CN210981752U - 一种混合式间冷压缩机实验系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种混合式间冷压缩机实验系统，包括压缩机开式试验段、压缩机闭式试验段、进气稳压装置、补气放气单元、冷却单元等。所述实验系统由开式实验段和闭式实验段组成，不但能够利用补气放气单元实现闭式实验段不同进气参数(压力、温度等)，真实模拟间冷压缩机流动状态，揭示间冷压缩机内部流动‑传热耦合机理，也能够利用开式实验段独立完成常压进气不同转速和压力压缩机实验测试，有效拓展了压缩机试验台的应用范围。

Description

一种混合式间冷压缩机实验系统

技术领域

本实用新型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，具体是一种混合式间冷压缩机实验系统。

背景技术

随着经济的发展，社会对于能源的需求量逐渐增大，但随之而来的是能源的缺乏、利用率不高等。为了优化能源结构、保护环境，需要大力发展以风能、太阳能为主的可再生能源，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，而电力储能技术有多种，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，被认为是最具发展潜力的大规模物理储能技术，具有广阔的市场前景。

结合压缩空气储能系统的特点，其所用压缩机通常选用离心或轴流式，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/多级变工况特性以及与蓄热、膨胀子系统的耦合等。因此有必要开展压缩机气动、机械性能实验与检测，了解其内部流动与传热耦合规律，从而满足压缩空气储能系统高效宽工况的需求，解决空气储能压缩系统中的关键科学问题。目前，适用于离心或轴流式压缩机的实验与检测平台包括开式和闭式两种，并不能满足压缩空气储能系统用间冷压缩机的实验需求，尤其是低进排气压力间冷压缩机流动-传热耦合机理研究需求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种混合式间冷压缩机实验系统，以解决上述背景技术中提出的问题，该实验系统不但能够应用于压缩空气储能系统间冷压缩机实验测试，也能够应用于常压进气不同转速和压力压缩机实验测试，有效拓展了压缩机试验系统的应用范围；实验系统中利用补气放气单元实现闭式实验段不同进气参数(压力、温度等)，从而真实模拟间冷压缩机流动状态；此外，实验系统采用喷嘴向高温排气管路中喷水，能够有效地降低排气温度，从而减少管道热应力，提高实验系统的安全性。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种混合式间冷压缩机实验系统，至少包括一压缩机开式试验段、一压缩机闭式实验段和一补气放气单元，其特征在于，

所述压缩机开式试验段，至少包括一开式被测压缩机及其进气管路和排气管路；所述压缩机闭式实验段，至少包括一闭式被测压缩机及其进气管路和排气管路；其中，

所述开式被测压缩机的进气管路上至少设置一进气阀、一流量计和一整流装置，且进气管路的进口端与大气连通；

所述开式被测压缩机的排气管路通过一回路开关阀与所述闭式被测压缩机的进气管路连通，且所述开式被测压缩机的排气管路上至少设置一流量调节阀组和一换热器；

所述闭式被测压缩机的进气管路上至少设置一流量计和一整流装置；

所述闭式被测压缩机的排气管路上至少依次设置一流量调节阀组、一止回阀和一消音器，所述消音器位于排气管路的末端，且所述消音器的出口端与大气连通；

所述补气放气单元，至少包括一闭式实验段补气单元和一开式试验段放气管路，其中，

所述闭式实验段补气单元，至少包括一稳压罐和一补气管路，其中，所述补气管路一端与所述稳压罐连通，另一端与所述开式被测压缩机的排气管路上的流量调节阀组的出口侧管路连通，且所述补气管路上至少依次设置有补气开关阀、补气调节阀和补气止回阀；

所述开式试验段放气连通管路设置在所述开式被测压缩机的排气管路与所述闭式被测压缩机的排气管路之间，其中，所述开式试验段放气管路的一端与所述开式被测压缩机的排气管路上的流量调节阀组的出口侧管路连通，另一端与所述闭式被测压缩机的排气管路上的止回阀的出口侧管路连通，且所述开式试验段放气管路上至少设置一放气开关阀和一放气调节阀，所述放气开关阀与放气调节阀并联设置。所述补气放气单元中，补气调节阀用于实验过程中补气，放空调节阀用于实验过程中放气和开式实验段退喘。

