CN216008808U - 一种压缩空气储能涡轮动态性能及流动测量平台 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于压缩空气储能涡轮动态性能及流场测量平台，主要由进气气源通断装置、进气温度调节装置、进气压力调节装置，进气容积控制段、膨胀机试验件、减速齿轮箱、电力测功装置、功率耗散装置等组成。本实用新型可以满足10MW压缩空气储能膨胀机全功率测试以及100MW膨胀机模化测试，能够高精度测量不同动态调节参数及典型调节过程下的膨胀机性能及流动变化规律，为压缩空气储能膨胀机动态性能预测、高效调节策略以及新型膨胀机设计提供有效技术支撑。

Description

一种压缩空气储能涡轮动态性能及流动测量平台

技术领域

本实用新型属于叶轮机械性能测试技术领域，涉及一种压缩空气储能膨胀机实验装置，具体地说是一种压缩空气储能涡轮动态性能及流动测量平台。

背景技术

储能系统可以提高电网的经济性、安全性和稳定性，近年来得到了显著发展。为了进一步提高压缩空气储能系统的效率以及对电网调峰、碳达峰、碳中和的促进效果，该系统运行负荷常处于频繁变化过程，亟需新型“高效率、宽工况”膨胀机的研制并投入运营。

目前关于储能系统测试装置大多集中在变工况集总性能(功率、效率、流量)测试、变负荷测试等，关于膨胀机内部流场的测量也仅集中在设计工况和变工况等方面。关于不同动态调节参数下膨胀机集总性能及流场的一体化测量较少，因此本实用新型提出一种压缩空气储能涡轮动态性能及流动测量平台，该平台由于采用容积控制段和电力测功机，因此能够控制动态调节参数、设置典型变负荷过程并完成测量，具有测试方案灵活、精度高等特点。

实用新型内容

针对现有技术发展的上述需要，本实用新型提出了一种压缩空气储能涡轮动态性能及流动测量平台，通过该测量平台的应用可以进一步完成不同动态调节过程下膨胀机集总性能及流场参数的详细测量，为压缩空气储能膨胀机动态性能预测、高效调节策略以及新型膨胀机设计提供有效技术支撑，具有良好的应用前景。

为了达到上述目的，本实用新型的技术解决方案如下：

一种压缩空气储能涡轮动态性能及流动测量平台，至少包括一涡轮膨胀机试验段以及设置在所述涡轮膨胀机试验段上游的至少一高压气源、一进气温度调节装置、一进气压力调节装置、一进气容积控制段和设置在所述涡轮膨胀机试验段下游的至少一减速齿轮箱、一电力测功装置，其特征在于，

所述涡轮膨胀机试验段用以安装涡轮膨胀机试验件，

所述高压气源、进气温度调节装置、进气压力调节装置、进气容积控制段按序依次设置在所述涡轮膨胀机试验段上游的进气管线上，所述高压气源通过管路依次经所述进气温度调节装置、进气压力调节装置、进气容积控制段与所述涡轮膨胀机试验段中涡轮膨胀机试验件的进气口连通，所述涡轮膨胀机试验段中涡轮膨胀机试验件的排气口与大气连通，

所述减速齿轮箱、电力测功装置按序依次设置在所述涡轮膨胀机试验段下游的动力输出路线上，所述涡轮膨胀机试验段中涡轮膨胀机试验件的动力输出轴经所述减速齿轮箱与电力测功装置传动连接，

所述进气容积控制段用以根据测试需要安装不同管段容积的储气罐。

本实用新型的用于压缩空气储能涡轮动态性能及流场测量平台，主要由高压气源、进气温度调节装置、进气压力调节装置、进气容积控制段、涡轮膨胀机试验段、减速齿轮箱、电力测功装置等组成，可以完成不同动态调节参数，及典型调节过程下的涡轮膨胀机性能及流场分布变化规律的高精度测量。

