压缩机9入口完成一个完整的循环过程。涡轮机10做功带动永磁同步发电机11发电，永磁同步发电机11经过载继电器FR1、接触器KM1及熔断器FU1后接负载13，通过电能质量分析仪12测得的电压和电流值计算得出永磁同步发电机11输出功率，并可对输出电能质量进行分析。
继续参照图1，循环管路中配置安全阀V15～V16，实现快速保压、泄压，具体的，压缩机9出口设置安全阀V16用于超压保护，设定起跳压力为16Mpa；第二冷却器4上游也设置安全阀V15，设定起跳压力9Mpa，防止高低温试验箱6的温升过快，对系统进行保护。温度变送器TT1～TT8实现对各个部件进出口的温度检测，另通过温度的实时监测可进行循环热量损耗计算。压力变送器PT1～PT6实现对各个部件进出口的压力检测。具体的，在压缩机9的进气口设置温度变送器TT1和压力变送器PT1，出口设置温度变送器TT2和压力变送器PT2；在换热器15的进气口设置温度变送器TT3和压力变送器PT3，出口设置温度变送器TT4和压力变送器PT4；在涡轮机10的进气口设置温度变送器TT5和压力变送器PT5，出口设置温度变送器TT6和压力变送器PT6。在水冷机14的进出口分别设置温度变送器TT7和温度变送器TT8。流量计f1～f3实现对系统内S-CO2工质流量的检测，具体的，在压缩机9的进气口设置流量计f1，在压缩机9的出气口设置流量计f3，在涡轮机10的出气口设置流量计f2。循环回路中的单向阀V6～V13保证介质流向。换热器15与涡轮机10之间的管路上设置背压阀V22，其功能为气体在达到试验压力前始终保持闭合状态，并使上游管道压力稳定在10MPa。
如图2所示，辅助压缩空气及控制系统包括空压机19、除油过滤器F3、F4、储气罐20、电动减压阀V20、电动截止阀V21、电加热器24、PLC控制柜22、上位机23、温度传感器25、压力传感器26、流量传感器27。空压机19将实验场地的空气压缩后，经过两级除油过滤器F3、F4过滤杂质后存入储气罐20，除油过滤器F3、F4下游管路上设有自动排污阀V18～V19，可将油污排至排污池18。储气罐20用于缓冲稳定压缩空气压力并可储存部分压缩空气。其上设有压力表21及安全阀V17，可进行压力检测和高压保护。电动减压阀V20和电动截止阀V21设于储气罐20与电加热器24之间的管路上，电动减压阀V20、电动截止阀V21、电加热器24以及三个传感器分别与PLC控制柜22连接，PLC控制柜22与上位机23相连。上位机23通过传感器反馈的温度、压力、流量信号，通过PLC对应控制电加热器24、电动减压阀V20、电动截止阀V21调节压缩空气的温度、压力及流量，使压缩空气符合模拟船舶主机排气的温度、压力及流量要求，最终输送至测试循环回路的换热器15中。控制系统的上位机23用于控制系统运行、检测、显示试验数据，下位采用PLC控制柜22作为控制核心，两者结合实现远程控制及数据处理、记录和导出等功能。
针阀V1～V5用于辅助压缩空气及控制系统中各管道的开启和关闭。具体的，在空压机19的出口管路上设置针阀V1，在除油过滤器F4的出口管路上设置针阀V2，在储气罐20至排污池18之间的管路上设置针阀V3，在储气罐20至电加热器24之间的管路上设置针阀V5，在储气罐20至气动增压泵调压阀V14之间的管路上设置针阀V4。
继续参照图2，辅助压缩空气及控制系统在储气罐20后设13条支路，每一支路上安装一个两位三通电磁阀，每一两位三通电磁阀对应控制测试循环回路中的一个气控阀，两位三通电磁阀分别与PLC控制柜22连接，上位机23通过PLC控制柜22控制两位三通电磁阀电或失电，从而控制压缩空气是否进入测试循环回路中的气控阀气缸，以此控制各个气控阀A1～A13的开闭。
继续参照图2，测试循环回路的二氧化碳气瓶1与气动增压泵2之间设有气动增压泵调节阀V14。辅助压缩空气及控制系统在储气罐20后设一支路连接至气动增压泵调节阀V14，储气罐20中另一部分压缩空气进入气动增压泵调节阀V14，上位机23通过控制气动增压泵调节阀V14，调节测试循环回路中的气动增压泵2的输出压力，保证CO2气体达到超临界状态的压力。
进一步优化，超临界二氧化碳布雷顿循环发电装置测试循环回路在二氧化碳气瓶1后设有一支路连接至第一冷却器5出口的气控阀A3，该支路上设有抽气泵8、单向阀V8、气控阀A2，当循环主回路长时间不进行试验时，循环回路中的CO2工质可通过抽气泵8抽回二氧化碳气瓶1中储存。
进一步优化，测试循环回路中，S-CO2工质经过压缩机9压缩增压后，另设一管路连接至第一冷却器5，使经过压缩机9压缩增压后的S-CO2工质直接进入第一冷却器5冷却，对压缩机9性能进行测试。该管路上设有气控阀A5和单向阀V10。
