CN113804424A - 一种分布式能源系统中燃气轮机叶片冷却实验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种分布式能源系统中燃气轮机叶片冷却实验装置，属于发电设备技术领域，目的在于克服现有没有单纯的风冷冷却实验装置的缺陷，实验装置包括主供气系统、冷却分路、燃烧分路、燃烧系统、冷却系统、烟气排放系统和空气排放系统；主供气系统通过冷却分路和冷却系统连接为冷却系统提供冷却气流，冷却气流流经冷却系统对冷却系统冷却再流入空气排放系统；燃烧系统燃烧形成的烟气进入冷却系统对叶片进行加热，燃烧系统燃烧系统的烟气流经冷却系统后进入烟气排放系统。能够对燃气轮机的叶片风冷效果进行模拟实验，实验数据能够应用在燃气轮机中，保证燃气轮机叶片冷却的效果，提高叶片和燃气轮机使用的安全性，降低实验成本。
Description
技术领域
本发明属于发电设备技术领域，涉及一种分布式能源系统中燃气轮机叶片冷却实验装置。
背景技术
燃气轮机分布式能源系统，它一般建于用户附近，减少了输配系统投资和能量损失。动力设备为小型燃气轮机，以天然气作为燃料，具有综合能效高、燃料适应性好、可靠性高、环境友好等特点。
小型燃气轮机主要通过提高透平进口温度提高燃气轮机效率，但是燃气温度升高导致高温叶片在远超金属允许温度的环境中运行，对叶片安全以及燃气轮机综合能源系统运行产生威胁。
燃气轮机需要对叶片进行冷却，在实施冷却方案之前，需要进行叶片冷却实验，将在实验中获取的数据换算到实际应用中，以提高叶片以及燃气轮机的安全性。现有技术中尚不具有单纯的风冷冷却实验装置。
发明内容
本发明针对现有技术存在的问题提出一种分布式能源系统中燃气轮机叶片冷却实验装置，目的在于克服现有没有单纯的风冷冷却实验装置的缺陷。
本发明是这样实现的：
一种分布式能源系统中燃气轮机叶片冷却实验装置，其特征在于，包括主供气系统、冷却分路、燃烧分路、燃烧系统、冷却系统、烟气排放系统和空气排放系统；
所述主供气系统通过冷却分路和冷却系统连接为冷却系统提供冷却气流，冷却气流流经冷却系统对冷却系统冷却再流入空气排放系统；
所述主供气系统通过燃烧分路和燃烧系统连接为燃烧系统的燃烧提供空气，燃烧系统和冷却系统连接，冷却系统中设有叶片，燃烧系统燃烧形成的烟气进入冷却系统对叶片进行加热，燃烧系统燃烧系统的烟气流经冷却系统后进入烟气排放系统。
所述主供气系统通过空气罐和所述冷却分路及燃烧分路连接，所述空气罐上还连接有辅助供气系统。
所述主供气系统包括依次设置的螺杆空压机、第一空气电动阀、稳压箱、第一止回阀、压力控制阀、第一流量控制阀和电加热器。
所述辅助供气系统包括依次设置的涡旋空压机、第二空气电动阀、第二流量控制阀和第二止回阀。
所述燃烧分路上设有第三止回阀和第三流量控制阀。
所述燃烧系统包括依次设置的天然气罐、天然气电动阀、第四流量控制阀、第四止回阀、燃烧室、烟气电磁阀和烟气罐，所述烟气罐和所述冷却系统连接，所述烟气罐和所述冷却系统之间设置烟气调节阀，所述燃烧分路连接在所述燃烧室上。
所述冷却系统包括具有实验腔的实验台和设置在实验台上的多个叶片，所述冷却分路包括总管道以及连接在总管道上的第一支管道和第二支管道，所述第一支管道的数量和所述叶片数量一致并连接在所述叶片上，所述第二支管道围绕在所述实验台的外侧，每个叶片上都设有回收管道，所有回收管道汇聚到所述空气排放系统。
所述烟气罐和所述实验台连接的烟气管路与所述叶片的数量一致，每路烟气管路都上都设有烟气调节阀，每路烟气管路都对应一个叶片。
所述实验台包括底板、中环和上盖，所述中环的外侧焊接有半圆形的固定部，所述中环通过穿过所述固定部的螺钉固定在所述底板上，所述底板上具有限位槽，所述中环嵌入所述限位槽并通过密封胶密封，所述上盖和所述中环之间通过螺钉固定并通过密封胶密封。
所述底板和所述上盖都具有对应于所述叶片的安装槽，所述叶片嵌入安装槽并通过螺钉固定在底板和上盖上。
