CN114813136A - 一种氢燃机试验循环冷却水供水系统及其运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种氢燃机试验循环冷却水供水系统及其运行方法，包括冷却塔、吸水井、循环水泵、供水管道、集中控制系统、电动调节阀、二次增压泵、回用水箱、回用水泵、回水管道、循环水混合装置、燃烧器试验台进水支管、空气压缩机中间冷却器进水支管、润滑油冷却器进水支管、燃烧器试验台测量段夹套出水支管、燃烧器试验台架出水支管、空气压缩机中间冷却器出水支管、润滑油冷却器出水支管、循环水温度调控管路、水力测功器进水支管和水力测功器出水支管。本发明克服了现有循环水系统无法解决循环水量波动大、不同冷却设备循环水温升差异大、冷却回水水压高低差异大等问题，最终形成一套循环水系统实现氢燃机循环冷却各项功能要求。

Description

一种氢燃机试验循环冷却水供水系统及其运行方法

技术领域

本发明涉及一种氢燃机试验循环冷却水供水系统及其运行方法，主要用于氢燃机及试验台循环冷却水供水。

背景技术

随着国家“2030年碳达峰、2060年碳中和”政策目标提出，我国能源发展将发生深刻变革，大力推进低碳化发电技术创新，是推动我国能源转型和结构调整，助力实现“双碳”目标的重要手段。氢燃机属于航空航天技术与氢能产业相结合的高端装备，代表了该技术领域全球最先进发展方向；该技术是燃气轮机技术低碳的发展趋势，将原有的燃料替换为氢气，解决环保中的碳排放问题，将真正实现零二氧化碳排放。

氢燃机试验台循环水系统，因受试验燃机设备大小，其循环水量波动很大；且流经各系统设备冷却水温升差异大，有些温升仅为5℃，而有些高温升却可达30℃以上；另外，部分系统需要高压力冷却水，但又有部分设备如水力测功，经冷却后，循环水压释放为零等极端不利回水情况，这些特征与常规的冷却水系统存在明显差异，无法采用以前一套循环水泵系统在氢燃机试验台中实现应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计合理的氢燃机试验循环冷却水供水系统及其运行方法，克服了现有循环水系统无法解决循环水量波动大、不同冷却设备循环水温升差异大、冷却回水水压高低差异大等问题，最终形成一套循环水系统实现氢燃机循环冷却各项功能要求。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种氢燃机试验循环冷却水供水系统，包括冷却塔、吸水井、循环水泵、供水管道和集中控制系统；冷却塔的冷却水出口与吸水井的进水口连接；吸水井的出水口与供水管道连接；循环水泵安装在供水管道上；集中控制系统与冷却塔和循环水泵连接；其特征在于：还包括电动调节阀、二次增压泵、回用水箱、回用水泵、回水管道、循环水混合装置、燃烧器试验台进水支管、空气压缩机中间冷却器进水支管、润滑油冷却器进水支管、燃烧器试验台测量段夹套出水支管、燃烧器试验台架出水支管、空气压缩机中间冷却器出水支管、润滑油冷却器出水支管、循环水温度调控管路、水力测功器进水支管和水力测功器出水支管；燃烧器试验台进水支管一端与供水管道连接，另一端用于连接氢燃机试验中的燃烧器试验台测量段夹套的进水口和燃烧器试验台架的进水口；二次增压泵安装在燃烧器试验台进水支管上；空气压缩机中间冷却器进水支管一端与供水管道连接，另一端用于连接氢燃机试验中的空气压缩机中间冷却器的进水口；润滑油冷却器进水支管一端与供水管道连接，另一端用于连接氢燃机试验中的润滑油冷却器的进水口；循环水混合装置包括进水管、母管、出水管和混合机构；混合机构安装在母管内，将母管内分隔成进水腔和混水腔，且进水腔和混水腔通过混合机构连通； 进水管固定在母管上，并与进水腔连通，进水管为多根；出水管固定在母管上，并与混水腔连通； 燃烧器试验台测量段夹套出水支管的一端用于与燃烧器试验台测量段夹套的出水口连接，另一端连接循环水混合装置的一根进水管；燃烧器试验台架出水支管的一端用于与燃烧器试验台架的出水口连接，另一端连接循环水混合装置的一根进水管；空气压缩机中间冷却器出水支管的一端用于与空气压缩机中间冷却器的出水口连接，另一端连接循环水混合装置的一根进水管；润滑油冷却器出水支管的一端用于与润滑油冷却器的出水口连接，另一端连接循环水混合装置的一根进水管；温度调控管路一端连接供水管道，另一端连接循环水混合装置的一根进水管；温度调控管路上安装有电动调节阀和支管流量计； 水力测功器进水支管一端连接供水管道，另一端用于连接氢燃机试验中的水力测功器的进水口；水力测功器出水支管一端连接回用水箱的进水口，另一端用于连接水力测功器的出水口；回用水箱的出水口通过回用支管连接循环水混合装置的一根进水管；回用水泵安装在回用支管上；回水管道一端连接循环水混合装置的出水管，另一端连接冷却塔的进水口；回水管道上安装有总回水管流量计和总回水管温度计；集中控制系统还与电动调节阀、支管流量计、二次增压泵、回用水泵、总回水管流量计和总回水管温度计连接。

