一种用于燃气轮机试验台的综合气源系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种用于燃气轮机试验台的综合气源系统，包括电动机、空气压缩子系统、储气装置、蓄热器、空气净化装置、空气膨胀机组、发电机和冷却水子系统。本实用新型结构完整，可以实现压缩过程中低压、中压和高压压缩空气分别供气；可以实现余量压缩空气的存储，在不启动空气压缩子系统的情况下也能够为试验台提供不同类型的气源；可以利用峰谷电价差异，在波谷时存储压缩空气，在不同时段提供给试验台使用，余量压缩空气通过空气膨胀机组做功发电并入电网，从而提高能源利用率，回收部分电能降低运营成本；最后还可以回收压缩热以及设备摩擦热，提供给气体膨胀做功阶段使用或者对外提供热源。
【专利说明】
一种用于燃气轮机试验台的综合气源系统
技术领域
[0001]本实用新型是一种用于燃气轮机试验台的综合气源系统，属于工业燃气轮机领域。
【背景技术】
[0002]气源系统是燃气轮机试验台的重要组成部分，尤其是具备完成多种型号试验的燃气轮机试验台，对压缩空气的压力和流量等参数要求较多，通常涵盖了从低压力仪表用气到高压力大流量设备用气，因此，必须建立完善的气源系统才能满足燃气轮机试验台的总体需求。
[0003]目前，通常根据燃气轮机试验台的实际需求同时建设两种或者两种以上不同参数要求的气源系统，使其既能够匹配低压力小流量气源需求，又能够匹配高压力大流量气源需求。但是，由于气源系统建设是比较复杂的系统工程，包含设备及部件众多，建设工期长，资金投入大，并且在燃气轮机长期试验过程中，设备运行费用很高，建设众多不同类型的气源系统会使建设资金投入和运行管理费用大幅增加。因此，需要设计一种结构更加合理的综合性气源系统，使其在满足燃气轮机试验台对于不同气源类型需求的同时，还能够节约能源和高效利用能源。
【实用新型内容】
[0004]针对现有技术中的不足，本实用新型设计一种可以综合供气、可以回收热能、结构完整和功能齐全的气源系统，既能满足燃气轮机试验台的需求，又能回收利用部分热能。同时，还可以在用电低谷时预先将压缩空气存储到储气装置中，需要时降压调节释放不同压力的压缩空气，提供给燃气轮机试验台使用，或者在用电高峰时将压缩空气内能转化为电能输出，输出的同时还可以分级供气，做到能源的高效利用。
[0005]为了实现上述目的，本实用新型是通过如下的技术方案来实现:
[0006]—种用于燃气轮机试验台的综合气源系统，包括电动机、空气压缩子系统、储气装置、空气净化装置、空气膨胀机组、发电机和冷却水子系统；电动机带动空气压缩子系统将环境空气压缩成低压、中压和高压压缩空气，低压和中压压缩空气可以分别输出给储气装置和空气净化装置，高压压缩空气直接输出给储气装置;储气装置中的压缩空气可以分别输出给空气净化装置和空气膨胀机组;空气净化装置将低压、中压和高压压缩空气净化、过滤后分别输出给试验台；空气膨胀机组与发电机传动连接，压缩空气进入空气膨胀机组做功发电，同时可以输出给空气净化装置，尾气经排放管线排入大气中；冷却水子系统包括储水装置和水栗，在水栗的作用下分别将冷却水输出给空气压缩子系统和空气膨胀机组。
[0007]进一步地，还包括蓄热器，用于对空气压缩子系统中的压缩空气进行吸热冷却、对空气膨胀机组中的压缩空气进行加热、对从空气压缩子系统和空气膨胀机组输出的冷却水进行返回储水装置前的吸热冷却和向外部热源用户提供热源，所述蓄热器为内部填充有换热介质的绝热容器。
