CN116241430A - 基于热自平衡的水工质压缩机测试系统及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种基于热自平衡的水工质压缩机测试系统，其包括储水循环系统、闪蒸供汽系统、蒸汽冷凝测量系统、回水加热系统、冷却降温系统以及任选的补水预热系统。本申请还涉及的如上所述的基于热自平衡的水工质压缩机测试系统的工作方法。本申请通过系统内部自身的热平衡，实现了蒸汽发生端和蒸汽冷凝端热量的合理匹配，通过自身的热平衡尽可能的减少了系统中的能量消耗，使整个测试过程处于最低能耗状态。此外，本申请中被测水蒸气压缩机的排气流量可通过直接测定处于单相的过热状态的水蒸气流量、通过热平衡计算水蒸气流量、以及通过一段时间内累积的水蒸气冷凝之后形成的冷凝液计算水蒸气流量三种方法来准确确定，并可相互校核。

Description

基于热自平衡的水工质压缩机测试系统及其工作方法

技术领域

本申请属于水蒸气压缩和节能环保技术领域，具体涉及一种基于热自平衡的水工质压缩机测试系统及该基于热自平衡的水工质压缩机测试系统的工作方法。

背景技术

目前并没有专门针对水蒸气压缩机的测试系统，现有的水蒸气压缩机的测试都是通过先测量空气，通过压缩空气进行压缩机性能的初步测试，然后直接将水蒸气压缩机在所需系统中使用，在使用的过程中测试水蒸气压缩机性能。

此外，一般情况下，热泵系统压缩机的测试都是需要搭建专门的热泵系统来进行，这个时候热泵系统的冷凝器和蒸发器处于不同的状态，很少进行热量的回收，都是直接通过电加热来实现蒸发器所需要的热量，通过散热冷却来保证冷凝器的散热，导致系统能耗增加。

尤其是目前诸多的水蒸气压缩机都会通过往压缩腔内喷液方法来降低水蒸气压缩机的排气温度，提高水蒸气压缩机性能，但是这样更是增加了水蒸气压缩机排气带液的可能性，而因为气体带液是属于气液混合物，一般流量计很难准确测量其流量，这也就增加了水蒸气压缩机排气流量测试的难度。

为此，本领域持续需要开发一种更加节能并且能够准确测量排气流量的水工质压缩机测试系统。

发明内容

本申请之目的在于提供一种基于热自平衡的水工质压缩机测试系统，从而克服上述现有技术中的不足。本申请通过系统内部自身的热平衡，实现了蒸汽发生端和蒸汽冷凝端热量的合理匹配，通过自身的热平衡尽可能的减少了系统中的能量消耗，使整个测试过程处于最低能耗状态。此外，本申请中被测水蒸气压缩机的排气流量可通过直接测定处于单相的过热状态的水蒸气流量、通过热平衡计算水蒸气流量、以及通过一段时间内累积的水蒸气冷凝之后形成的冷凝液计算水蒸气流量三种方法来确定，并可相互校核。

本申请之目的还在于提供如上所述的基于热自平衡的水工质压缩机测试系统的工作方法。

为了解决上述技术问题，本申请提供下述技术方案。

在第一方面中，本申请提供一种基于热自平衡的水工质压缩机测试系统，其包括储水循环系统、闪蒸供汽系统、蒸汽冷凝测量系统、回水加热系统、冷却降温系统。所述储水循环系统包括储热水箱以及设置在储热水箱内的第一加热装置，所述第一加热装置用于加热所述储热水箱中的水工质。所述闪蒸供汽系统包括所述储热水箱、喷水泵、闪蒸阀、喷水管和闪蒸罐，其中所述喷水管设置在所述闪蒸罐内，所述储热水箱与所述闪蒸阀和喷水管连通，用于向所述闪蒸罐中供应水工质，所述喷水泵用于为闪蒸供汽系统中水工质的流动提供动力。所述蒸汽冷凝测量系统包括所述闪蒸罐、被测水蒸气压缩机、第二加热装置、水蒸气冷凝换热器、第一可视管以及冷凝液计量水箱，其中所述闪蒸罐与被测水蒸气压缩机连通，用于向所述被测水蒸气压缩机输送待压缩的水蒸气，所述被测水蒸气压缩机与水蒸气冷凝换热器连通，所述水蒸气冷凝换热器与第一可视管连通，第一可视管与所述冷凝液计量水箱连通，其中所述第二加热装置设置在所述被测水蒸气压缩机与水蒸气冷凝换热器连通之间的管路上，用于加热流经该第二加热装置的水蒸气以确保水蒸气处于单相的过热状态，所述水蒸气冷凝换热器用于将流经该水蒸气冷凝换热器的水蒸气冷凝为液态水，第一可视管用于观察经过所述水蒸气冷凝换热器冷凝之后的液态水是否还包括气态水，所述冷凝液计量水箱用于收集冷凝之后的液态水，并对收集的液态水进行定量。所述回水加热系统包括所述闪蒸罐、所述水蒸气冷凝换热器、所述储热水箱和闪蒸回水泵，所述闪蒸罐、所述水蒸气冷凝换热器和所述储热水箱依次连通，用于将所述闪蒸罐中的饱和水输送至所述储热水箱，所述闪蒸回水泵用于为回水加热系统中水工质的流动提供动力。所述冷却降温系统包括所述储热水箱、冷却循环泵和冷却散热器，其中所述冷却散热器与所述储热水箱连通，用于冷却所述储热水箱中的水工质，所述冷却循环泵用于为冷却降温系统中水工质的循环流体提供动力。在一种具体实施方式中，第一加热装置可为电加热器14.第二加热装置可为电磁加热器65。