本发明在冷却塔的冷却水出口与吸水井的进水口之间安装有格网。

本发明所述的混合机构包括孔板，孔板固定在母管的内壁上，孔板上开设有混水孔，进水腔和混水腔通过混水孔连通。

本发明所述出水管布置在多根进水管的中间。

本发明所述的母管采用圆形管。

本发明所述的母管的管径大于出水管的管径。

本发明所述的出水管为一根。

本发明所述的母管的前后两端封闭。

一种氢燃机试验循环冷却水供水系统的运行方法，其特征在于：包括如下步骤：

（1）燃烧器试验台进水支管连接氢燃机试验中的燃烧器试验台测量段夹套的进水口和燃烧器试验台架的进水口；空气压缩机中间冷却器进水支管连接氢燃机试验中的空气压缩机中间冷却器的进水口；润滑油冷却器进水支管连接氢燃机试验中的润滑油冷却器的进水口；水力测功器进水支管连接氢燃机试验中的水力测功器的进水口；

燃烧器试验台测量段夹套出水支管与燃烧器试验台测量段夹套的出水口连接；燃烧器试验台架出水支管与燃烧器试验台架的出水口连接；空气压缩机中间冷却器出水支管与空气压缩机中间冷却器的出水口连接；润滑油冷却器出水支管与润滑油冷却器的出水口连接；水力测功器出水支管与水力测功器的出水口连接。

（2）集中控制系统分别控制冷却塔、循环水泵、二次增压泵、回用水泵启动，冷却塔流出冷却水进入吸水井，再由循环水泵送入供水管道，由各路进水支管输送至燃烧器试验台测量段夹套、燃烧器试验台架、空气压缩机中间冷却器、润滑油冷却器，冷却这些设备，同时冷却水通过水力测功器进水支管进入水力测功器；

（3）从燃烧器试验台测量段夹套、燃烧器试验台架、空气压缩机中间冷却器、润滑油冷却器流出的循环水通过各路出水支管和进水管进入母管的进水腔中；水力测功器流出的循环水先进入回用水箱，再利用回用水泵通过回用支管和进水管进入母管的进水腔中；

进水腔中的循环水由混水孔进入混水腔，在混水腔各路进水管的循环水进行混合均匀，最后统一汇集至出水管，再通过回水管道送至冷却塔；

（4）运行过程中，通过总回水管流量和总回水管温度计监控循环水温度和流量是否符合冷却塔要求，集中控制系统启动或调节电动调节阀开度，调节温度调控管路中进入混合装置的冷却水流量。

