CN114295398A - 一种气电双驱压缩机实验系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种气电双驱压缩机实验系统，属于压缩空气储能技术领域，涉及一种适用于压缩空气储能压缩子系统的实验测试系统，包括主动力单元、辅助动力单元、被测压缩机、闭式循环系统组成；所述实验系统具备主辅动力单元，主动力单元由变频器、电机等组成，辅助动力单元由动力涡轮及相关的调控装置组成；所述实验系统能够充分利用被测压缩机的压力能，使之驱动动力涡轮，从而较少主动力单元输出功率，降低实验成本。
Description
技术领域
本发明属于压缩空气储能技术领域，涉及一种适用于压缩空气储能压缩子系统的实验测试系统，具体是一种气电双驱压缩机实验系统。
背景技术
随着经济的发展，国家对节能减排日益看重，以风能、太阳能为主的可再生能源得到大力发展。但可再生能源在大规模推广利用过程中存在很多问题，比如间歇性和波动性等。为了解决上述问题，可以采用电力储能技术，其中压缩空气储能具有不受地理条件限制、储能效率高、适用于各种类型电站、对环境友好、可回收废热余热等优点，具有广阔的市场前景。
压缩空气储能系统所用压缩子系统，在设计过程中需要考虑多种因素，如气动部件的性能保证、单级/多级变工况特性等，因此有必要开展压缩子系统气动、机械性能实验与检测，了解其内部流动与传热耦合规律。但随着压缩空气储能系统发电功率增大，压缩子系统耗功也相应增大，为满足性能实验要求，需要更大功率的电机作为动力单元，试验成本较高。
发明内容
针对现有技术的上述缺陷和不足，本发明的目的在于提供一种气电双驱压缩机实验系统，所述实验系统具备主、辅动力单元，主动力单元由变频器、电机等组成，辅助动力单元由动力涡轮及相关的调控装置组成；所述实验系统能够充分利用被测压缩机的压力能，使之驱动动力涡轮，从而较少主动力单元输出功率，降低实验成本。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种气电双驱压缩机实验系统，包括主动力单元、辅助动力单元、被测压缩机、闭式循环系统，其特征在于，
所述闭式循环系统包括缓冲罐、节流阀组、流量计、稳压装置、换热器，所述被测压缩机的排气管线与所述缓冲罐的进气口连通，且所述被测压缩机的排气管线上设有所述换热器，所述被测压缩机的排气经所述换热器的热侧后进入所述缓冲罐；所述被测压缩机的进气管线与所述缓冲罐的排气口连通，且所述被测压缩机的进气管线上设有所述节流阀组、流量计、稳压装置；
所述主动力单元包括相互电连接的变频器和双轴伸电机，所述辅助动力单元包括动力涡轮，所述双轴伸电机的第一轴伸通过动力传递装置与所述被测压缩机的动力输入端传动连接，所述双轴伸电机的第二轴伸通过动力传递装置与所述动力涡轮的动力输出端传动连接；
所述动力涡轮的进气管线与位于所述换热器的热侧进口前的被测压缩机的排气管线连通，所述动力涡轮的排气管线与所述换热器的冷侧进口连通，所述换热器的冷侧出口与环境连通，且所述动力涡轮的进气管线、排气管线上均至少设有回路开关阀。
本发明优选的实例中，所述被测压缩机的排气管线上设有退喘放气管线，所述退喘放气管线上至少设有一退喘放气阀。当被测压缩机进入喘振状态时，开启退喘放气阀。
本发明优选的实例中，所述被测压缩机的排气管线上还设有止回阀。
本发明优选的实例中，所述缓冲罐上还设有补气调节管线和放气调节管线，所述补气调节管线上设有补气调节阀，所述放气调节管线上设有放气调节阀，并优选设有消音器。高压空气(来自高压储罐或空压机)通过补气调节阀，进入缓冲罐。当被测压缩机的进气压力偏低时，减小放气调节阀开度，增大补气调节阀开度，提高被测压缩机的进气压力；当被测压缩机的进气压力偏高时，减小补气调节阀开度，增大放气调节阀的开度。