在第一方面的一种实施方式中，所述蒸汽冷凝测量系统还包括过冷热回收器和第二可视管，所述过冷热回收器一端与所述第一可视管连通，另一端与所述第二可视管连通，所述第二可视管的另一端与所述冷凝液计量水箱连通，所述过冷热回收器用于对从所述水蒸气冷凝换热器流出的冷凝液进行冷却，使其完全冷凝，不存在气态水，所述第二可视管用于观察经过所述过冷热回收器冷凝之后的液态水是否还包括气态水。

在第一方面的一种实施方式中，所述基于热自平衡的水工质压缩机测试系统还包括补水预热系统，所述补水预热系统包括预热补水管、所述过冷热回收器、预热水泵以及所述储热水箱，其中所述预热补水管与所述过冷热回收器连通，所述过冷热回收器与所述储热水箱连通，其中，外部水通过所述预热补水管引入所述补水预热系统，所述预热水泵用于为所述补水预热系统内水工质的流动提供动力。

在第一方面的一种实施方式中，所述补水预热系统还包括预热旁通管，所述预热旁通管一端与所述预热补水管连通，另一端与所述储热水箱连通。

在第一方面的一种实施方式中，所述回水加热系统还包括闪蒸第二回水旁通管，所述闪蒸第二回水旁通管一端与所述水蒸气冷凝换热器连通，另一端与所述冷却散热器连通。

在第一方面的一种实施方式中，所述冷凝液计量水箱与计量水箱排气管连通，用于排出所述冷凝液计量水箱中的空气。

在第一方面的一种实施方式中，所述冷凝液计量水箱内设有液体容量计量器，用于测定所述冷凝液计量水箱内的冷凝液体积。

在第一方面的一种实施方式中，所述冷凝液计量水箱与计量水箱排液管连通，用于排出所述冷凝液计量水箱中的冷凝液。

在第二方面中，本申请提供一种如第一方面所述的基于热自平衡的水工质压缩机测试系统的工作方法，其特征在于，所述工作方法包括以下步骤：

S1：使所述储水循环系统开始工作，启动第一加热装置，向所述闪蒸供汽系统供应经过加热的水工质；

S2：使所述闪蒸供汽系统和所述蒸汽冷凝测量系统开始工作，向所述蒸汽冷凝测量系统的被测水蒸气压缩机供应水蒸气，启动第二加热装置，确保经被测水蒸气压缩机压缩之后的水蒸气处于单相的过热状态；

S3：在基于热自平衡的水工质压缩机测试系统运行第一预定时间段之后，关闭第一加热装置，使所述回水加热系统开始工作，利用经被测水蒸气压缩机压缩之后的水蒸气冷凝的热量来加热所述储热水箱中的水工质；

其中，在基于热自平衡的水工质压缩机测试系统运行第二预定时间段之后，使所述冷却降温系统开始工作，用于及时地抵消被测水蒸气压缩机因为额外消耗外部电量在系统内部产生的热量。

在第三方面中，本申请提供一种对水蒸气压缩机进行测试的方法，所述方法使用如第一方面所述的基于热自平衡的水工质压缩机测试系统；

其中，通过能相互校核的以下三种方式来测定被测水蒸气压缩机的排气流量：

第一种方式：测定经第二加热装置加热之后处于单相的过热状态的水蒸气流量；

第二种方式：通过热平衡进行流量的测量，包括：测量水蒸气冷凝换热器液态水侧的水流量，以及进出口的温度，求得液态水的吸热量；根据热平衡也就等于水蒸气的放热量，然后根据水蒸气进出水蒸气冷凝换热器的状态，得到水蒸气进出水蒸气冷凝换热器的焓值，即可求得水蒸气的质量流量；然后根据进气口的状态，确定进气密度，计算得到水蒸气流量；

第三种方式：通过最后冷凝液的体积和质量测量，包括：测定在冷凝液计量水箱中一段时间内积累的冷凝液的质量，得到相应的流量，再结合相应状态点的密度就可以，计算得到水蒸气流量。