本发明运行过程中，集中控制系统先启动冷却塔和循环水泵后，再启动循环二次增压泵和回用水泵。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：

1、循环水温度调控管路的设置，实现氢试验台循环水量调节功能，避免冷却塔进水超温现象，提高冷却塔出水温度的保证性，同时还克服循环水泵低流量气蚀现象。

2、利用二次增压系统，大大降低循环水泵的扬程，降低系统能耗。

3、通过回用水箱及回用水泵，克服循环水经水力测功后压力释放无法回收的困难，实现冷却水的循环；

4、利用循环水混合装置，平衡各支路回水供水压力和均衡混合各支路回水水温，解决了循环水各回水支管因水压和水温不同汇合成一路上冷却塔，造成系统供水水量波动大、出水水温水压不同的问题；

5、总之，本发明克服了现有循环水系统无法解决循环水量波动大、不同冷却设备循环水温升差异大、冷却回水水压高低差异大等问题，最终形成一套循环水系统实现氢燃机循环冷却各项功能要求。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图。

图2为本发明实施例循环水混合装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

本发明实施例包括冷却塔1、格网2、吸水井3、循环水泵4、供水管道5、电动调节阀6、二次增压泵9、回用水箱10、回用水泵11、循环水混合装置12、回水管道13、集中控制系统16、燃烧器试验台进水支管17、空气压缩机中间冷却器进水支管18、润滑油冷却器进水支管19、燃烧器试验台测量段夹套出水支管20、燃烧器试验台架出水支管21、空气压缩机中间冷却器出水支管22、润滑油冷却器出水支管23、循环水温度调控管路28、水力测功器进水支管30、水力测功器出水支管31。

冷却塔1的冷却水出口与吸水井3的进水口连接；在冷却塔的冷却水出口与吸水井的进水口之间安装有格网2，用于过滤杂物。

吸水井3的出水口与供水管道5连接；循环水泵4安装在供水管道5上，循环水泵4设置三台，2用1备，循环水泵4运行数量可以根据试验时总水量开启，亦可1台水泵运行。

燃烧器试验台进水支管17一端与供水管道5连接，另一端用于连接氢燃机试验中的燃烧器试验台测量段夹套24的进水口和燃烧器试验台架25的进水口。

二次增压泵9安装在燃烧器试验台进水支管17上，向需要高压冷却水设备提供增压循环水。二次增压泵9须在循环水泵3正常运行后，方可开启。二次增压泵9设置两台，1用1备，变频驱动。

空气压缩机中间冷却器进水支管18一端与供水管道5连接，另一端用于连接氢燃机试验中的空气压缩机中间冷却器26的进水口。

润滑油冷却器进水支管19一端与供水管道5连接，另一端用于连接氢燃机试验中的润滑油冷却器27的进水口。

循环水混合装置12包括进水管121、母管122、出水管123和混合机构124。

母管122的前后两端封闭。

混合机构124安装在母管122内，将母管122内分隔成进水腔1221和混水腔1222，且进水腔1221和混水腔1222通过混合机构124连通。混合机构124采用孔板结构，包括孔板1241，孔板1241固定在母管122的内壁上，孔板1241上开设有混水孔1242，进水腔1221和混水腔1222通过混水孔1242连通。

进水管121的出口固定在母管122上，并与进水腔1221连通；进水管121为多根，间隔一定距离依次设置，分别用于进不同压力等级的循环水回水。各根进水管121可以沿着母管122轴向，根据工程实际接口情况旋转布置，单根进水管121或全部进水管121均可与出水管123形成一定角度布置。用于进高水压循环水回水的进水管121布置在用于进低水压循环水回水的进水管121的外侧，利于系统混合均匀。

出水管123为一根，其进口固定在母管122上，并与混水腔1222连通；出水管123可以布置在多根进水管121的中间，也可以布置在进水管121的一侧。出水管123可设置在母管122中间或端头，便于进水混合均匀，且可根据出水管123的布置，沿母管122轴向旋转布置，便于上冷却塔或管道布置，同时出水管123管径应能满足所有进水管121进水量的通量。