所述烟气排放系统包括依次设置的烟气蝶阀、烟气回收罐、泄压阀、第五止回阀、烟气电动阀、烟气处理罐和烟气排出阀；所述空气排放系统包括依次设置的回收电磁阀、空气回收罐、第六止回阀、空气蝶阀、减压箱和排空气阀，所述空气回收罐上还设有安全阀。
本发明所提供的一种分布式能源系统中燃气轮机叶片冷却实验装置，能够对燃气轮机的叶片风冷效果进行模拟实验，实验数据能够应用在燃气轮机中，保证燃气轮机叶片冷却的效果，提高叶片和燃气轮机使用的安全性，降低实验成本。
附图说明
图1为实验装置的结构示意图；
图2为实验台的结构示意图；
图3为实验台内部的结构示意图。
附图标注说明：100、主供气系统；110、螺杆空压机；120、第一空气电动阀；130、稳压箱；140、第一止回阀；150、压力控制阀；160、第一流量控制阀；170、电加热器；200、冷却分路；210、总管道；220、第一支管；230、第二支管；300、燃烧分路；310、第三止回阀；320、第三流量控制阀；400、燃烧系统；410、天然气罐；420、天然气电动阀；430、第四流量控制阀；440、第四止回阀；450、燃烧室；460、烟气电磁阀；470、烟气罐；480、烟气调节阀；500、冷却系统；510、叶片；520、实验台；521、底板；522、中环；523、上盖；600、烟气排放系统；610、烟气蝶阀；620、烟气回收罐；630、第五止回阀；640、烟气电动阀；650、烟气处理罐；660、烟气排出阀；670、泄压阀；700、空气排放系统；710、回收管道；720、回收电磁阀；730、空气回收罐；740、第六止回阀；750、空气蝶阀；760、减压箱；770、排空气阀；780、安全阀；800、辅助供气系统；810、涡旋空压机；820、第二空气电动阀；830、第二流量控制阀；840、第二止回阀；900、空气罐。
具体实施方式
以下便结合实施例附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详述，以使本发明技术方案更易于理解、掌握。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本实施例提供了一种燃气轮机中叶片510冷却实验装置，如图1所示，包括主供气系统100、冷却分路200、燃烧分路300、燃烧系统400、冷却系统500、烟气排放系统600和空气排放系统700；所述主供气系统100通过冷却分路200和冷却系统500连接为冷却系统500提供冷却气流，冷却气流流经冷却系统500对冷却系统500冷却再流入空气排放系统700；所述主供气系统100通过燃烧分路300和燃烧系统400连接为燃烧系统400的燃烧提供空气，燃烧系统400和冷却系统500连接，冷却系统500中设有叶片510，燃烧系统400燃烧形成的烟气进入冷却系统500对叶片510进行加热，燃烧系统400燃烧系统400的烟气流经冷却系统500后进入烟气排放系统600。
如图1所示，所述主供气系统100通过空气罐900和所述冷却分路200及燃烧分路300连接，所述空气罐900上还连接有辅助供气系统800。空气罐900用于储存压缩空气，其内部的空气主要用途分为两部分，一部分用于进入冷却分路200以对冷却系统500进行冷却，另一部分用于通过燃烧分路300进入燃烧系统400和燃气混合，使得燃气能够燃烧。
如图1所示，所述主供气系统100包括依次设置的螺杆空压机110、第一空气电动阀120、稳压箱130、第一止回阀140、压力控制阀150、第一流量控制阀160和电加热器170。螺杆空压机110主要用于产生高压的压缩空气，压缩空气通过第一空气电动阀120进入稳压箱130。第一空气电动阀120控制空气的进出，稳压箱130用于调节压缩空气的流速、压力，保证实验时稳定的压力和流量。第一止回阀140能够防止气流回流，压力控制阀150调节管道内的空气压力，第一流量控制阀160调节管道内的空气流量，根据实验需要进行空气流量调节。