优选地，所述涡轮膨胀机试验段上游的进气管线上还设有一进气气源通断装置，所述进气气源通断装置设置在所述高压气源与进气温度调节装置之间的气体连通管路上，所述进气气源通断装置在所述高压气源的压力突增时能够自动开启，用以防止下游部件受到高压气流冲击而损坏。

优选地，所述进气温度调节装置，采用电加热形式，能够根据试验工况自动跟踪调节压缩空气温度，并能够设置温度变化过程曲线模拟涡轮膨胀机非稳态调节过程。

优选地，所述进气压力调节装置，为粗调和微调两个阀门构成的阀门组，能够根据试验工况自动跟踪调节压缩空气进气压力，并能够设置进气压力的变化过程曲线模拟涡轮膨胀机非稳态调节过程；进一步地，所述进气压力调节装置中的阀组数量根据压力调节精度确定。

优选地，所述进气容积控制段中的储气罐采用带法兰管段式，底部采用可移动支撑，根据实际测试需要更换不同管段容积的储气罐，控制工质容积。

优选地，所述涡轮膨胀机试验件包括进气段、叶栅段、排气段，各个部件可根据实验要求灵活更换；优选地，所述涡轮膨胀机试验件的结构形式可以为轴流式、径流式等；进一步地，所述涡轮膨胀机试验件的进气段可以为径向进气、轴向进气，叶栅段可以为单级、多级叶片排形式，排气段可以为扩压器、肘管式、全蜗壳式、箱式。

优选地，所述减速齿轮箱的减速比根据待测膨胀机转速与电力测功机所需转速确定。

优选地，所述电力测功装置可完成膨胀机转速、扭矩、功率测量，并能够模拟典型载荷变化过程。进一步地，所述电力测功装置主要由中压开关柜、变频器、同步变频电机、自动化及监控系统等组成。

优选地，所述涡轮膨胀机试验段的下游还设置一功率耗散装置，所述功率耗散装置用于完成所述涡轮膨胀机试验件所发功率的消耗。

同现有技术相比，本实用新型的优点与有益效果为：

1.本实用新型的压缩空气储能涡轮动态性能及流场测量平台中，引入进气容积控制段，进气容积控制段用以根据测试需要安装不同管段容积的储气罐，并采用可移动支撑，能够针对同一台涡轮膨胀机试验件，研究不同管段容积对其调节性能的影响，测试方案灵活；

2.本实用新型的压缩空气储能涡轮动态性能及流场测量平台中，采用电力测功机装置，能够更加稳定的控制膨胀转速，可以高精度模拟膨胀机并网、孤网运行条件，测功控制系统能够灵活输入负荷变化过程，模拟压缩空气储能系统所面临的各种典型负荷变化过程，为实际运行提供更为可靠的参考。

附图说明

图1为本实用新型的压缩空气储能涡轮动态性能及流动测量平台整体结构示意图。

附图标记说明：

高压气源1，气源通断装置2，电加热进气温度调节装置3，进气压力调节装置4，进气容积控制段5，涡轮膨胀机试验段6，进气段61，叶栅段62，排气段63，减速齿轮箱7，电力测功装置8，同步变频电机81，变频器82，功率耗散装置9，排气10，电网11。