本发明可埋地敷设或室外地上布置，母管122宜采用圆形，以减少水阻损失，母管122的管径宜大于出水管123的管径，用于释放均衡进水水压。

燃烧器试验台测量段夹套出水支管20的一端用于与燃烧器试验台测量段夹套24的出水口连接，另一端连接循环水混合装置12的一根进水管121。

燃烧器试验台架出水支管21的一端用于与燃烧器试验台架25的出水口连接，另一端连接循环水混合装置12的一根进水管121。

空气压缩机中间冷却器出水支管22的一端用于与空气压缩机中间冷却器26的出水口连接，另一端连接循环水混合装置12的一根进水管121。

润滑油冷却器出水支管23的一端用于与润滑油冷却器27的出水口连接，另一端连接循环水混合装置12的一根进水管121。

温度调控管路28一端连接供水管道5，另一端连接循环水混合装置12的一根进水管121。温度调控管路28上安装有电动调节阀6、隔离阀7和支管流量计8。电动调节阀6由集中控制系统16控制，支管流量计8流量信号接入至集中控制系统16，监控电动调节阀6开启度。

水力测功器进水支管30一端连接供水管道5，另一端用于连接氢燃机试验中的水力测功器32的进水口。

水力测功器出水支管31一端连接回用水箱10的进水口，另一端用于连接氢燃机试验中的水力测功器32的出水口。

回用水箱10的出水口通过回用支管29连接循环水混合装置12的一根进水管121。回用水泵11安装在回用支管29上，回用水泵11设置两台，1用1备，变频驱动，回收水力测功器32的冷却水，重新输送至冷却塔1冷却，循环利用。

回水管道13一端连接循环水混合装置12的出水管123，另一端连接冷却塔1的进水口。

回水管道13上安装有总回水管流量计14和总回水管温度计15。

集中控制系统16与冷却塔1、循环水泵4、电动调节阀6、支管流量计8、二次增压泵9、回用水泵11、总回水管流量计14、总回水管温度计15连接。

一种氢燃机试验循环冷却水供水系统及其运行方法，包括如下步骤：

（1）燃烧器试验台进水支管17连接氢燃机试验中的燃烧器试验台测量段夹套24的进水口和燃烧器试验台架25的进水口；空气压缩机中间冷却器进水支管18连接氢燃机试验中的空气压缩机中间冷却器26的进水口；润滑油冷却器进水支管19连接氢燃机试验中的润滑油冷却器27的进水口；水力测功器进水支管30连接氢燃机试验中的水力测功器32的进水口；

燃烧器试验台测量段夹套出水支管20与燃烧器试验台测量段夹套的出水口连接；燃烧器试验台架出水支管21与燃烧器试验台架25的出水口连接；空气压缩机中间冷却器出水支管22与空气压缩机中间冷却器26的出水口连接；润滑油冷却器出水支管23与润滑油冷却器27的出水口连接；水力测功器出水支管31与水力测功器32的出水口连接。

（2）集中控制系统16分别控制冷却塔1、循环水泵4、二次增压泵9、回用水泵11启动，冷却塔1流出冷却水进入吸水井3，再由循环水泵4送入供水管道5，由各路进水支管输送至燃烧器试验台测量段夹套24、燃烧器试验台架25、空气压缩机中间冷却器26、润滑油冷却器27，冷却这些设备，同时通过水力测功器进水支管30进入水力测功器32。

（3）从燃烧器试验台测量段夹套24、燃烧器试验台架25、空气压缩机中间冷却器26、润滑油冷却器27流出的循环水通过各路出水支管和进水管121进入母管122的进水腔1221中，压力得以释放；水力测功器32流出的循环水先进入回用水箱10，再利用回用水泵11通过回用支管29和进水管121进入母管122的进水腔1221中，压力得以释放；回用水箱10和回用水泵11的设置，有效地解决氢燃机试验水力测功运行，循环水压力释放后，无法回收困难的问题，达到了节水目的。