与现有技术相比，本发明具有以下积极效果：

1、本申请方案是专门针对水蒸气压缩机的测试系统方案，直接将水蒸气压缩机应用在以水蒸气为工质的测试系统中，满足了水蒸气压缩机测试的实际需要；

2、本方案可以通过调节储热水箱中热水的温度和状态，满足不同工况下的水蒸气压缩机的测试需求，可以在大范围使用工况范围中测试水蒸气压缩机性能，是一个可以多工况使用的测试系统；

3、本测试系统通过系统内部自身的热平衡，实现了蒸汽发生端和蒸汽冷凝端热量的合理匹配，通过自身的热平衡尽可能的减少了系统中的能量消耗，使整个测试过程处于最低能耗状态；

4、在系统初步实现运行后，就可以关闭电加热器14，不需要额外的电加热进行系统内部热量的提供；

5、本系统充分的利用了水蒸气压缩机耗电量带来的热量增加，减少了系统中的能量损耗，使整个测试过程处于最低能耗状态；

6、在本测试系统中，针对压缩机排气流量的测量是多方位的，具有三种不同的测量方式，可以相互检验，保证压缩机排气流量的准确性。

针对第6点有益效果，具体描述如下。首先第一种流量测量过程中，通过电磁加热器65保证水蒸气处于单相的过热状态，这样在流过流量计时，保证了通过流量计所测水蒸气流量的精准。第二种通过热平衡进行流量的测量，相比于气态水蒸气，液态水的流量是可以稳定测量的，通过测量水蒸气冷凝换热器54液态水侧的水流量，以及进出口的温度，求得液态水的吸热量，根据热平衡也就等于水蒸气的放热量，然后根据水蒸气进出水蒸气冷凝换热器54的状态，得到水蒸气进出水蒸气冷凝换热器54的焓值，即可求得水蒸气的质量流量，然后根据进气口的状态，确定进气密度，就可以计算水蒸气流量，并和第一种方法测量的流量进行对比核算。第三种方法是通过最后冷凝液的体积和质量测量，在冷凝液计量水箱77中一段时间内积累的冷凝液的质量，可以通过液体容量计量器78测量出来，也可以通过第四电磁阀81和计量水箱排液管82连接外部设备测量，得到相应的流量，再结合相应状态点的密度就可以计算水蒸气流量，并和方法一/方法二计算的水蒸气流量互相校核。通过这三种方法的使用，有效地解决了水蒸气压缩机排气流量测不准的难题。

附图说明

图1显示根据本申请的一种实施方式的基于热自平衡的水工质压缩机测试系统的示意图。

在附图中，各附图标记含义如下：

11、水箱补水管，12、第一截止阀，13、储热水箱，14、电加热器，15、第二截止阀，16、水箱排水管；

21、第三截止阀，22、冷却循环泵，23、冷却进水管，24、冷却散热器，25、冷却出水管，26、第一电磁阀；

31、第四截止阀，32、喷水泵，33、第二电磁阀，34、喷水管，35、第一单向阀，36、第一闪蒸阀，37、闪蒸喷水管，38、闪蒸罐，39、第五截止阀，40、闪蒸罐排水管；

51、第六截止阀，52、闪蒸回水泵，53、闪蒸第一回水管，54、水蒸气冷凝换热器，55、闪蒸第二回水管，56、第三电磁阀，57、第七截止阀，58、闪蒸第二回水旁通管；

61、蒸汽进气管，62、被测水蒸气压缩机，63、蒸汽排气管，64、第二单向阀，65、电磁加热器，66、蒸汽冷凝管，67、蒸汽冷凝出水管，68、第一可视管，69、冷凝过冷管；

70、第八截止阀，71、过冷热回收器，72、第九截止阀，73、冷凝过冷旁通管，74、过冷出液管，75、第二可视管，76、过冷回液管，77、冷凝液计量水箱，78、液体容量计量器，79、第十截止阀；

80、计量水箱排气管，81、第四电磁阀，82、计量水箱排液管；

91、第五电磁阀，92、第六电磁阀，93、预热补水管，94、预热回水管，95、预热水泵，96、第十一截止阀，97、第十二截止阀，98、预热旁通管，99、第三单向阀；

100、预热进水管，以及，101、第六电磁阀。

具体实施方式

除非另作定义，在本说明书和权利要求书中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是相连，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将结合附图和本申请的实施例，对本申请的技术方案进行清楚和完整的描述。

在一种具体实施方式中，本申请提供一种基于热自平衡的水工质压缩机测试系统，所述基于热自平衡的水工质压缩机测试系统主要包括储水循环系统、冷却降温系统、闪蒸供汽系统、回水加热系统、蒸汽冷凝测量系统和任选的补水预热系统。储水循环系统和冷却降温系统通过储热水箱13相连，储水循环系统和闪蒸供汽系统通过储热水箱13相连，储水循环系统和回水加热系统通过储热水箱13相连，储水循环系统和补水预热系统通过储热水箱13相连。闪蒸供汽系统和回水加热系统通过闪蒸罐38相连，回水加热系统和蒸汽冷凝测量系统通过水蒸气冷凝换热器54相连，蒸汽冷凝测量系统和补水预热系统通过过冷热回收器71和冷凝液计量水箱77相连。