如图1所示，辅助供气系统800包括依次设置的涡旋空压机810、第二空气电动阀820、第二流量控制阀830和第二止回阀840。当空气罐900的空气量不足时，辅助拱起系统及时启动提供足够的压缩空气，保证燃烧系统400内燃烧的的顺利进行，也保证足够的冷却空气对冷却系统500进行冷却。涡旋空压机810产生压缩空气，压缩空气通过第二空气电动阀820、第二流量控制阀830进入空气罐900，第二止回阀840能够防止空气从空气罐900回流。
如图1所示所述燃烧分路300上设有第三止回阀310和第三流量控制阀320。燃烧系统400可以根据实验需要调整天然气的量，燃烧分路300则可以控制进入燃烧系统400的空气量，从而实现控制不同空燃比，产生不同的烟气，以控制对冷却系统500中叶片510的加热。
如图1所示，所述燃烧系统400包括依次设置的天然气罐410、天然气电动阀420、第四流量控制阀430、第四止回阀440、燃烧室450、烟气电磁阀460和烟气罐470，所述烟气罐470和所述冷却系统500连接，所述烟气罐470和所述冷却系统500之间设置烟气调节阀480，所述燃烧分路300连接在所述燃烧室450上。天然气罐410内储存燃气，天然气电动阀420、第四流量控制阀430、第四止回阀440控制燃气的流量和流向。实验时，调整燃气和空气进入燃烧室450的量和比例进行燃烧，产生不同温度的烟气，烟气通过烟气电磁阀460调节进入烟气罐470的烟气量。烟气罐470主要用于储存烟气，进行烟气稳压处理。烟气调节阀480用于调节烟气进入冷却系统500的烟气量。
如图1-3所示，所述冷却系统500包括具有实验腔的实验台520和设置在实验台520上的多个叶片510，本实施例为三个叶片510，其他可选的实施例中，也可以是四个或超过四个叶片510，通过对多个叶片510综合实验，得出综合数据不容易产生偶然性偏差。所述冷却分路200包括总管道210以及连接在总管道210上的第一支管220道和第二支管230道，所述第一支管220道的数量和所述叶片510数量一致并连接在所述叶片510上，所述第二支管230道围绕在所述实验台520的外侧，每个叶片510上都设有回收管道710，所有回收管道710汇聚到所述空气排放系统700。第一支管220采用金属管，端部具有螺纹和叶片510螺纹连接。回收管道710也采用金属管，与叶片510螺纹连接。总管道210上设有冷却电磁阀。冷却空气分为两部分，一部分进入叶片510对叶片510进行冷却，另一部分对实验台520整体上的冷却。冷却后的空气又通过回收管道710汇入空气排放系统700的管道上。
如图3所示，所述烟气罐470和所述实验台520连接的烟气管路与所述叶片510的数量一致，每路烟气管路都上都设有烟气调节阀480，每路烟气管路都对应一个叶片510。这样烟气可以有针对性地对对应的叶片510进行加热，减少叶片510之间受热的差异性。
如图1、图3所示，所述实验台520包括底板521、中环522和上盖523，所述中环522的外侧焊接有半圆形的固定部，所述中环522通过穿过所述固定部的螺钉固定在所述底板521上，所述底板521上具有限位槽，所述中环522嵌入所述限位槽并通过密封胶密封，所述上盖523和所述中环522之间通过螺钉固定并通过密封胶密封。
所述底板521和所述上盖523都具有对应于所述叶片510的安装槽，所述叶片510嵌入安装槽并通过螺钉固定在底板521和上盖523上。
如图1所示，所述烟气排放系统600包括依次设置的烟气蝶阀610、烟气回收罐620、第五止回阀630、烟气电动阀640、烟气处理罐650和烟气排出阀660。烟气从实验台520流出后，通过烟气蝶阀610控制烟气量，烟气进入烟气回收罐620储存。烟气回收罐620上设置泄压阀670，如果烟气回收罐620内压力过大，通过泄压阀670泄压。烟气电动阀640控制烟气的排出，烟气进入烟气回收罐620进行处理，消除烟气中的有毒成分，通过排出阀排出。