本发明优选的实例中，所述双轴伸电机的第一轴伸上的动力传递装置包括增速齿轮箱，所述增速齿轮箱的动力输入端通过第一联轴器与所述双轴伸电机的第一轴伸传动连接，所述增速齿轮箱的动力输出端通过第二联轴器与所述被测压缩机的动力输入端传动连接。
本发明优选的实例中，所述双轴伸电机的第二轴伸上的动力传递装置包括减速齿轮箱，所述减速齿轮箱的动力输入端与所述动力涡轮的动力输出端传动连接，所述减速齿轮箱的动力输出端通过一离合器与所述双轴伸电机的第二轴伸传动连接。
本发明优选的实例中，所述动力涡轮的进气管线上还设有止回阀、调压阀以及补气调节管线，所述补气调节管线上至少设有一补气调节阀。
本发明的气电双驱压缩机实验系统，动力单元动力单元具备主辅动力单元，主动力单元由变频器、电机等组成，辅助动力单元由动力涡轮及相关的调控装置组成；所述实验系统能够充分利用被测压缩机的压力能，使之驱动动力涡轮，从而较少主动力单元输出功率，降低实验成本。
本发明优选的实例中，所述实验系统开展中小功率压缩机实验时，关闭所述动力涡轮进气、排气管线上的回路开关阀，切断所述双轴伸电机的第二轴伸与所述动力涡轮之间的动力传递装置，闭合所述双轴伸电机的第一轴伸与所述被测压缩机之间的动力传递装置，利用所述主动力单元为所述被测压缩机提供动力，动力单元所述主动力单元利用其动力传递装置(即增速齿轮箱)达到被测压缩机所需转速，通过所述闭式循环系统调节被测压缩机的进气压力和温度，实现被测压缩机的实验测试。
本发明优选的实例中，所述实验系统开展大功率压缩机实验时，打开所述动力涡轮进气、排气管线上的回路开关阀，闭合所述双轴伸电机的第一轴伸与所述被测压缩机之间、以及所述双轴伸电机的第二轴伸与所述动力涡轮之间的动力传递装置，同时利用所述主动力单元、辅助动力单元为所述被测压缩机提供动力，其中所述主动力单元利用其动力传递装置(即增速齿轮箱)达到被测压缩机所需转速，通过闭式循环系统调节被测压缩机的进气压力和温度，实现被测压缩机实验测试，辅助动力单元利用被测压缩机的出口压力，实现辅助动力输出。
作为本发明的一种优选方案，所述主动力单元由变频器、电动机、增速齿轮箱、联轴器等组成，通过增速齿轮箱实现被测压缩机的转速需求，其中电动机为双轴伸类型。
作为本发明的一种优选方案，所述辅助动力单元由动力涡轮和相关的调控装置组成，其中调控装置包括进气调压阀、进出口开关阀、充气阀等。
作为本发明的一种优选方案，所述被测压缩机包括轴流式和离心式压缩机。
作为本发明的一种优选方案，所述闭式循环系统包括充放气调压系统、整流装置、换热冷却系统、背压调节系统等组成。
作为本发明的一种优选方案，所述充放气调压系统包括缓冲罐、充气调节阀、放气调节阀、消音器、阀门及管道，通过充放气调节阀的动作，实现被测压缩机进口压力的需求。
作为本发明的一种优选方案，所述背压调节系统至少有两台调节阀，包括一微量调节阀，用于精确调节。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明提出的气电双驱压缩机实验系统具备主辅动力单元，主动力单元由变频器、电机等组成，辅助动力单元由动力涡轮及相关的调控装置组成；本发明提出的气电双驱压缩机实验系统能够充分利用被测压缩机的压力能，使之驱动动力涡轮，从而较少主动力单元输出功率，降低实验成本。
附图说明
图1为本发明的气电双驱压缩机实验系统组成示意图。
图2为本发明的气电双驱压缩机实验系统开展中小功率试验件实验的组成示意图。