参考图1，在一种具体实施方式中，储水循环系统可用于向闪蒸供汽系统供应经过加热的水工质。储水循环系统可包括水箱补水管11、第一截止阀12、储热水箱13、电加热器14、第二截止阀15和水箱排水管16。水箱补水管11与储热水箱13连通，可设置在储热水箱13上部，外部水可通过水箱补水管11加入储热水箱13。电加热器14设置在储热水箱13中，用于加热储热水箱13中的水工质。在一种优选的实施方式中，水箱排水管16与储热水箱13连通，可设置在储热水箱13底部，用于排出储热水箱13中的水工质。在一种实施方式中，水箱补水管11上可设有第一截止阀12，用于控制水流的通断。水箱排水管16上可设有第二截止阀15，用于控制水流的通断。

在一种具体实施方式中，冷却降温系统可用于对储热水箱13中的水工质进行降温。冷却降温系统可包括储热水箱13、第三截止阀21、冷却循环泵22、冷却进水管23、冷却散热器24、冷却出水管25以及第一电磁阀26。储热水箱13、第三截止阀21、冷却循环泵22、冷却进水管23、冷却散热器24、冷却出水管25以及第一电磁阀26可依次连接，形成流体流动回路。

在一种具体实施方式中，闪蒸供汽系统用于向被测水蒸气压缩机62供应待压缩的水蒸气。闪蒸供汽系统可包括储热水箱13、第四截止阀31、喷水泵32、第二电磁阀33、喷水管34、第一单向阀35、第一闪蒸阀36、闪蒸喷水管37、闪蒸罐38、第五截止阀39以及闪蒸罐排水管40。储热水箱13与第四截止阀31连通，第四截止阀31与喷水泵32连通，喷水泵32通过喷水管34与设置在闪蒸罐38内的闪蒸喷水管37连通。喷水管34上可设置有第二电磁阀33、第一单向阀35和第一闪蒸阀36。

在一种具体实施方式中，回水加热系统可利用闪蒸罐38中的高温饱和水来加热储热水箱13中的水工质，或者将闪蒸罐38中的高温饱和水输送至冷却降温系统进行降温。回水加热系统可包括储热水箱13、闪蒸罐38、第六截止阀51、闪蒸回水泵52、闪蒸第一回水管53、水蒸气冷凝换热器54、闪蒸第二回水管55、第三电磁阀56、第七截止阀57、以及闪蒸第二回水旁通管58。闪蒸罐38与闪蒸回水泵52连通，它们之间的管路上设有第六截止阀51。闪蒸回水泵52通过闪蒸第一回水管53与水蒸气冷凝换热器54连通。水蒸气冷凝换热器54则可通过闪蒸第二回水管55与储热水箱13连通，或者通过闪蒸第二回水旁通管58与冷却循环泵22连通。闪蒸第二回水管55上可设有第三电磁阀56。闪蒸第二回水旁通管58上可设有第七截止阀57，防止冷却降温系统中的水工质倒流进入回水加热系统。

在一种具体实施方式中，蒸汽冷凝测量系统可用于测量冷凝的水蒸气的量。蒸汽冷凝测量系统可包括闪蒸罐38、水蒸气冷凝换热器54、蒸汽进气管61、被测水蒸气压缩机62、蒸汽排气管63、第二单向阀64、电磁加热器65、蒸汽冷凝管66、蒸汽冷凝出水管67、第一可视管68、冷凝过冷管69、第八截止阀70、过冷热回收器71、第九截止阀72、冷凝过冷旁通管73、过冷出液管74、第二可视管75、过冷回液管76、冷凝液计量水箱77、液体容量计量器78、第十截止阀79、计量水箱排气管80、第四电磁阀81以及计量水箱排液管82。闪蒸罐38通过蒸汽进气管61与被测水蒸气压缩机62连通，被测水蒸气压缩机62通过蒸汽排气管63与电磁加热器65连通，且蒸汽排气管63上可设有第二单向阀64。电磁加热器65用于加热流经该电磁加热器65的水蒸气，保证被测水蒸气压缩机62排出的水蒸气中可能带有的液态水全部气化，并使其处于过热状态。电磁加热器65通过蒸汽冷凝管66与水蒸气冷凝换热器54连通，水蒸气冷凝换热器54通过蒸汽冷凝出水管67与第一可视管68连通，第一可视管68通过冷凝过冷管69与过冷热回收器71连通。冷凝过冷管69上可设有第八截止阀70。过冷热回收器71可通过过冷出液管74与第二可视管75连通，第二可视管75通过过冷回液管76与冷凝液计量水箱77连通。冷凝液计量水箱77内可设有液体容量计量器78，用于测定冷凝液计量水箱77中冷凝液体的体积。此外，冷凝液计量水箱77还可与计量水箱排气管80连通，用于排出冷凝液计量水箱77中的气态水。计量水箱排气管80上可设有第十截止阀79。作为一种替代实施方式，冷凝液计量水箱77还可与计量水箱排液管82连通，用于排出冷凝液计量水箱77中的冷凝水，以方便准确测量其体积。计量水箱排液管82上可设有第四电磁阀81。在另一种实施方式中，蒸汽冷凝测量系统还可包括冷凝过冷旁通管73，该冷凝过冷旁通管73一端与冷凝过冷管69连通，另一端与过冷出液管74连通。冷凝过冷旁通管73上可设有第九截止阀72。在水蒸气冷凝换热器54换热量充足，能够通过第一可视管68观察到并保证被测水蒸气压缩机62排出的水蒸气完全处于液态时，第九截止阀72开启，第八截止阀70关闭，完全冷凝的液体经过冷凝过冷旁通管73直接流入冷凝液计量水箱77中，不需要二次冷却，因此此时排出的水蒸气处于完全冷凝状态，满足第三种方法的测量要求，完全冷凝的液体不流经过冷热回收器71，也就是不对补水预热系统中补充水进行初步加热，减少了系统中热量的回收，也就减少了后续冷却降温系统中冷却散热器24的散热功耗。