进一步优化，测试循环回路中，S-CO2工质经过压缩机9压缩增压后，通过一管路连接至换热器15，该管路上设有气控阀A6和A12，通过此管路将S-CO2工质送入换热器15中。换热器15热侧另接两支路，分别为压缩空气模拟的烟气余热管路和水的管路，通过气控阀的开启关闭，实现换热器15内不同流体之间的换热性能测试。具体的，烟气余热管路接电加热器24出口，通过该支路将模拟船舶余热送入换热器15中，实现S-CO2与模拟船舶余热之间的换热，支路上设置有气控阀A8，换热后的残余废气通过设置有气控阀A11的管路排至大气。水的管路接水冷机14，通过该支路将水送入换热器15中，实现S-CO2和水之间的换热，支路上设置有气控阀A9，换热后的残余流体通过设置有气控阀A10的管路流回水冷机14中。
进一步优化，压缩机9至换热器15的管路上还设有过滤器F2，用于过滤压缩机9排气中的凝水等杂质。
进一步优化，压缩机9的出口管路上还设有消音器17，用于降低压缩机9排气时的噪声。
如图3所示，本发明实施例的控制箱电路图包括：24V开关电源、就地-远控按钮、气控阀开关、接触器、电磁阀。可通过就地-远控按钮对控制阀进行远程或就地的切换，正常情况下，可通过PLC控制柜22控制各个气控阀对应的两位三通电磁阀得(失)电，使得压缩空气驱动对应气控阀的开启(关闭)，通过调节气动增压泵调节阀V14，使进入气动增压泵2的压缩空气量不同，控制气动增压泵2的输出压力。在远程控制出现故障时，也能通过手动控制气控阀开关来对气控阀进行控制，从而提高系统的可靠性和安全性。
利用本发明超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统核心设备的性能试验平台进行超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统整体效率测试和核心设备性能测试的具体方法如下：
1、整体效率测试：循环回路中气控阀A1、A6、A12、A7、A4、A3、A8、A11打开，其余气控阀关闭，通过辅助压缩空气及控制系统模拟船舶主机余热排气输送至换热器15中，与经过压缩机9压缩后的S-CO2进行换热，经过加压加热的S-CO2工质进入涡轮机10推动涡轮机10进行做功，涡轮机10做功带动永磁同步发电机11发电，监测记录永磁同步发电机11输出电能的变化，然后将系统供热量与永磁同步发电机11输出电能进行对比分析，得出系统热电转换效率，从而实现超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统整体效率测试的目的。
2、核心设备压缩机9的性能测试：循环回路中气控阀A1、A6、A5、A4、A3打开，其余气控阀关闭，二氧化碳气瓶1中的CO2经高压缓冲罐3、第二冷却器4、高低温试验箱6和加热器7处理后送入压缩机9中，压缩机9入口管道上安装有温度变送器TT1、压力变送器PT1、流量计f1用于测量入口CO2的温度、压力和流量，CO2在压缩机9中加压后经压缩机9出口管路上的温度变送器TT2、压力变送器PT2、流量计f3测量出口流体的温度、压力和流量，对比分析出入口流体的温度、压力和流量，可实现压缩机9性能测试的目的。
3、核心设备换热器15的性能测试：1)循环回路中气控阀A1、A6、A12、A7、A4、A3、A8、A11打开，其余气控阀关闭，通过辅助压缩空气及控制系统模拟船舶主机余热排气输送至换热器15中，与经过压缩机9压缩后的S-CO2进行换热，剩余废气由设置有气控阀A11的管路排至大气，压缩机9压缩后的S-CO2进入换热器15前，经由温度变送器TT3、压力变送器PT3测试入口S-CO2的温度和压力，在换热器15中与模拟船舶主机余热排气进行换热后的S-CO2的温度和压力由换热器15出口管路上的温度变送器TT4、压力变送器PT4测试，对比分析出入口流体的温度和压力，可实现换热器15内船舶主机余热排气和S-CO2换热的性能测试。2)循环回路中气控阀A1、A6、A12、A7、A4、A3、A9、A10打开，其余气控阀关闭，通过水冷机14将水送至换热器15中，与经过压缩机9压缩后的S-CO2进行换热，剩余水流体由设置有气控阀A10的管路送回水冷机14中，压缩机9压缩后的S-CO2进入换热器15前，经由温度变送器TT3、压力变送器PT3测试入口S-CO2的温度和压力，在换热器15中与水进行换热后的S-CO2的温度和压力由换热器15出口管路上的温度变送器TT4、压力变送器PT4测试，对比分析出入口流体的温度和压力，可实现换热器15内水和S-CO2换热的性能测试。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (9)