具体实施方式

为使本实用新型实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的实施例如附图1所示，图1为本实用新型的压缩空气储能涡轮动态性能及流场测量平台示意图。如图1所示，压缩空气储能涡轮动态性能及流场测量平台主要有高压气源1、气源通断装置2、电加热进气温度调节装置3、进气压力调节装置4、进气容积控制段5、涡轮膨胀机试验段6、减速齿轮箱7、电力测功装置8、功率耗散装置9等组成。具体而言，进气容积控制段5用以根据测试需要安装不同管段容积的储气罐，涡轮膨胀机试验段6用以安装涡轮膨胀机试验件，高压气源1、气源通断装置2、电加热进气温度调节装置3、进气压力调节装置4、进气容积控制段5按序依次设置在涡轮膨胀机试验段6上游的进气管线上，高压气源1通过管路依次经气源通断装置2、进气温度调节装置3、进气压力调节装置4、进气容积控制段5与涡轮膨胀机试验段6中涡轮膨胀机试验件的进气口连通，涡轮膨胀机试验段6中涡轮膨胀机试验件的排气口与大气连通。减速齿轮箱7、电力测功装置8、功率耗散装置9按序依次设置在涡轮膨胀机试验段6下游的动力输出路线上，涡轮膨胀机试验段6中涡轮膨胀机试验件的动力输出轴依次与减速齿轮箱7、电力测功装置、功率耗散装置9传动连接。

本实用新型优选的实例中，进气气源通断装置2设置在高压气源1与进气温度调节装置3之间的气体连通管路上，进气气源通断装置2在高压气源1的压力突增时能够自动开启，用以防止下游部件受到高压气流冲击而损坏。

本实用新型优选的实例中，进气温度调节装置4，采用电加热形式，能够根据试验工况自动跟踪调节压缩空气温度，并能够设置温度变化过程曲线模拟涡轮膨胀机非稳态调节过程。

本实用新型优选的实例中，进气压力调节装置4为粗调和微调两个阀门构成的阀门组，能够根据试验工况自动跟踪调节压缩空气进气压力，并能够设置进气压力的变化过程曲线模拟涡轮膨胀机非稳态调节过程；进气压力调节装置中的阀组数量根据压力调节精度确定。

本实用新型优选的实例中，进气容积控制段5中的储气罐采用带法兰管段式，底部采用可移动支撑，根据实际测试需要更换不同管段容积的储气罐，控制工质容积。

本实用新型优选的实例中，涡轮膨胀机试验件包括进气段61、叶栅段62、排气段63，各个部件可根据实验要求灵活更换；涡轮膨胀机试验件的结构形式可以为轴流式、径流式等；涡轮膨胀机试验件的进气段61可以为径向进气、轴向进气，叶栅段62可以为单级、多级叶片排形式，排气段63可以为扩压器、肘管式、全蜗壳式、箱式。

本实用新型优选的实例中，减速齿轮箱7的减速比根据待测膨胀机转速与电力测功机所需转速确定。

本实用新型优选的实例中，电力测功装置8可完成膨胀机转速、扭矩、功率测量，并能够模拟典型载荷变化过程。电力测功装置8主要由中压开关柜、变频器82、同步变频电机81、自动化及监控系统等组成。

本实用新型优选的实例中，涡轮膨胀机试验段6的下游还设置一功率耗散装置9，功率耗散装置用于完成涡轮膨胀机试验件所发功率的消耗。

本实用新型的压缩空气储能涡轮动态性能及流场测量平台，其运行流程如下：实验时打开高压气源1出口管路上的气源通断装置2，从高压气源1接入压缩空气，压缩空气经过电加热进气温度调节装置3时被加热到实验所需温度，然后进入进气压力调节装置4，调节至实验所需进气压力，经过进气容积控制段5后，进入涡轮膨胀机试验段6，驱动涡轮膨胀机试验件做功后，作为排气10进入大气。涡轮膨胀机试验件的转速经过减速齿轮箱7减速至所需数值后，驱动电力测功机8中的同步变频电机81，所发电量通过变频器82整流逆变后送至功率耗散装置9完成消耗或者输送至电网11。

实验过程中可以通过更换进气容积控制段5中的储气罐，改变进气压力调节装置4与涡轮膨胀机试验段6之间的管路容积，实现动态调节容积时间常数的变化，完成调节参数对膨胀机性能及流场影响规律的研究。

通过上述实施例，完全有效地实现了本实用新型的目的。该领域的技术人员可以理解本实用新型包括但不限于附图和以上具体实施方式中描述的内容。虽然本实用新型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，本实用新型并不限于所公开的实施例，任何不偏离本实用新型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。