在一种具体实施方式中，本文所述的基于热自平衡的水工质压缩机测试系统还可包括补水预热系统，用于利用蒸汽冷凝测量系统中经过被测水蒸气压缩机62压缩之后的热量来对加入储热水箱13的外部补充水进行预热。补水预热系统可包括过储热水箱13、冷热回收器71、冷凝液计量水箱77、第五电磁阀91、第六电磁阀92、预热补水管93、预热回水管94、预热水泵95、第十一截止阀96、第十二截止阀97、预热旁通管98、第三单向阀99、预热进水管100以及第六电磁阀101。冷凝液计量水箱77通过预热回水管94与预热水泵95连通，预热水泵95与过冷热回收器71连通，过冷热回收器71通过预热进水管100与储热水箱13连通。预热补水管93与预热回水管94连通，外部补充水可通过预热补水管93流入补水预热系统。预热补水管93上可设有第六电磁阀92。预热回水管94上可设有第五电磁阀91。预热水泵95与过冷热回收器71连通的管路上可设有第十一截止阀96。预热进水管100上可设有第三单向阀99以及第六电磁阀101。在另一种实施方式中，补水预热系统还可包括预热旁通管98，预热旁通管98一端与预热水泵95的出口管路连通，另一端与预热进水管100连通。预热旁通管98还可设有第十二截止阀97。冷凝过冷旁通管73工作的时候，预热旁通管98也工作，也就是不对补水预热系统中补充水进行初步加热，减少了系统中热量的回收，这样也就减少了后续冷却降温系统中冷却散热器24的散热功耗。

此外，在本文所述的基于热自平衡的水工质压缩机测试系统中各主要设备的进出口安装有温度和压力传感器，以及主要管路上安装有流量计。这是本领域技术人员可以根据实际情况确定的，在此不再赘述。

接下来，将详细描述本文所述的基于热自平衡的水工质压缩机测试系统的工作方法。

系统正常工作时，储水循环系统首先工作，外部补充水通过水箱补水管11流经第一截止阀12，流入储热水箱13中储存起来。然后电加热器14首先工作，加热储热水箱13中储存的水工质。在储热水箱13中储存的水工质的温度达到测试工况要求后，闪蒸供汽系统工作，打开第四截止阀31和第二电磁阀33，喷水泵32开始工作，一定温度的高温热水通过喷水管34流经第一单向阀35和第一闪蒸阀36，流入闪蒸罐38中的闪蒸喷水管37，在闪蒸罐38里降压闪蒸出一定温度和压力的蒸汽以及相应的饱和水。接着，闪蒸供汽系统和回水加热系统工作，闪蒸供汽系统工作时，闪蒸罐38内的蒸汽被被测水蒸气压缩机62吸入压缩，产生的高温高压蒸汽通过蒸汽排气管63流经第二单向阀64，流入电磁加热器65。在电磁加热器65内，高温高压蒸汽被进一步的加热，使得排出的水蒸气的温度出现过热状态，方便进行蒸汽体积流量的测量以及核验。水蒸气被进一步加热后通过蒸汽冷凝管66流入水蒸气冷凝换热器54中，在水蒸气冷凝换热器54中冷凝放热后形成冷凝液，冷凝液通过蒸汽冷凝出水管67流入第一可视管68中。在第一可视管68中可以观察到水蒸气是否完全冷凝成为液态水工质，如果冷凝液中还存在气态水工质，则关闭第九截止阀72，打开第八截止阀70，冷凝液则通过冷凝过冷管69流经第八截止阀70，流入过冷热回收器71中，在过冷热回收器71中进一步的放热被冷却，实现完全的冷凝，最终完全液态的水工质通过过冷出液管74流入第二可视管75进一步观察确认冷凝液状态后通过过冷回液管76流入冷凝液计量水箱77中。如果冷凝液中不存在气态水工质，则关闭第八截止阀70，打开第九截止阀72，冷凝液则通过冷凝过冷管69、冷凝过冷旁通管73和过冷出液管74流经第九截止阀72，流入第二可视管75进一步观察确认冷凝液状态后通过过冷回液管76流入冷凝液计量水箱77中，冷凝液在冷凝液计量水箱77中收集并通过液体容量计量器78测量冷凝液的量。最终通过冷凝液的量来测算被测水蒸气压缩机62排气的质量流量。