进水腔1221中的循环水由混水孔1242进入混水腔1222，各路进水管121上的进水进行混合均匀，最后统一汇集至出水管123，再通过回水管道13送至冷却塔1，高压的回水在混合装置12内压力得以释放，高温的回水与低温回水在混合装置12内混合均匀，实现压力均衡和水温混合，减少了高压回水对低压回水的影响，实现进塔水温均匀。

（4）运行过程中，通过总回水管流量14和总回水管温度计15监控回水温度和流量是否符合冷却塔1要求，并与集中控制系统16通信连接，集中控制系统16启动或调节电动调节阀6开度，调节温度调控管路28中进入混合装置12的循环水流量，补充低温循环水，达到调节循环水水温的作用，降低回水超温现象；同时，调节水量，消除循环水泵4低流量气蚀现象，实现调节试验流量和泵的低流量保护作用。

（5）运行过程中，集中控制系统16按照设定要求，优先启动冷却塔1、循环水泵4后，再启动循环二次增压泵9和回用水泵11，避免水泵空转烧坏。

（6）运行过程中，集集中控制系统16可根据试验设备要求，调节循环二次增压泵9和回用水泵1变频泵设定，实现最佳循环冷却水的供水量。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明。凡依据本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。

Claims (10)

1.一种氢燃机试验循环冷却水供水系统，包括冷却塔、吸水井、循环水泵、供水管道和集中控制系统；冷却塔的冷却水出口与吸水井的进水口连接；吸水井的出水口与供水管道连接；循环水泵安装在供水管道上；集中控制系统与冷却塔和循环水泵连接；其特征在于：还包括电动调节阀、二次增压泵、回用水箱、回用水泵、回水管道、循环水混合装置、燃烧器试验台进水支管、空气压缩机中间冷却器进水支管、润滑油冷却器进水支管、燃烧器试验台测量段夹套出水支管、燃烧器试验台架出水支管、空气压缩机中间冷却器出水支管、润滑油冷却器出水支管、循环水温度调控管路、水力测功器进水支管和水力测功器出水支管；燃烧器试验台进水支管一端与供水管道连接，另一端用于连接氢燃机试验中的燃烧器试验台测量段夹套的进水口和燃烧器试验台架的进水口；二次增压泵安装在燃烧器试验台进水支管上；空气压缩机中间冷却器进水支管一端与供水管道连接，另一端用于连接氢燃机试验中的空气压缩机中间冷却器的进水口；润滑油冷却器进水支管一端与供水管道连接，另一端用于连接氢燃机试验中的润滑油冷却器的进水口；循环水混合装置包括进水管、母管、出水管和混合机构；混合机构安装在母管内，将母管内分隔成进水腔和混水腔，且进水腔和混水腔通过混合机构连通； 进水管固定在母管上，并与进水腔连通，进水管为多根；出水管固定在母管上，并与混水腔连通； 燃烧器试验台测量段夹套出水支管的一端用于与燃烧器试验台测量段夹套的出水口连接，另一端连接循环水混合装置的一根进水管；燃烧器试验台架出水支管的一端用于与燃烧器试验台架的出水口连接，另一端连接循环水混合装置的一根进水管；空气压缩机中间冷却器出水支管的一端用于与空气压缩机中间冷却器的出水口连接，另一端连接循环水混合装置的一根进水管；润滑油冷却器出水支管的一端用于与润滑油冷却器的出水口连接，另一端连接循环水混合装置的一根进水管；温度调控管路一端连接供水管道，另一端连接循环水混合装置的一根进水管；温度调控管路上安装有电动调节阀和支管流量计； 水力测功器进水支管一端连接供水管道，另一端用于连接氢燃机试验中的水力测功器的进水口；水力测功器出水支管一端连接回用水箱的进水口，另一端用于连接水力测功器的出水口；回用水箱的出水口通过回用支管连接循环水混合装置的一根进水管；回用水泵安装在回用支管上；回水管道一端连接循环水混合装置的出水管，另一端连接冷却塔的进水口；回水管道上安装有总回水管流量计和总回水管温度计；集中控制系统还与电动调节阀、支管流量计、二次增压泵、回用水泵、总回水管流量计和总回水管温度计连接。