如图1所示，所述空气排放系统700包括依次设置的回收电磁阀720、空气回收罐730、第六止回阀740、空气蝶阀750、减压箱760和排空气阀770，所述空气回收罐730上还设有安全阀780。回收电磁阀720和冷却电磁阀可以调节冷却空气流速和流量。空气回收罐730对空气进行储存、降温。空气回收罐730上的安全阀780保证空气回收罐730内的气压处于安全状态。减压箱760对空气降压处理，并从排空气阀770排出，避免空气以过高的温度和过快的速度排出。
实验时，首先打开第一空气电动阀120，启动螺杆空压机110，螺杆空压机110产生高压的压缩空气。压缩空气通过第一空气电动阀120进入稳压箱130进行稳压，当空气量足够时，且压力稳定后，压缩空气通过空气管道流经压力控制阀150。压力控制阀150调节空气压力，第一流量控制阀160控制空气的流速、流量。空气进入空气罐900内存储。当空气罐900内空气量达到指定含量时，打开第三流量控制阀320，空气通过空气助燃管进入燃烧室450。
打开烟气电磁阀460、烟气调节阀480、烟气蝶阀610、烟气电动阀640、烟气排出阀660。空气依次流经以上的设备对实验台520内部进行吹扫，避免残留烟气对本次实验的影响。同时打开冷却电磁阀、回收电磁阀720、空气蝶阀750、排空气阀770，空气对叶片510对应的管道进行吹扫。
吹扫特定时间后，打开天然气电动阀420，燃气进入天然气管道，通过第四流量控制阀430调节燃气流量。通过燃烧室450内部的点火器进行点火，点燃空气和燃气。燃烧产生的烟气经过烟气电磁阀460，进入烟气罐470。进而进入实验台520对叶片510进行加热。
燃烧试验时，调节第四流量控制阀430和第三流量控制阀320进行不同的燃气、空气混合比实验，研究不同混合比下，燃气的燃烧产物。烟气成分、烟气温度。
燃烧室450内部装有传感器可以对燃烧产物、烟气温度、烟气成分进行分析。还可以启动电加热器170进行加热，进行不同空气温度下的燃气燃烧实验。
产生的烟气对叶片510进行加热，实验台520内部安装有温度传感器对叶片510温度进行测量。
实验时调节第一流量控制阀160、冷却电磁阀、回收电磁阀720，调节进入叶片510的空气流量进行不同的冷却实验。
此外还可以启动电加热器170，进行不同空气温度下叶片510冷却实验研究。实验时如果出现冷却空气量不足时，及时打开第二空气电动阀820、启动涡旋空压机810补充空气，弥补空气不足。
此外实验时出现燃烧空气不足，同样启动涡旋空压机810。
该实验装置可以进行不同燃气、空气的混合燃烧实验。还可以进行不同温度下叶片510冷却实验、不同冷却空气下的冷却实验。
实验结束后，关闭天然气电动阀420，继续启动螺杆空压机110，空气继续对实验台520、回收系统进行吹扫，降温。
等空气吹到到一定时间后，实验台520温度降低、叶片510温度降低，然后关闭空压机，依次关闭相关阀门。
本领域的技术人员容易理解，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作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种分布式能源系统中燃气轮机叶片冷却实验装置，其特征在于，包括主供气系统(100)、冷却分路(200)、燃烧分路(300)、燃烧系统(400)、冷却系统(500)、烟气排放系统(600)和空气排放系统(700)；
所述主供气系统(100)通过冷却分路(200)和冷却系统(500)连接为冷却系统(500)提供冷却气流，冷却气流流经冷却系统(500)对冷却系统(500)冷却再流入空气排放系统(700)；
所述主供气系统(100)通过燃烧分路(300)和燃烧系统(400)连接为燃烧系统(400)的燃烧提供空气，燃烧系统(400)和冷却系统(500)连接，冷却系统(500)中设有叶片(510)，燃烧系统(400)燃烧形成的烟气进入冷却系统(500)对叶片(510)进行加热，燃烧系统(400)燃烧系统(400)的烟气流经冷却系统(500)后进入烟气排放系统(600)。