作为本实用新型的一种优选方案，所述开式被测压缩机的排气管路及所述闭式被测压缩机的排气管路上的流量调节阀组，均包括并联设置的一主流量调节阀和一辅助流量调节阀，所述主流量调节阀用以实现流量的大范围调节，所述辅助流量调节阀用以实现流量的微量调节。

作为本实用新型的一种优选方案，所述实验系统还包括一动力传动单元，所述动力传动单元包括电动机、高速齿轮箱，其中，所述电动机为双轴伸电动机，其两端的两个输出轴分别通过一离合器驱动连接一高速齿轮箱，每一高速齿轮箱分别驱动连接一被测压缩机；所述电动机还配设一变频器，通过所述变频器调节所述电动机的转速。

进一步地，每一所述高速齿轮箱的输出轴上分别设置一测扭器，所述测扭器优选为非接触式测扭器，并集成有转速传感器，通过测量高速齿轮箱输出轴的扭矩值和转速，获得被测压缩机准确的输入轴功率。

作为本实用新型的一种优选方案，被测压缩机为单级轴流式压缩机、多级轴流式压缩机、单级离心式压缩机或多级离心式压缩机。

作为本实用新型的一种优选方案，所述进气稳压装置至少包括设置在所述开式被测压缩机的进气管路上的一进气滤清装置、一进气扰动装置、一进气阀、一流量计和一整流装置，其中，所述整流装置选用整流栅，用以减少气流的涡动，所述进气扰动装置用于实现畸变流场下的实验测试。

作为本实用新型的一种优选方案，所述稳压罐还包括一充气管路，所述充气管路上至少设置一充气开关阀，且所述充气管路的上游与高压气源连通，用以向所述稳压罐内补充高压空气。

进一步地，所述高压气源为高压储罐或空压机。

作为本实用新型的一种优选方案，所述实验系统还包括一冷却单元，所述冷却单元至少包括一冷却塔、一冷却水泵和一喷嘴，其中，所述冷却塔底部的低温循环水通过冷却水泵后，一路通过管路经所述换热器的冷侧后返回所述冷却塔、另一路通过所述喷嘴被输送至所述消音器进口侧管路中，所述喷嘴用于开式试验段放气管路和闭式被测压缩机排气管路降温，减小管道热应力。

进一步地，所述换热器的冷侧出口管路上、以及所述喷嘴的进口侧管路上分别设有水量调节阀。

作为本实用新型的一种优选方案，所述换热器的类型为高效管翅式换热器，采用翅片增大换热面积，具备丝网除水装置。

作为本实用新型的一种优选方案，所述实验系统包括开式试验测试模式和联动实验测试模式。

进一步地，当所述实验系统处于开式试验测试模式时，启动所述开式被测压缩机，关闭所述闭式被测压缩机，并相应地开启所述开式被测压缩机进气管路上的进气阀，关闭所述开式被测压缩机排气管路上的回路开关阀，开启所述开式试验段放气管路上的放气开关阀，关闭所述放气调节阀，并关闭所述补气管路上的补气开关阀，测试过程中，常压空气从进气管路进入所述开式被测压缩机中进行加压，所述开式被测压缩机排出的高压空气通过排气管路上的调节阀组调节压力后，沿所述开式试验段放气管路排入所述消音器，并最终排入大气，完成开式试验段实验测试。

进一步地，所述开式被测压缩机的排气管路上设置温度传感器，用以监测所述开式被测压缩机的排气温度，根据所述排气温度的高低，决定是否开启所述冷却水泵以及所述喷嘴的进口侧管路上的水量调节阀。

进一步地，当所述开式被测压缩机的排气温度超过设定值时，开启所述冷却水泵，并增大所述喷嘴的进口侧管路上的水量调节阀的开度，所述冷却塔底部的低温循环水通过所述喷嘴喷入所述消音器的进口侧管路中，以降低排气管路的温度，减小管道热应力；当所述开式被测压缩机的排气温度未超过设定值时，减小或关闭所述冷却水泵以及所述喷嘴的进口侧管路上的水量调节阀。

进一步地，当所述实验系统处于联动试验测试模式时，同时启动所述开式被测压缩机和闭式被测压缩机，并相应地开启所述开式被测压缩机进气管路上的进气阀、所述开式被测压缩机排气管路上的回路开关阀，关闭所述开式试验段放气管路上的放气开关阀，根据需要调节所述放气调节阀的开度，开启所述补气管路上的补气开关阀，并根据需要调节所述补气调节阀的开度，测试过程中，常压空气从进气管路进入所述开式被测压缩机中进行加压，所述开式被测压缩机排出的高压空气通过其排气管路上的调节阀组调节压力并在所述换热器中降低温度后，进入所述闭式被测压缩机进行进一步加压，所述闭式被测压缩机排出的高压空气通过其排气管路上的调节阀组降低压力后排入所述消音器，并最终排入大气，完成联动实验测试。