2.根据权利要求1所述的氢燃机试验循环冷却水供水系统，其特征在于：在冷却塔的冷却水出口与吸水井的进水口之间安装有格网。

3.根据权利要求1所述的氢燃机试验循环冷却水供水系统，其特征在于：所述的混合机构包括孔板，孔板固定在母管的内壁上，孔板上开设有混水孔，进水腔和混水腔通过混水孔连通。

4.根据权利要求1所述的氢燃机试验循环冷却水供水系统，其特征在于：所述出水管布置在多根进水管的中间。

5.根据权利要求1所述的氢燃机试验循环冷却水供水系统，其特征在于：所述的母管采用圆形管。

6.根据权利要求1所述的氢燃机试验循环冷却水供水系统，其特征在于：所述的母管的管径大于出水管的管径。

7.根据权利要求1所述的氢燃机试验循环冷却水供水系统，其特征在于：所述的出水管为一根。

8.根据权利要求1所述的氢燃机试验循环冷却水供水系统，其特征在于：所述的母管的前后两端封闭。

9.一种权利要求1-8任一权利要求所述的氢燃机试验循环冷却水供水系统的运行方法，其特征在于：包括如下步骤：

（1）燃烧器试验台进水支管连接氢燃机试验中的燃烧器试验台测量段夹套的进水口和燃烧器试验台架的进水口；空气压缩机中间冷却器进水支管连接氢燃机试验中的空气压缩机中间冷却器的进水口；润滑油冷却器进水支管连接氢燃机试验中的润滑油冷却器的进水口；水力测功器进水支管连接氢燃机试验中的水力测功器的进水口；

燃烧器试验台测量段夹套出水支管与燃烧器试验台测量段夹套的出水口连接；燃烧器试验台架出水支管与燃烧器试验台架的出水口连接；空气压缩机中间冷却器出水支管与空气压缩机中间冷却器的出水口连接；润滑油冷却器出水支管与润滑油冷却器的出水口连接；水力测功器出水支管与水力测功器的出水口连接；

（2）集中控制系统分别控制冷却塔、循环水泵、二次增压泵、回用水泵启动，冷却塔流出冷却水进入吸水井，再由循环水泵送入供水管道，由各路进水支管输送至燃烧器试验台测量段夹套、燃烧器试验台架、空气压缩机中间冷却器、润滑油冷却器，冷却这些设备，同时冷却水通过水力测功器进水支管进入水力测功器；

（3）从燃烧器试验台测量段夹套、燃烧器试验台架、空气压缩机中间冷却器、润滑油冷却器流出的循环水通过各路出水支管和进水管进入母管的进水腔中；水力测功器流出的循环水先进入回用水箱，再利用回用水泵通过回用支管和进水管进入母管的进水腔中；

进水腔中的循环水由混水孔进入混水腔，在混水腔各路进水管的循环水进行混合均匀，最后统一汇集至出水管，再通过回水管道送至冷却塔；

（4）运行过程中，通过总回水管流量和总回水管温度计监控循环水温度和流量是否符合冷却塔要求，集中控制系统启动或调节电动调节阀开度，调节温度调控管路中进入混合装置的冷却水流量。

10.根据权利要求1所述的氢燃机试验循环冷却水供水系统的运行方法，其特征在于：运行过程中，集中控制系统先启动冷却塔和循环水泵后，再启动循环二次增压泵和回用水泵。

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