[0008]进一步地，所述空气压缩子系统包括串联布置的离心式压缩机组和活塞式压缩机组，所述离心式压缩机组为多级结构，所述活塞式压缩机组包括中压和高压活塞式压缩机，所述离心式压缩机组将环境空气压缩成低压压缩空气，低压压缩空气经蓄热器吸热冷却后可以分别输出给中压活塞式压缩机、储气装置和空气净化装置，中压活塞式压缩机输出的中压压缩空气经蓄热器吸热冷却后可以分别输出给高压活塞式压缩机、储气装置和空气净化装置，高压活塞式压缩机输出的高压压缩空气经蓄热器吸热冷却后直接输出给储气装置。
[0009]进一步地，在所述离心式压缩机组和活塞式压缩机组之间设置有第一低压缓冲罐，低压压缩空气经蓄热器吸热冷却后先输出给第一低压缓冲罐，再从第一低压缓冲罐分别输出给中压活塞式压缩机、储气装置和空气净化装置。
[0010]进一步地，所述储气装置中输出的压缩空气可以经第一调压阀调压后输出给空气净化装置并最终供给试验台使用，或者经第二调压阀调压后输出给空气膨胀机组做功发电。
[0011]进一步地，所述空气膨胀机组包括多级空气膨胀机，压缩空气从上一级空气膨胀机膨胀做功后分别输出给空气净化装置和下一级空气膨胀机，压缩空气进入下一级空气膨胀机之前经蓄热器加热，从最后一级空气膨胀机输出的压缩空气排入大气中。
[0012]进一步地，经蓄热器加热的压缩空气在进入下一级空气膨胀机之前经第三调压阀调压，以匹配下一级空气膨胀机进口参数。
[0013]进一步地，在所述排放管线上安装有消音装置。
[0014]进一步地，在空气净化装置的排气管线上并联设置有第二低压缓冲罐、中压缓冲罐和高压缓冲罐
[0015]本实用新型具有如下有益效果:
[0016]1.本系统结构完整，是一个综合性气源系统，可以提供不同参数要求的洁净气源，能够满足燃气轮机试验台对于不同类型气源的需求。
[0017]2.本系统可以实现压缩过程中低压、中压和高压压缩空气分别供气，以及气体膨胀做功过程中各级空气膨胀机之间分别供气，提高设备的利用率。
[0018]3.本系统可以实现余量压缩空气的存储，根据燃气轮机试验台的具体需求，在不启动空气压缩子系统的情况下，通过第一调压阀调节也能够为试验台提供不同类型的气源。
[0019]4.本系统可以利用峰谷电价差异，在波谷时存储压缩空气，然后在不同时段提供给试验台使用，余量压缩空气可以通过空气膨胀机组做功发电并入电网，从而提高能源利用率，回收部分电能降低运营成本。
[0020]5.本系统可以回收压缩热以及设备摩擦热，提供给气体膨胀做功阶段使用或者对外提供热源。
【附图说明】
[0021 ]图1为本实用新型的工作流程图；
[0022]图中:1-供电电网，2-电动机，3-离心式压缩机组，4-第一低压缓冲罐，5-活塞式压缩机组，6-中压活塞式压缩机，7-高压活塞式压缩机，8-蓄热器，9-储气装置，I O-第一调压阀，11-空气净化装置，12-第二低压缓冲罐，13-中压缓冲罐，14-高压缓冲罐，15-试验台，16-第二调压阀，17-空气膨胀机组，18-空气膨胀机，19-第三调压阀，20-消音装置，21-发电机，22-发电电网，23-外部热源用户，24-储水装置，25-水栗；
[0023]I ’ -空气进气管线，2 ’ -第一低压管线，3 ’ -第二低压管线，4 ’ -第三低压管线，5 ’ -第一中压管线，6’-第二中压管线，7’-第三中压管线，8’-高压管线，9’-储气输出管线，10’-空气膨胀机组进气管线，11’ -空气膨胀机进气管线，12 ’ -空气膨胀机排气管线，13 ’ -排放管线，14’ -第一冷却水输出管线，15 ’ -第二冷却水输出管线，16 ’ -冷却水回水管线。
【具体实施方式】
[0024]为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合【具体实施方式】，进一步阐述本实用新型。
[0025]请参阅图1，本实用新型提供一种技术方案:
[0026]—种用于燃气轮机试验台的综合气源系统，包括电动机2、空气压缩子系统、储气装置9、空气净化装置11、空气膨胀机组17、发电机21和冷却水子系统;供电电网I向电动机2提供电源，电动机2带动空气压缩子系统将环境空气经空气进气管线I’吸入后压缩成低压、中压和高压压缩空气，低压和中压压缩空气可以分别输出给储气装置9和空气净化装置11，高压压缩空气直接输出给储气装置9;储气装置9中的压缩空气可以分别输出给空气净化装置11和空气膨胀机组17，其可以存储低压、中压和高压压缩空气，储气装置9可以为高压容器或者地下洞穴;空气净化装置11将低压、中压和高压压缩空气净化、过滤后分别输出给试验台15，其包括低压净化组件、中压净化组件和高压净化组件，内部分布低压、中压和高压三种不同管路，用于除去压缩空气中的水、油等杂质，净化方式不限分子筛吸附式以及机械过滤式;空气膨胀机组17与发电机21传动连接，压缩空气进入空气膨胀机组17做功发电后分别输出给空气净化装置11和经排放管线13’排入大气中，发电机21将压缩空气膨胀做功发出的电能输出到发电电网22中；冷却水子系统包括储水装置24和水栗25，储水装置24可以为地下水池或密闭容器，水栗25可以为一台或多台，其结构不限轴流式、混流式或者离心式栗其中的一种或多种的组合，在水栗25的作用下分别将冷却水沿两路输出，一路沿第一冷却水输出管线14’输出给空气压缩子系统用于冷却，另一路沿第二冷却水输出管线15’输出给空气膨胀机组17用于冷却，从空气压缩子系统和空气膨胀机组17输出的冷却水先进入蓄热器8中进行热交换(即进行冷却)，再沿冷却水回水管线16’返回储水装置24。
[0027]本实用新型的一种用于燃气轮机试验台的综合气源系统还包括蓄热器8，所述蓄热器8为内部填充有换热介质的绝热容器，蓄热器8用于对空气压缩子系统中的压缩空气进行吸热冷却、对空气膨胀机组17中的压缩空气进行加热、对从空气压缩子系统和空气膨胀机组17输出的冷却水进行返回储水装置24前的吸热冷却和向外部热源用户23提供热源。空气压缩子系统工作过程中产生的热能(包括空气压缩热和设备摩擦热)通过换热存储到蓄热器8中，用于为参与膨胀做功的压缩空气加热和对外提供热源。
[0028]所述空气压缩子系统包括串联布置的离心式压缩机组3和活塞式压缩机组5，离心式压缩机组3和活塞式压缩机组5分别由一电动机2驱动，离心式压缩机组3为多级结构，本实施例只示出2级，环境空气经2级压缩后达到系统所需低压气源要求，所述活塞式压缩机组5包括串联在一起的中压活塞式压缩机6和高压活塞式压缩机7。所述离心式压缩机组3将环境空气压缩成低压压缩空气，低压压缩空气经第一低压管线2’进入蓄热器8吸热冷却后可以分成三路气流，一路输出给中压活塞式压缩机6，另一路经第二低压管线3’输出给储气装置9，最后一路经第三低压管线4，输出给空气净化装置11 ο中压活塞式压缩机6将进入的低压压缩空气进一步压缩成中压压缩空气，其输出的中压压缩空气经第一中压管线5’进入蓄热器8吸热冷却后也可以分成三路气流，一路输出给高压活塞式压缩机7，另一路经第二中压管线6’输出给储气装置9，最后一路经第三中压管线7’输出给空气净化装置11。高压活塞式压缩机7将进入的中压压缩空气进一步压缩成高压压缩空气，其输出的高压压缩空气经高压管线8’进入蓄热器8吸热冷却后直接输出给储气装置9，且从储气装置9中经储气输出管线9’输出给空气净化装置U。在第三低压管线4’和第三中压管线7’都设有调压阀和流量计，用于调节低压和中压压缩空气参数。所述低压、中压和高压压缩空气与蓄热器中的换热介质充分接触换热，将压缩热存储到蓄热器中。