图3为本发明的气电双驱压缩机实验系统开展大功率试验件实验的组成示意图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
1-变频器、2-双轴伸电动机、3/5-联轴器、4-增速齿轮箱、6-被测压缩机、7-离合器、8-减速齿轮箱、9-动力涡轮、10-退喘放气阀、11/21-止回阀、12-换热器、13-缓冲罐、14/22-补气调节阀、15-放气调节阀、16-消音器、17/18-节流阀组、19-流量计、20-稳压装置、23/25-回路开关阀、24-调压阀。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明的气电双驱压缩机实验系统，包括主动力单元、辅助动力单元、被测压缩机6、闭式循环系统，其中，闭式循环系统包括缓冲罐13、节流阀组17/18、流量计19、稳压装置20、换热器12，被测压缩机6的排气管线与缓冲罐13的进气口连通，且被测压缩机6的排气管线上设有换热器12，被测压缩机6的排气经换热器12的热侧后进入缓冲罐13；被测压缩机6的进气管线与缓冲罐13的排气口连通，且被测压缩机6的进气管线上设有节流阀组17/18、流量计19、稳压装置20；主动力单元包括相互电连接的变频器1和双轴伸电机2，辅助动力单元包括动力涡轮9，双轴伸电机2的第一轴伸通过动力传递装置与被测压缩机6的动力输入端传动连接，双轴伸电机2的第二轴伸通过动力传递装置与动力涡轮9的动力输出端传动连接；动力涡轮9的进气管线与位于换热器12的热侧进口前的被测压缩机6的排气管线连通，动力涡轮9的排气管线与换热器12的冷侧进口连通，换热器12的冷侧出口与环境连通，且动力涡轮9的进气管线、排气管线上均至少设有回路开关阀23、25。
本发明优选的实例中，如图1所示，被测压缩机6的排气管线上设有退喘放气管线，退喘放气管线上至少设有一退喘放气阀10。当被测压缩机6进入喘振状态时，开启退喘放气阀10。
本发明优选的实例中，如图1所示，被测压缩机6的排气管线上还设有止回阀11。
本发明优选的实例中，如图1所示，缓冲罐13上还设有补气调节管线和放气调节管线，补气调节管线上设有补气调节阀14，放气调节管线上设有放气调节阀15，并优选设有消音器16。高压空气(来自高压储罐或空压机)通过补气调节阀14，进入缓冲罐13。当被测压缩机6的进气压力偏低时，减小放气调节阀15开度，增大补气调节阀14开度，提高被测压缩机6的进气压力；当被测压缩机6的进气压力偏高时，减小补气调节阀14开度，增大放气调节阀15的开度。
本发明优选的实例中，如图1所示，双轴伸电机2的第一轴伸上的动力传递装置包括增速齿轮箱4，增速齿轮箱4的动力输入端通过第一联轴器3与双轴伸电机2的第一轴伸传动连接，增速齿轮箱4的动力输出端通过第二联轴器5与被测压缩机6的动力输入端传动连接。
本发明优选的实例中，如图1所示，双轴伸电机2的第二轴伸上的动力传递装置包括减速齿轮箱8，减速齿轮箱8的动力输入端与动力涡轮9的动力输出端传动连接，减速齿轮箱8的动力输出端通过一离合器7与双轴伸电机2的第二轴伸传动连接。
本发明优选的实例中，如图1所示，动力涡轮9的进气管线上还设有止回阀21、调压阀24以及补气调节管线，补气调节管线上至少设有一补气调节阀22。
实施例一
图2为本发明的气电双驱压缩机实验系统开展中小功率试验件实验的组成示意图。请参阅图2，开展中小功率试验件实验时，需要关闭动力涡轮9的进气管线和排气管线上的回路开关阀23、25。被测压缩机6的进气管线上设有整流装置20、流量计19和节流阀组17、18，排气管线上设有止回阀11、换热器12和缓冲罐13。气体通过流量计19和整流装置20，流入被测压缩机6中进行加压，之后通过换热器12降低温度，最后通过节流阀组17、18稳压后重新进入被测压缩机6，完成闭式循环。