Claims (9)

1.一种压缩空气储能涡轮动态性能及流动测量平台，至少包括一涡轮膨胀机试验段以及设置在所述涡轮膨胀机试验段上游的至少一高压气源、一进气温度调节装置、一进气压力调节装置、一进气容积控制段和设置在所述涡轮膨胀机试验段下游的至少一减速齿轮箱、一电力测功装置，其特征在于，

所述涡轮膨胀机试验段用以安装涡轮膨胀机试验件，

所述高压气源、进气温度调节装置、进气压力调节装置、进气容积控制段按序依次设置在所述涡轮膨胀机试验段上游的进气管线上，所述高压气源通过管路依次经所述进气温度调节装置、进气压力调节装置、进气容积控制段与所述涡轮膨胀机试验段中涡轮膨胀机试验件的进气口连通，所述涡轮膨胀机试验段中涡轮膨胀机试验件的排气口与大气连通，

所述减速齿轮箱、电力测功装置按序依次设置在所述涡轮膨胀机试验段下游的动力输出路线上，所述涡轮膨胀机试验段中涡轮膨胀机试验件的动力输出轴经所述减速齿轮箱与电力测功装置传动连接，

所述进气容积控制段用以根据测试需要安装不同管段容积的储气罐。

2.根据权利要求1所述的压缩空气储能涡轮动态性能及流动测量平台，其特征在于，所述涡轮膨胀机试验段上游的进气管线上还设有一进气气源通断装置，所述进气气源通断装置设置在所述高压气源与进气温度调节装置之间的气体连通管路上，所述进气气源通断装置在所述高压气源的压力突增时能够自动开启，用以防止下游部件受到高压气流冲击而损坏。

3.根据权利要求1所述的压缩空气储能涡轮动态性能及流动测量平台，其特征在于，所述进气温度调节装置采用电加热形式，能够根据试验工况自动跟踪调节压缩空气温度，并能够设置温度变化过程曲线模拟涡轮膨胀机非稳态调节过程。

4.根据权利要求1所述的压缩空气储能涡轮动态性能及流动测量平台，其特征在于，所述进气压力调节装置为粗调和微调两个阀门构成的阀门组，能够根据试验工况自动跟踪调节压缩空气进气压力，并能够设置进气压力的变化过程曲线模拟涡轮膨胀机非稳态调节过程。

5.根据权利要求1所述的压缩空气储能涡轮动态性能及流动测量平台，其特征在于，所述进气容积控制段中的储气罐采用带法兰管段式，底部采用可移动支撑，根据实际测试需要更换不同管段容积的储气罐，控制工质容积。

6.根据权利要求1所述的压缩空气储能涡轮动态性能及流动测量平台，其特征在于，所述涡轮膨胀机试验件包括进气段、叶栅段、排气段，各个部件可根据实验要求灵活更换；所述涡轮膨胀机试验件的结构形式为轴流式或径流式；所述进气段为径向进气或轴向进气，叶栅段为单级或多级叶片排形式，排气段为扩压器、肘管式、全蜗壳式或箱式。

7.根据权利要求1所述的压缩空气储能涡轮动态性能及流动测量平台，其特征在于，所述减速齿轮箱的减速比根据待测涡轮膨胀机试验件的转速与电力测功机所需转速确定。

8.根据权利要求1所述的压缩空气储能涡轮动态性能及流动测量平台，其特征在于，所述电力测功装置用以完成膨胀机转速、扭矩、功率测量，并能够模拟典型载荷变化过程。

9.根据权利要求1所述的压缩空气储能涡轮动态性能及流动测量平台，其特征在于，所述涡轮膨胀机试验段的下游还设置一功率耗散装置，所述功率耗散装置用于完成所述涡轮膨胀机试验件所发功率的消耗。

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