[0029]空气压缩子系统可以实现分级供气，当只需要低压气源时，活塞式压缩机组5不运行，低压压缩空气只沿第三低压管线4’输出给空气净化装置11;当需要低压和中压两种气源时，高压活塞式压缩机7不带负载运行，低压压缩空气和中压压缩空气分别只沿第三低压管线4’和第三中压管线7’输出给空气净化装置11;当只需要中压气源时，高压活塞式压缩机7不带负载运行，低压压缩空气全部进入中压活塞式压缩机6，产生的中压压缩空气沿第三中压管线7’输出给空气净化装置11;当只需要高压气源时，低压压缩空气全部进入中压活塞式压缩机6，产生的中压压缩空气全部进入高压活塞式压缩机7，产生的高压压缩空气输出给储气装置9，并从储气装置9中经储气输出管线9’输出给空气净化装置11;当需要中压和高压两种气源时，低压压缩空气全部进入中压活塞式压缩机6，产生的中压压缩空气一部分进入高压活塞式压缩机7中产生高压压缩空气，另一部分沿第三中压管线7’输出给空气净化装置11;当需要低压和高压两种气源时，低压压缩空气一部分沿第三低压管线4’输出给空气净化装置11，另一部分进入到中压活塞式压缩机6，产生的中压压缩空气全部进入到高压活塞式压缩机7中。
[0030]为了稳定低压压缩空气，在离心式压缩机组3和活塞式压缩机组5之间设置有第一低压缓冲罐4，低压压缩空气经第一低压管线2’进入蓄热器8冷却后先输出给第一低压缓冲罐4，再从第一低压缓冲罐4分别输出给中压活塞式压缩机6、储气装置9和空气净化装置11。
[0031]所述储气装置9中输出的压缩空气分为两路，一路经储气输出管线9’输出给空气净化装置11，储气输出管线9’上设有第一调压阀10，通过第一调压阀10的调压，实现为燃气轮机试验台提供不同压力等级的压缩空气，另一路经空气膨胀机组进气管线10’输出给空气膨胀机组17，空气膨胀机组进气管线10’设有第二调压阀16，用于调节压缩空气参数，使其与空气膨胀机组17中的第一级空气膨胀机的进口参数相匹配。由于本系统中设置有储气装置9，因此可以根据试验台的实际需求，在不启动空气压缩子系统的情况下向试验台供Ho
[0032]空气膨胀机组17包括由多级空气膨胀机18串联而成，本实施例只示出四级结构。压缩空气沿空气膨胀机组进气管线10’进入到第一级空气膨胀机18中膨胀做功，膨胀后沿两条管路输出，一路沿空气膨胀机进气管线11’经蓄热器8加热后进入到下一级空气膨胀机18中，另一路沿空气膨胀机排气管线12’输出给空气净化装置11。在空气膨胀机进气管线11’上设有第三调压阀19，用于调节压缩空气参数，使其与空气膨胀机组17中各级空气膨胀机18的进口参数相匹配。在空气膨胀机排气管线12’上也设置有调压阀和流量计，用于调节进入空气净化装置11中的压缩空气参数。前三级空气膨胀机18的排气管线12’上的压缩空气可以通过调压阀分别控制向空气净化装置11输出的压缩空气参数，从而可以提高设备的利用率。从第四级空气膨胀机18输出的压缩空气沿排放管线13’排入大气中，为了消除排放压缩空气时产生的噪音，在排放管线13’上安装有消音装置。
[0033]为了稳定各个级别的压缩空气，在空气净化装置11的排气管线上并联设置有第二低压缓冲罐12、中压缓冲罐13和高压缓冲罐14，第二低压缓冲罐12、中压缓冲罐13和高压缓冲罐14分别与空气净化装置11中的低压净化组件、中压净化组件和高压净化组件连通。
[0034]本实用新型一种用于燃气轮机试验台的综合气源系统结构完整，是一个综合性气源系统，可以提供不同参数要求的洁净气源，能够满足燃气轮机试验台对于不同类型气源的需求。同时可以利用峰谷电价差异，在波谷时存储压缩空气，然后在不同时段提供给试验台使用，余量压缩空气可以通过空气膨胀机组做功发电并入电网，从而提高能源利用率，回收部分电能降低运营成本。
[0035]以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点，对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