具体地，如图2所示，本发明的气电双驱压缩机实验系统在开展中小功率试验件实验过程中，通过调节节流阀组17、18的开度，实现被测压缩机6不同压力和流量工况下的实验需求。
具体地，如图2所示，充放气调节系统包括缓冲罐13、补气调节阀14、放气调节阀15和消音器16。高压空气(来自高压储罐或空压机)通过补气调节阀14，进入缓冲罐13。当被测压缩机6的进气压力偏低时，减小放气调节阀15开度，增大补气调节阀14开度，提高被测压缩机6的进气压力；当被测压缩机6的进气压力偏高时，减小补气调节阀14开度，增大放气调节阀15的开度。当被测压缩机6进入喘振状态时，开启退喘放气阀10。
实施例二
图3为本发明的气电双驱压缩机实验系统开展大功率试验件实验的组成示意图。请参阅图3，本发明的气电双驱压缩机实验系统在开展大功率试验件实验时，需要开启动力涡轮9的进气管线和排气管线上的回路开关阀23、25。被测压缩机6的进气管线设有整流装置20、流量计19和节流阀组17、18，排气管线设有止回阀11、换热器12和缓冲罐13；动力涡轮9的进气管线设有止回阀21、补气调节阀22、回路开关阀23和调压阀24，排气管线上设有回路开关阀25。气体通过流量计19和整流装置20，流入被测压缩机6中进行加压，部分排气通过止回阀21、回路开关阀23和调压阀24后，流入动力涡轮9中进行膨胀做功，之后通过回路开关阀25后进入换热器12；压缩机排气在换热器12降低温度后，通过节流阀组17、18稳压后重新进入被测压缩机6，完成闭式循环。
具体地，如图3所示，所述实验系统在大功率试验件实验过程中，通过调节节流阀组17、18的开度，实现被测压缩机6不同压力和流量工况下的实验需求。
具体地，如图3所示，所述充放气调节系统包括缓冲罐13、补气调节阀14、放气调节阀15和消音器16。高压空气(来自高压储罐或空压机)通过补气调节阀14，进入缓冲罐13。当被测压缩机6进口压力偏低时，减小放气调节阀15开度，增大补气调节阀14开度，提高被测压缩机6进口压力；当被测压缩机6进口压力偏高时，减小补气调节阀14开度，增大放气调节阀15的开度。当被测压缩机6进入喘振状态时，开启退喘放气阀10。
具体地，如图3所示，可通过开启补气调节阀22(高压空气来自高压储罐或空压机)，增大动力涡轮9进口压力，从而增加动力涡轮9输出功率，减少电动机2输出功率，多余气体可通过放气调节阀15排出。
综上所述，本发明提出的气电双驱压缩机实验系统，具备主辅动力单元，主动力单元由变频器、电机等组成，辅助动力单元由动力涡轮及相关的调控装置组成；本发明提出的气电双驱压缩机实验系统，能够充分利用被测压缩机的压力能，使之驱动动力涡轮，从而较少主动力单元输出功率，降低实验成本。
通过上述实施例，完全有效地实现了本发明的目的。该领域的技术人员可以理解本发明包括但不限于附图和以上具体实施方式中描述的内容。虽然本发明已就目前认为最为实用且优选的实施例进行说明，但应知道，本发明并不限于所公开的实施例，任何不偏离本发明的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。
本发明未详细阐述部分属于本领域技术人员的公知技术。
Claims (9)
1.一种气电双驱压缩机实验系统，包括主动力单元、辅助动力单元、被测压缩机、闭式循环系统，其特征在于，
所述闭式循环系统包括缓冲罐、节流阀组、流量计、稳压装置、换热器，所述被测压缩机的排气管线与所述缓冲罐的进气口连通，且所述被测压缩机的排气管线上设有所述换热器，所述被测压缩机的排气经所述换热器的热侧后进入所述缓冲罐；所述被测压缩机的进气管线与所述缓冲罐的排气口连通，且所述被测压缩机的进气管线上设有所述节流阀组、流量计、稳压装置；