进一步地，所述闭式被测压缩机的排气管路上设置温度传感器，所述温度传感器用以监测所述闭式被测压缩机的排气温度，根据所述排气温度的高低，决定是否开启所述冷却水泵以及所述喷嘴的进口侧管路上的水量调节阀。

进一步地，当所述闭式被测压缩机的排气温度超过设定值时，开启所述冷却水泵，并增大所述喷嘴的进口侧管路上的水量调节阀的开度，所述冷却塔底部的低温循环水通过所述喷嘴喷入所述消音器的进口侧管路中，以降低排气管路的温度，减小管道热应力；当所述闭式被测压缩机的排气温度未超过设定值时，减小或关闭所述冷却水泵以及所述喷嘴的进口侧管路上的水量调节阀。

进一步地，所述闭式被测压缩机的进气口处设有压力传感器，所述压力传感器用以监测所述闭式被测压缩机的实际进气压力值，当所述闭式被测压缩机的实际进气压力值低于实验要求值时，减小所述放气调节阀的开度，增大所述补气调节阀的开度；当所述闭式被测压缩机的实际进气压力值大于实验要求值时，增大所述放气调节阀的开度，减小所述补气调节阀的开度。

进一步地，所述开式被测压缩机的排气管路上设有压力传感器，用以监测所述开式被测压缩机的排气压力，当监测到所述开式被测压缩机的排气压力波动较大而发生喘振时，增大所述放气调节阀的开度，使所述开式被测压缩机退喘。

本实用新型提出的上述混合式间冷压缩机实验系统中，实验系统由开式实验段和闭式实验段组成，不但能够利用补气放气单元实现闭式实验段不同进气参数(压力、温度等)，真实模拟间冷压缩机流动状态，揭示间冷压缩机内部流动-传热耦合机理，也能够利用开式实验段独立完成常压进气不同转速和压力压缩机实验测试；所述实验系统开式实验段选用电动机驱动，利用高速齿轮箱达到压缩机试验段所需转速，通过流量调节阀组调节试验段排气压力和流量，实现试验段实验测试；所述实验系统闭式实验段选用电动机驱动，利用高速齿轮箱达到压缩机试验段所需转速，通过补气放气单元和冷却单元调节试验段进口压力和温度，利用流量调节阀组调节试验段排气压力和流量，实现试验段实验测试。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：本实用新型提出的混合式间冷压缩机实验系统，不但能够应用于闭式间冷压缩机实验测试，也能够应用于常压进气不同转速和压力压缩机实验测试，有效拓展了压缩机试验台的应用范围；本实用新型提出的实验系统利用补气放气单元实现闭式实验段不同进气参数(压力、温度等)，从而真实模拟间冷压缩机的流动状态；本实用新型提出的实验系统采用喷嘴向高温排气管路中喷水，能够有效地降低排气温度，从而减少管道热应力，提高实验系统的安全性。

附图说明

图1为本实用新型的混合式间冷压缩机实验系统示意图。

图2为实验系统中开式和闭式试验段联动实验测试的示意图。

图3为实验系统中仅开式试验段进行实验测试的示意图。

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-进气滤清装置、2-进气扰动装置、3-进气阀、4/14-流量计、5/15-整流装置、6/16-被测压缩机、7/17-高速齿轮箱、8-异步电动机、9/18-主流量调节阀、10/19-辅助流量调节阀、11-放气开关阀、12-换热器、13-回路开关阀、20-止回阀、21-喷嘴、22-消音器、23-滑油站、24-充气开关阀、26/28-补气开关阀、25-稳压罐、27-补气调节阀、29-补气止回阀、30-放气调节阀、31/33-水量调节阀、32-冷却水泵、34-冷却塔。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本实用新型进一步详细说明。