[0036]此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
【主权项】
1.一种用于燃气轮机试验台的综合气源系统，其特征在于: 包括电动机、空气压缩子系统、储气装置、空气净化装置、空气膨胀机组、发电机和冷却水子系统； 电动机带动空气压缩子系统将环境空气压缩成低压、中压和高压压缩空气，低压和中压压缩空气可以分别输出给储气装置和空气净化装置，高压压缩空气直接输出给储气装置，实现分级供气； 储气装置中的压缩空气可以分别输出给空气净化装置和空气膨胀机组； 空气净化装置将低压、中压和高压压缩空气净化、过滤后分别输出给试验台； 空气膨胀机组与发电机传动连接，压缩空气进入空气膨胀机组做功发电同时可以输出给空气净化装置，尾气经排放管线排入大气中； 冷却水子系统包括储水装置和水栗，在水栗的作用下分别将冷却水输出给空气压缩子系统和空气膨胀机组。2.根据权利要求1所述的一种用于燃气轮机试验台的综合气源系统，其特征在于:还包括蓄热器，用于对空气压缩子系统中的压缩空气进行吸热冷却、对空气膨胀机组中的压缩空气进行加热、对从空气压缩子系统和空气膨胀机组输出的冷却水进行返回储水装置前的吸热冷却和向外部热源用户提供热源，所述蓄热器为内部填充有换热介质的绝热容器。3.根据权利要求2所述的一种用于燃气轮机试验台的综合气源系统，其特征在于:所述空气压缩子系统包括串联布置的离心式压缩机组和活塞式压缩机组，所述离心式压缩机组为多级结构，所述活塞式压缩机组包括中压和高压活塞式压缩机，所述离心式压缩机组将环境空气压缩成低压压缩空气，低压压缩空气经蓄热器吸热冷却后可以分别输出给中压活塞式压缩机、储气装置和空气净化装置，中压活塞式压缩机输出的中压压缩空气经蓄热器吸热冷却后可以分别输出给高压活塞式压缩机、储气装置和空气净化装置，高压活塞式压缩机输出的高压压缩空气经蓄热器吸热冷却后直接输出给储气装置。4.根据权利要求3所述的一种用于燃气轮机试验台的综合气源系统，其特征在于:在所述离心式压缩机组和活塞式压缩机组之间设置有第一低压缓冲罐，低压压缩空气经蓄热器吸热冷却后先输出给第一低压缓冲罐，再从第一低压缓冲罐分别输出给中压活塞式压缩机、储气装置和空气净化装置。5.根据权利要求4所述的一种用于燃气轮机试验台的综合气源系统，其特征在于:所述储气装置中输出的压缩空气可以经第一调压阀调压后输出给空气净化装置并最终供给试验台使用，或者经第二调压阀调压后输出给空气膨胀机组做功发电。6.根据权利要求5所述的一种用于燃气轮机试验台的综合气源系统，其特征在于:所述空气膨胀机组为多级结构，压缩空气从上一级空气膨胀机膨胀做功后分别输出给空气净化装置和下一级空气膨胀机，压缩空气进入下一级空气膨胀机之前经蓄热器加热，从最后一级空气膨胀机输出的压缩空气排入大气中。7.根据权利要求6所述的一种用于燃气轮机试验台的综合气源系统，其特征在于:经蓄热器加热的压缩空气在进入下一级空气膨胀机之前经第三调压阀调压，以匹配下一级空气膨胀机进口参数。8.根据权利要求7所述的一种用于燃气轮机试验台的综合气源系统，其特征在于:在所述排放管线上安装有消音装置。9.根据权利要求8所述的一种用于燃气轮机试验台的综合气源系统，其特征在于:在空气净化装置的排气管线上并联设置有第二低压缓冲罐、中压缓冲罐和高压缓冲罐。
【文档编号】F04B41/02GK205618209SQ201620356746
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2016年4月26日
【发明人】刘金超, 谭春青, 赵洪雷, 高庆, 田拥胜, 孟丽, 张永军, 张华良, 杨超, 孟爱红, 杜圆
【申请人】中科合肥微小型燃气轮机研究院有限责任公司