1.一种适用于超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统核心设备的性能试验平台，其特征在于，该性能试验平台包括相连通的超临界二氧化碳布雷顿循环发电装置测试循环回路和辅助压缩空气及控制系统，通过辅助压缩空气及控制系统模拟船舶主机余热排气；
所述超临界二氧化碳布雷顿循环发电装置测试循环回路包括压缩机、换热器、涡轮机、永磁同步电机、第一冷却器、二氧化碳气瓶、气动增压泵、高低温试验箱；所述二氧化碳气瓶、气动增压泵、高低温试验箱依次相连，二氧化碳气瓶中的CO2气体通过所述气动增压泵增压，再通过高低温试验箱进行温度的精准控制，使得进入压缩机前的CO2气体处于超临界状态；所述高低温试验箱与所述压缩机的进气口连接，压缩机、换热器、涡轮机、第一冷却器依次连接，第一冷却器的出气口最后与所述压缩机进气口相连，从而形成循环回路；所述涡轮机与所述永磁同步电机同轴连接；
所述辅助压缩空气及控制系统包括空压机、储气罐、电动减压阀、电动截止阀、电加热器、PLC控制柜和上位机，所述空压机、储气罐、电加热器依次相连，电动减压阀和电动截止阀设于储气罐之后的管路上，电动减压阀、电动截止阀、电加热器分别与PLC控制柜连接，PLC控制柜与上位机相连；经电动减压阀、电动截止阀、电加热器调节后的压缩空气符合模拟船舶主机排气的压力、流量和温度，最终输送至测试循环回路的换热器中；
所述辅助压缩空气及控制系统的管路上设有温度传感器、压力传感器、流量传感器，三个传感器分别与所述PLC控制柜连接，上位机通过传感器反馈的温度、压力、流量信号，通过PLC控制柜对应控制电加热器、电动减压阀、电动截止阀调节压缩空气的温度、压力及流量，使压缩空气符合模拟船舶主机排气的温度、压力及流量。
2.根据权利要求1所述的适用于超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统核心设备的性能试验平台，其特征在于，测试循环回路中，S-CO2工质经过所述压缩机压缩增压后，另设一管路连接至所述第一冷却器，使经过压缩机压缩增压后的S-CO2工质直接进入所述冷却器冷却，对压缩机性能进行测试。
3.根据权利要求1所述的适用于超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统核心设备的性能试验平台，其特征在于，测试循环回路中，所述换热器热侧还设有水的管路，水的管路接水冷机，通过该管路将水送入换热器中，实现S-CO2工质和水之间的换热，换热后的残余流体流回水冷机中。
4.根据权利要求1所述的适用于超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统核心设备的性能试验平台，其特征在于，测试循环回路中，所述超临界二氧化碳布雷顿循环发电装置测试循环回路在所述二氧化碳气瓶后设有一支路连接至所述第一冷却器的出气口，该支路上设有抽气泵，循环回路长时间不进行试验时，循环回路中的CO2气体可通过所述抽气泵抽回所述二氧化碳气瓶中储存。
5.根据权利要求1所述的适用于超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统核心设备的性能试验平台，其特征在于，所述辅助压缩空气及控制系统在所述储气罐后设若干支路，每一支路上安装一个两位三通电磁阀，每一两位三通电磁阀对应控制测试循环回路中的一个气控阀，所述两位三通电磁阀分别与所述PLC控制柜连接，上位机通过PLC控制柜控制两位三通电磁阀电或失电，从而控制压缩空气是否进入测试循环回路中的气控阀气缸，以此控制各个气控阀的开闭。
6.根据权利要求1所述的适用于超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统核心设备的性能试验平台，其特征在于，测试循环回路的二氧化碳气瓶与气动增压泵增压之间设有气动增压泵调节阀；所述辅助压缩空气及控制系统在所述储气罐后设一支路连接至所述气动增压泵调节阀，储气罐中另一部分压缩空气进入气动增压泵调节阀，所述上位机通过控制所述气动增压泵调节阀，调节测试循环回路中的气动增压泵的输出压力，保证CO2气体达到超临界状态的压力。
7.根据权利要求1所述的适用于超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统核心设备的性能试验平台，其特征在于，所述高低温试验箱内置有高压缓冲罐、第二冷却器、加热器，所述高压缓冲罐用于消除多余的压力脉动，并有效防止高温下气体膨胀可能产生的超压现象；所述第二冷却器用于减小高温对系统压力的影响，并调整CO2气体温度；所述加热器用于防止冷却后的CO2气体温度过低，对其进行加热。