如图1所示，本实用新型的混合式间冷压缩机实验系统，至少包括一压缩机开式试验段、一压缩机闭式实验段和一补气放气单元。压缩机开式试验段，至少包括一开式被测压缩机6及其进气管路和排气管路；压缩机闭式实验段，至少包括一闭式被测压缩机16及其进气管路和排气管路；具体地，开式被测压缩机6的进气管路上设有进气滤清装置1、进气扰动装置2、进气阀3、流量计4、整流装置5，且进气管路的进口端与大气连通，用以保证开式被测压缩机的进口压力和流动状态达到实验要求。整流装置5选用整流栅，包括扩压段、稳压段和收敛段，用以减少气流的涡动，提升开式被测压缩机的进口流场品质。进气扰动装置2用于实现畸变流场下的实验测试。

开式被测压缩机6的排气管路通过一回路开关阀13与闭式被测压缩机16的进气管路连通，且开式被测压缩机6的排气管路上设置一由主流量调节阀9和辅助流量调节阀10组成的流量调节阀组和一换热器12，且换热器12的热侧位于开式被测压缩机6的排气管路上。

闭式被测压缩机的进气管路上设置一流量计14和一整流装置15；闭式被测压缩机的排气管路上依次设置一由主流量调节阀18和辅助流量调节阀19组成的流量调节阀组、一止回阀20和一消音器22，消音器22位于排气管路的末端，且消音器22的出口端与大气连通。

如图1所示，试验系统中的补气放气单元，至少包括一闭式实验段补气单元和一开式试验段放气管路。具体地，闭式实验段补气单元，至少包括一稳压罐25和一补气管路，其中，补气管路一端与稳压罐25连通，另一端与开式被测压缩机6的排气管路上的流量调节阀组的出口侧管路连通，且补气管路上至少依次设置有补气开关阀26、补气调节阀27、补气开关阀28和补气止回阀39；稳压罐25还包括一充气管路，充气管路上至少设置一充气开关阀24，且充气管路的上游与高压气源连通，用以向稳压罐25内补充高压空气。高压气源为高压储罐或空压机。开式试验段放气连通管路设置在开式被测压缩机6的排气管路与闭式被测压缩机16的排气管路之间，其中，开式试验段放气管路的一端与开式被测压缩机16的排气管路上的流量调节阀组的出口侧管路连通，另一端与闭式被测压缩机16的排气管路上的止回阀20的出口侧管路连通，且开式试验段放气管路上至少设置一放气开关阀11和一放气调节阀30，放气开关阀11与放气调节阀30并联设置。补气放气单元中，补气调节阀27用于实验过程中补气，放空调节阀30用于实验过程中放气和开式实验段退喘。

如图1所示，实验系统还包括一冷却单元，冷却单元至少包括一冷却塔34、一冷却水泵32和一喷嘴21，其中，冷却塔34底部的低温循环水通过冷却水泵32后，一路通过管路经换热器12的冷侧后返回冷却塔34、另一路通过喷嘴21被输送至消音器22的进口侧管路中，喷嘴用于开式试验段放气管路和闭式被测压缩机排气管路降温，减小管道热应力。换热器12的冷侧出口管路上、以及喷嘴21的进口侧管路上分别设有水量调节阀31/33。换热器的类型为高效管翅式换热器，采用翅片增大换热面积，具备丝网除水装置。

如图1所示，实验系统还包括一动力传动单元，动力传动单元包括变频器23、电动机8、离合器、高速齿轮箱7/17、联轴器和测扭器，其中，电动机8为双轴伸电动机，其两端的两个输出轴分别通过一离合器驱动连接一高速齿轮箱7/17，每一高速齿轮箱7/17分别驱动连接一被测压缩机，利用离合器进行动力切换。电动机8配设变频器23，通过变频器23调节电动机8的转速，并利用高速齿轮箱7/17达到被测压缩机的所需转速。每一高速齿轮箱7/17的输出轴上分别设置一测扭器，测扭器优选为非接触式测扭器，并集成有转速传感器，通过测量高速齿轮箱输出轴的扭矩值和转速，获得被测压缩机准确的输入轴功率。

实施例一

请参阅图2，本实用新型的混合式间冷压缩机实验系统进行开式和闭式试验段联动实验测试时，需要开启回路开关阀13，关闭放气开关阀11。气体通过流量计4，流入开式试验段被测压缩机6中进行加压，之后通过调节阀9、10调节压力，并在换热器12中降低温度，流入闭式试验段被测压缩机16进行加压，最后通过调节阀18、19降低压力后排入消音器22，完成联动实验测试。试验过程中，当被测压缩机16进口压力偏低时，减小放气调节阀11开度，增大补气调节阀27的开度(补气开关阀26、28需全开)，提高闭式被测压缩机16进口压力；当闭式被测压缩机16进口压力偏高时，减小补气调节阀11开度，增大放气调节阀27的开度。当闭式被测压缩机16进口温度偏低时，增大水量调节阀31开度；当闭式被测压缩机16进口温度偏高时，减小水量调节阀31开度。