回水加热系统工作时，启动闪蒸回水泵52，闪蒸罐38中闪蒸后的低温饱和水通过闪蒸第一回水管53流经第六截止阀51，流入水蒸气冷凝换热器54中，在水蒸气冷凝换热器54中被加热升温后通过闪蒸第二回水管55流经第三电磁阀56被送回储热水箱13中。在系统运行稳定后，如果闪蒸第二回水管55出口温度过高，系统中整体热量增加，可以关闭第三电磁阀56，打开第七截止阀57，使得水蒸气冷凝换热器54出口的水工质通过闪蒸第二回水管55和闪蒸第二回水旁通管58被送入冷却降温系统中，进行冷却散热降温。

最后冷却降温系统工作，冷却循环泵22开始工作，储热水箱13中的水工质通过冷却进水管23流经第三截止阀21，流入冷却散热器24中，在冷却散热器24中被冷却降温，热量被排放到系统外部。冷却后的水工质通过冷却出水管25流经第一电磁阀26，回流到储热水箱13中，形成一个循环。同时第十截止阀79和计量水箱排气管80具有降低冷凝液计量水箱77内压力，保证系统稳定运行的作用。第四电磁阀81和计量水箱排液管82具有排出冷凝液计量水箱77内水工质，进行外部测量冷凝液计量水箱77内水工质质量的作用。在系统开始运行后，关闭电加热器14，通过系统内部热量实现自身的热平衡，保证系统的持续稳定运行，除了被测水蒸气压缩机62和一些辅助设备外，不需要大型能耗设备。

在系统实际运行的过程中电加热器14仅提供系统启动阶段的热量需求，在系统启动后，电加热器14即可关闭。此时被测水蒸气压缩机62压缩水蒸气产生的高温高压蒸汽通过水蒸气冷凝换热器54将热量传递给来自闪蒸罐38的水工质，来自闪蒸罐38的水工质被加热后回流到储热水箱13中，实现了系统内部热量的回收与利用。同时因为被测水蒸气压缩机62是耗能设备，会在系统中产生一定的热量，如果不及时的进行散热，使得整个系统的温度升高，从而导致储热水箱13中的水工质温度不断上升，因此为了实现系统自身的热平衡，还需要通过冷却降温系统中的冷却散热器24进行一定热量的散热，及时的抵消被测水蒸气压缩机62因为额外消耗外部电量在系统内部产生的热量。最终通过水蒸气冷凝换热器54和冷却散热器24的使用，以及整体系统的设计实现系统自身热量的平衡。过冷热回收器71以及其相关旁路系统等，是保证系统实现排气流量测量以及辅助热平衡的设备。

接下来，将详细描述利用本文所述的基于热自平衡的水工质压缩机测试系统对被测水蒸气压缩机62进行测试的方法。

首先在系统稳定运行后，通过在测试系统中布置的各个温度、压力以及流量传感器，测试每个设备进出口处的温度、压力、流量等数据值，稳定测试一段时间后，读取相应的数据情况，然后分析所得到的相关测试数据，针对一些异常数据进行分析，如果是数据测量异常，那么将异常数据剔除，保留真实可靠的数据，否则重新测量得到新的稳定数据。

然后根据所得数据进行分析：

首先判断通过电磁加热器65后的水蒸气处于单相的过热状态，这样电磁加热器65后的流量计测得的就是准确的单相气态水蒸气的体积流量。

然后分析水蒸气冷凝换热器54液态水侧的水流量，以及进出口的温度，求得液态水的吸热量，根据热平衡液态水的吸热也就等于水蒸气的放热量，再根据水蒸气进出水蒸气冷凝换热器54的状态，得到水蒸气进出水蒸气冷凝换热器54的焓值，因为水蒸气进水蒸气冷凝换热器54是处于单相的过热状态，而出水蒸气冷凝换热器54是处于单相液态水的过冷状态，这样水蒸气进出水蒸气冷凝换热器54都是单相，其焓值可以根据测得的温度和压力来查找水工质的热物性参数表准确确定，有了准确的进出口焓值即可求得水蒸气流过水蒸气冷凝换热器54的质量流量，然后根据进气口的状态，确定进气密度，就可以计算水蒸气流量，并和第一种方法测量的流量进行对比核算。