2.根据权利要求1所述的一种分布式能源系统中燃气轮机叶片冷却实验装置，其特征在于，所述主供气系统(100)通过空气罐(900)和所述冷却分路(200)及燃烧分路(300)连接，所述空气罐(900)上还连接有辅助供气系统(800)。
3.根据权利要求1所述的一种分布式能源系统中燃气轮机叶片冷却实验装置，其特征在于，所述主供气系统(100)包括依次设置的螺杆空压机(110)、第一空气电动阀(120)、稳压箱(130)、第一止回阀(140)、压力控制阀(150)、第一流量控制阀(160)和电加热器(170)。
4.根据权利要求1所述的一种分布式能源系统中燃气轮机叶片冷却实验装置，其特征在于，实验装置还包括辅助供气系统，所述辅助供气系统(800)包括依次设置的涡旋空压机(810)、第二空气电动阀(820)、第二流量控制阀(830)和第二止回阀(840)。
5.根据权利要求1所述的一种分布式能源系统中燃气轮机叶片冷却实验装置，其特征在于，所述燃烧分路(300)上设有第三止回阀(310)和第三流量控制阀(320)。
6.根据权利要求1所述的一种分布式能源系统中燃气轮机叶片冷却实验装置，其特征在于，所述燃烧系统(400)包括依次设置的天然气罐(410)、天然气电动阀(420)、第四流量控制阀(430)、第四止回阀(440)、燃烧室(450)、烟气电磁阀(460)和烟气罐(470)，所述烟气罐(470)和所述冷却系统(500)连接，所述烟气罐(470)和所述冷却系统(500)之间设置烟气调节阀(480)，所述燃烧分路(300)连接在所述燃烧室(450)上。
7.根据权利要求6所述的一种分布式能源系统中燃气轮机叶片冷却实验装置，其特征在于，所述冷却系统(500)包括具有实验腔的实验台(520)和设置在实验台(520)上的多个叶片(510)，所述冷却分路(200)包括总管道(210)以及连接在总管道(210)上的第一支管(220)道和第二支管(230)道，所述第一支管(220)道的数量和所述叶片(510)数量一致并连接在所述叶片(510)上，所述第二支管(230)道围绕在所述实验台(520)的外侧，每个叶片(510)上都设有回收管道(710)，所有回收管道(710)汇聚到所述空气排放系统(700)。
8.根据权利要求7所述的一种分布式能源系统中燃气轮机叶片冷却实验装置，其特征在于，所述烟气罐(470)和所述实验台(520)连接的烟气管路与所述叶片(510)的数量一致，每路烟气管路都上都设有烟气调节阀(480)，每路烟气管路都对应一个叶片(510)；
所述实验台(520)包括底板(521)、中环(522)和上盖(523)，所述中环(522)的外侧焊接有半圆形的固定部，所述中环(522)通过穿过所述固定部的螺钉固定在所述底板(521)上，所述底板(521)上具有限位槽，所述中环(522)嵌入所述限位槽并通过密封胶密封，所述上盖(523)和所述中环(522)之间通过螺钉固定并通过密封胶密封。
9.根据权利要求8所述的一种分布式能源系统中燃气轮机叶片冷却实验装置，其特征在于，所述底板(521)和所述上盖(523)都具有对应于所述叶片(510)的安装槽，所述叶片(510)嵌入安装槽并通过螺钉固定在底板(521)和上盖(523)上。
10.根据权利要求1所述的一种分布式能源系统中燃气轮机叶片冷却实验装置，其特征在于，所述烟气排放系统(600)包括依次设置的烟气蝶阀(610)、烟气回收罐(620)、第五止回阀(630)、烟气电动阀(640)、烟气处理罐(650)和烟气排出阀(660)，烟气回收罐上设有泄压阀(670)；所述空气排放系统(700)包括依次设置的回收电磁阀(720)、空气回收罐(730)、第六止回阀(740)、空气蝶阀(750)、减压箱(760)和排空气阀(770)，所述空气回收罐(730)上还设有安全阀(780)。
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