实施例二

请参阅图3，本实用新型的混合式间冷压缩机实验系统进行开式试验段实验测试时，需要开启放气开关阀11，关闭回路开关阀13。气体通过流量计4，流入开式试验段被测压缩机6中进行加压，之后通过调节阀9、10调节压力，最后通过放气开关阀排入消音器22，完成开式试验段实验测试。试验过程中，补气单元不运行；冷却单元根据闭式被测压缩机6的排气温度，选择是否采用喷嘴喷水降温。

综上所述，本实用新型提出的混合式间冷压缩机实验系统，不但能够应用于压缩空气储能系统间冷压缩机实验测试，也能够应用于常压进气不同转速和压力压缩机实验测试，有效拓展了压缩机试验台的应用范围；本实用新型提出的实验系统利用补气放气系统实现闭式实验段不同进气参数(压力、温度等)，从而真实模拟间冷压缩机流动状态；本实用新型提出的实验系统采用喷嘴向高温排气管路中喷水，能够有效地降低排气温度，从而减少管道热应力，提高实验系统的安全性。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用以限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种混合式间冷压缩机实验系统，至少包括一压缩机开式试验段、一压缩机闭式实验段和一补气放气单元，其特征在于，

所述压缩机开式试验段，至少包括一开式被测压缩机及其进气管路和排气管路；所述压缩机闭式实验段，至少包括一闭式被测压缩机及其进气管路和排气管路；其中，

所述开式被测压缩机的进气管路上至少设置一进气阀、一流量计和一整流装置，且进气管路的进口端与大气连通；

所述开式被测压缩机的排气管路通过一回路开关阀与所述闭式被测压缩机的进气管路连通，且所述开式被测压缩机的排气管路上至少设置一流量调节阀组和一换热器；

所述闭式被测压缩机的进气管路上至少设置一流量计和一整流装置；

所述闭式被测压缩机的排气管路上至少依次设置一流量调节阀组、一止回阀和一消音器，所述消音器位于排气管路的末端，且所述消音器的出口端与大气连通；

所述补气放气单元，至少包括一闭式实验段补气单元和一开式试验段放气管路，其中，

所述闭式实验段补气单元，至少包括一稳压罐和一补气管路，其中，所述补气管路一端与所述稳压罐连通，另一端与所述开式被测压缩机的排气管路上的流量调节阀组的出口侧管路连通，且所述补气管路上至少依次设置有补气开关阀、补气调节阀和补气止回阀；

所述开式试验段放气连通管路设置在所述开式被测压缩机的排气管路与所述闭式被测压缩机的排气管路之间，其中，所述开式试验段放气管路的一端与所述开式被测压缩机的排气管路上的流量调节阀组的出口侧管路连通，另一端与所述闭式被测压缩机的排气管路上的止回阀的出口侧管路连通，且所述开式试验段放气管路上至少设置一放气开关阀和一放气调节阀，所述放气开关阀与放气调节阀并联设置。

2.根据权利要求1所述的混合式间冷压缩机实验系统，其特征在于，所述实验系统还包括一动力传动单元，所述动力传动单元包括电动机、高速齿轮箱，其中，所述电动机为双轴伸电动机，其两端的两个输出轴分别通过一离合器驱动连接一高速齿轮箱，每一高速齿轮箱分别驱动连接一被测压缩机；所述电动机还配设一变频器，通过所述变频器调节所述电动机的转速。

3.根据权利要求1所述的混合式间冷压缩机实验系统，其特征在于，所述实验系统还包括一冷却单元，所述冷却单元至少包括一冷却塔、一冷却水泵和一喷嘴，其中，所述冷却塔底部的低温循环水通过冷却水泵后，一路通过管路经所述换热器的冷侧后返回所述冷却塔、另一路通过所述喷嘴被输送至所述消音器的进口侧管路中；所述换热器的冷侧出口管路上、以及所述喷嘴的进口侧管路上分别设有水量调节阀。

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