最后在该稳定测试时间段内，根据液体容量计量器78的测量数据，得到在冷凝液计量水箱77中积累的冷凝液的体积变化，或者通过第四电磁阀81和计量水箱排液管82连接外部设备测量，得到相应的质量，再结合相应状态点的密度以及时间段长度，就可以计算水蒸气流量，并和方法一/方法二计算的水蒸气流量互相校核。

在本文所述的测试方法中，本发明的各参数的内容和计算步骤如下：

一、排气质量流量的确定方法：

第一种：通过蒸汽排气管63上的流量计测量，

第二种：排气的质量流量＝管道闪蒸第一回水管53中测得的水工质质量流量*(闪蒸第二回水管55中流出水蒸气冷凝换热器54的水工质的焓值-闪蒸第一回水管53中流入水蒸气冷凝换热器54的水工质的焓值)/(蒸汽冷凝管66中流入水蒸气冷凝换热器54的水工质的焓值-蒸汽冷凝出水管67中流出水蒸气冷凝换热器54的水工质的焓值)，

第三种：通过测量冷凝液计量水箱77内一段时间内的冷凝水的质量/时间间隔。冷凝水的质量可以通过液体容量计量器78测量，也可以将冷凝液计量水箱77内的水工质导出测量。

二、压缩机吸气质量的确定方法：

吸气的质量流量＝排气的质量流量-喷水的质量流量

喷水质量流量通过流量计测得。

需要说明的是，对于水蒸气压缩机而言，喷水并不是必须的，这个根据被测水蒸气压缩机的实际情况来定，如果实际有喷水那么就需要测量喷水的质量流量，如果实际没有喷水，那么“吸气的质量流量＝排气的质量流量”。

三、压缩机吸气体积流量的确定方法：

吸气的体积流量＝吸气的质量流量/吸气状态下的密度；

四、压缩机容积效率的确定方法：

容积效率＝吸气的体积流量/理论吸气的体积流量；

五、压缩电耗的确定方法：

压缩电耗通过功率计测得。

六、压缩机功耗的确定方法

压缩机功耗＝排气质量流量×排气工况气体比焓－吸气质量流量×吸气比焓－喷水质量流量×喷水比焓。

需要说明的是，对于水蒸气压缩机而言，如果实际没有喷水，那么“压缩机功耗＝排气质量流量×排气工况气体比焓－吸气质量流量×吸气比焓”。

七、压缩机绝热压缩功率确定方法：

绝热压缩功＝吸气质量流量×(绝热压缩排气比焓－吸气比焓)+喷水质量流量×(绝热压缩排气比焓－喷水比焓)。

需要说明的是，对于水蒸气压缩机而言，如果实际没有喷水，那么“绝热压缩功＝吸气质量流量×(绝热压缩排气比焓－吸气比焓)”。

上述对实施例的描述是为了便于本技术领域的普通技术人员能理解和应用本申请。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其它实施例中而不必付出创造性的劳动。因此，本申请不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本申请披露的内容，在不脱离本申请范围和精神的情况下做出的改进和修改都本申请的范围之内。

Claims (10)

1.一种基于热自平衡的水工质压缩机测试系统，其特征在于，包括：

储水循环系统，所述储水循环系统包括储热水箱以及设置在储热水箱内的第一加热装置，所述第一加热装置用于加热所述储热水箱中的水工质；

闪蒸供汽系统，所述闪蒸供汽系统包括所述储热水箱、喷水泵、闪蒸阀、喷水管和闪蒸罐，其中所述喷水管设置在所述闪蒸罐内，所述储热水箱与所述闪蒸阀和喷水管连通，用于向所述闪蒸罐中供应水工质，所述喷水泵用于为所述闪蒸供汽系统中水工质的流动提供动力；

蒸汽冷凝测量系统，所述蒸汽冷凝测量系统包括所述闪蒸罐、被测水蒸气压缩机、第二加热装置、水蒸气冷凝换热器、第一可视管以及冷凝液计量水箱，其中所述闪蒸罐与被测水蒸气压缩机连通，用于向所述被测水蒸气压缩机输送待压缩的水蒸气，所述被测水蒸气压缩机与水蒸气冷凝换热器连通，所述水蒸气冷凝换热器与第一可视管连通，第一可视管与所述冷凝液计量水箱连通，其中所述第二加热装置设置在所述被测水蒸气压缩机与水蒸气冷凝换热器连通之间的管路上，用于加热流经该第二加热装置的水蒸气以确保水蒸气处于单相的过热状态，所述水蒸气冷凝换热器用于将流经该水蒸气冷凝换热器的水蒸气冷凝为液态水，第一可视管用于观察经过所述水蒸气冷凝换热器冷凝之后的液态水是否还包括气态水，所述冷凝液计量水箱用于收集冷凝之后的液态水，并对收集的液态水进行定量；