8.根据权利要求1所述的适用于超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统核心设备的性能试验平台，其特征在于，所述超临界二氧化碳布雷顿循环发电装置测试循环回路还包括电热油浴恒温箱，所述电热油浴恒温箱通过管道与所述换热器连接，用于保证换热器内的气体温度。
9.根据权利要求1所述的适用于超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统核心设备的性能试验平台，其特征在于，所述压缩机的进气口设置温度变送器TT1和压力变送器PT1，出口设置温度变送器TT2和压力变送器PT2；所述换热器的进气口设置温度变送器TT3和压力变送器PT3，出口设置温度变送器TT4和压力变送器PT4；所述涡轮机的进气口设置温度变送器TT5和压力变送器PT5，出口设置温度变送器TT6和压力变送器PT6。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112834699A (zh) * 2020-12-31 2021-05-25 武汉理工大学 超临界二氧化碳压缩循环测试台
CN112855497A (zh) * 2021-01-18 2021-05-28 天津大学 一种基于超临界二氧化碳工质的充罐与补气系统
CN113155503B (zh) * 2021-04-30 2024-03-08 武汉理工大学 针对印刷电路板式换热器的超临界二氧化碳换热性能试验平台
CN113686918A (zh) * 2021-09-07 2021-11-23 哈尔滨工程大学 液态铅铋合金与sco2回路耦合换热特性研究实验系统
CN113984582A (zh) * 2021-10-25 2022-01-28 哈尔滨工程大学 一种多功能小流量液态铅铋与sco2流动传热研究的实验系统

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104297072A (zh) * 2014-10-08 2015-01-21 中国矿业大学 一种超临界二氧化碳闭式循环压缩特性实验装置及方法
CN109695588A (zh) * 2019-03-13 2019-04-30 中国科学院工程热物理研究所 一种超临界二氧化碳压缩机实验循环系统
CN109752611A (zh) * 2018-12-25 2019-05-14 北京动力机械研究所 一种闭式布雷顿循环发电系统模拟试验台
CN109960298A (zh) * 2019-03-25 2019-07-02 武汉理工大学 适用于多种设备的高低温循环性能测试装置

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104931658B (zh) * 2015-06-26 2016-11-30 中国科学院工程热物理研究所 一种气体膨胀装置的闭式实验系统及实验方法
CN107067918B (zh) * 2017-06-16 2019-02-19 西南石油大学 聚变反应堆的氦气实验回路装置
US10844744B2 (en) * 2017-09-01 2020-11-24 Southwest Research Institute Double wall supercritical carbon dioxide turboexpander

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104297072A (zh) * 2014-10-08 2015-01-21 中国矿业大学 一种超临界二氧化碳闭式循环压缩特性实验装置及方法
CN109752611A (zh) * 2018-12-25 2019-05-14 北京动力机械研究所 一种闭式布雷顿循环发电系统模拟试验台
CN109695588A (zh) * 2019-03-13 2019-04-30 中国科学院工程热物理研究所 一种超临界二氧化碳压缩机实验循环系统
CN109960298A (zh) * 2019-03-25 2019-07-02 武汉理工大学 适用于多种设备的高低温循环性能测试装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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船舶余热利用sCO2布雷顿循环发电技术综述;严新平等;《中国机械工程》;20190430;第30卷(第8期);说明书第[0007]-[0044]段 *

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