所述主动力单元包括相互电连接的变频器和双轴伸电机，所述辅助动力单元包括动力涡轮，所述双轴伸电机的第一轴伸通过动力传递装置与所述被测压缩机的动力输入端传动连接，所述双轴伸电机的第二轴伸通过动力传递装置与所述动力涡轮的动力输出端传动连接；
所述动力涡轮的进气管线与位于所述换热器的热侧进口前的被测压缩机的排气管线连通，所述动力涡轮的排气管线与所述换热器的冷侧进口连通，所述换热器的冷侧出口与环境连通，且所述动力涡轮的进气管线、排气管线上均至少设有回路开关阀。
2.根据上述权利要求所述的气电双驱压缩机实验系统，其特征在于，所述被测压缩机的排气管线上设有退喘放气管线，所述退喘放气管线上至少设有一退喘放气阀，当所述被测压缩机进入喘振状态时，开启退喘放气阀。
3.根据上述权利要求所述的气电双驱压缩机实验系统，其特征在于，所述被测压缩机的排气管线上还设有止回阀。
4.根据上述权利要求所述的气电双驱压缩机实验系统，其特征在于，所述缓冲罐上还设有补气调节管线和放气调节管线，所述补气调节管线上设有补气调节阀，所述放气调节管线上设有放气调节阀，并优选设有消音器。
5.根据上述权利要求所述的气电双驱压缩机实验系统，其特征在于，所述双轴伸电机的第一轴伸上的动力传递装置包括增速齿轮箱，所述增速齿轮箱的动力输入端通过第一联轴器与所述双轴伸电机的第一轴伸传动连接，所述增速齿轮箱的动力输出端通过第二联轴器与所述被测压缩机的动力输入端传动连接。
6.根据上述权利要求所述的气电双驱压缩机实验系统，其特征在于，所述双轴伸电机的第二轴伸上的动力传递装置包括减速齿轮箱，所述减速齿轮箱的动力输入端与所述动力涡轮的动力输出端传动连接，所述减速齿轮箱的动力输出端通过一离合器与所述双轴伸电机的第二轴伸传动连接。
7.根据上述权利要求所述的气电双驱压缩机实验系统，其特征在于，所述动力涡轮的进气管线上还设有止回阀、调压阀以及补气调节管线，所述补气调节管线上至少设有一补气调节阀。
8.根据上述权利要求所述的气电双驱压缩机实验系统，其特征在于，所述实验系统开展中小功率压缩机实验时，关闭所述动力涡轮进气、排气管线上的回路开关阀，切断所述双轴伸电机的第二轴伸与所述动力涡轮之间的动力传递装置，闭合所述双轴伸电机的第一轴伸与所述被测压缩机之间的动力传递装置，利用所述主动力单元为所述被测压缩机提供动力，动力单元所述主动力单元利用其动力传递装置达到被测压缩机所需转速，通过所述闭式循环系统调节被测压缩机的进气压力和温度，实现被测压缩机的实验测试。
9.根据上述权利要求所述的气电双驱压缩机实验系统，其特征在于，所述实验系统开展大功率压缩机实验时，打开所述动力涡轮进气、排气管线上的回路开关阀，闭合所述双轴伸电机的第一轴伸与所述被测压缩机之间、以及所述双轴伸电机的第二轴伸与所述动力涡轮之间的动力传递装置，同时利用所述主动力单元、辅助动力单元为所述被测压缩机提供动力，其中所述主动力单元利用其动力传递装置达到被测压缩机所需转速，通过闭式循环系统调节被测压缩机的进气压力和温度，实现被测压缩机实验测试，辅助动力单元利用被测压缩机的出口压力，实现辅助动力输出。
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Non-Patent Citations (1)
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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