回水加热系统，所述回水加热系统包括所述闪蒸罐、所述水蒸气冷凝换热器、所述储热水箱和闪蒸回水泵，所述闪蒸罐、所述水蒸气冷凝换热器和所述储热水箱依次连通，用于将所述闪蒸罐中的饱和水输送至所述储热水箱，所述闪蒸回水泵用于为回水加热系统中水工质的流动提供动力；

冷却降温系统，所述冷却降温系统包括所述储热水箱、冷却循环泵和冷却散热器，其中所述冷却散热器与所述储热水箱连通，用于冷却所述储热水箱中的水工质，所述冷却循环泵用于为冷却降温系统中水工质的循环流体提供动力。

2.如权利要求1所述的基于热自平衡的水工质压缩机测试系统，其特征在于，所述蒸汽冷凝测量系统还包括过冷热回收器和第二可视管，所述过冷热回收器一端与所述第一可视管连通，另一端与所述第二可视管连通，所述第二可视管的另一端与所述冷凝液计量水箱连通，所述过冷热回收器用于对从所述水蒸气冷凝换热器流出的冷凝液进行冷却，使其完全冷凝，不存在气态水，所述第二可视管用于观察经过所述过冷热回收器冷凝之后的液态水是否还包括气态水。

3.如权利要求2所述的基于热自平衡的水工质压缩机测试系统，其特征在于，所述基于热自平衡的水工质压缩机测试系统还包括：

补水预热系统，所述补水预热系统包括预热补水管、所述过冷热回收器、预热水泵以及所述储热水箱，其中所述预热补水管与所述过冷热回收器连通，所述过冷热回收器与所述储热水箱连通，其中，外部水通过所述预热补水管引入所述补水预热系统，所述预热水泵用于为所述补水预热系统内水工质的流动提供动力。

4.如权利要求3所述的基于热自平衡的水工质压缩机测试系统，其特征在于，所述补水预热系统还包括预热旁通管，所述预热旁通管一端与所述预热补水管连通，另一端与所述储热水箱连通。

5.如权利要求1-4中任一项所述的基于热自平衡的水工质压缩机测试系统，其特征在于，所述回水加热系统还包括闪蒸第二回水旁通管，所述闪蒸第二回水旁通管一端与所述水蒸气冷凝换热器连通，另一端与所述冷却散热器连通。

6.如权利要求1-4中任一项所述的基于热自平衡的水工质压缩机测试系统，其特征在于，所述冷凝液计量水箱与计量水箱排气管连通，用于排出所述冷凝液计量水箱中的空气。

7.如权利要求6所述的基于热自平衡的水工质压缩机测试系统，其特征在于，所述冷凝液计量水箱内设有液体容量计量器，用于测定所述冷凝液计量水箱内的冷凝液体积。

8.如权利要求6所述的基于热自平衡的水工质压缩机测试系统，其特征在于，所述冷凝液计量水箱与计量水箱排液管连通，用于排出所述冷凝液计量水箱中的冷凝液。

9.如权利要求1-8中任一项所述的基于热自平衡的水工质压缩机测试系统的工作方法，其特征在于，所述工作方法包括以下步骤：

S1：使所述储水循环系统开始工作，启动第一加热装置，向所述闪蒸供汽系统供应经过加热的水工质；

S2：使所述闪蒸供汽系统和所述蒸汽冷凝测量系统开始工作，向所述蒸汽冷凝测量系统的被测水蒸气压缩机供应水蒸气，启动第二加热装置，确保经被测水蒸气压缩机压缩之后的水蒸气处于单相的过热状态；

S3：在基于热自平衡的水工质压缩机测试系统运行第一预定时间段之后，关闭第一加热装置，使所述回水加热系统开始工作，利用经被测水蒸气压缩机压缩之后的水蒸气冷凝的热量来加热所述储热水箱中的水工质；

其中，在基于热自平衡的水工质压缩机测试系统运行第二预定时间段之后，使所述冷却降温系统开始工作，用于及时地抵消被测水蒸气压缩机因为额外消耗外部电量在系统内部产生的热量。

10.一种对水蒸气压缩机进行测试的方法，其特征在于，所述方法使用如权利要求1-8中任一项所述的基于热自平衡的水工质压缩机测试系统；

其中，通过能相互校核的以下三种方式来测定被测水蒸气压缩机的排气流量：

第一种方式：测定经第二加热装置加热之后处于单相的过热状态的水蒸气流量；

第二种方式：通过热平衡进行流量的测量，包括：测量水蒸气冷凝换热器液态水侧的水流量，以及进出口的温度，求得液态水的吸热量；根据热平衡也就等于水蒸气的放热量，然后根据水蒸气进出水蒸气冷凝换热器的状态，得到水蒸气进出水蒸气冷凝换热器的焓值，即可求得水蒸气的质量流量；然后根据进气口的状态，确定进气密度，计算得到水蒸气流量；

第三种方式：通过最后冷凝液的体积和质量测量，包括：测定在冷凝液计量水箱中一段时间内积累的冷凝液的质量，得到相应的流量，再结合相应状态点的密度就可以，计算得到水蒸气流量。

Images