用于燃气涡轮机的燃烧试验台、燃烧试验控制方法和装置与流程

本发明涉及燃气涡轮机技术领域，特别是涉及一种用于燃气涡轮机的燃烧试验台、燃烧试验控制方法和装置。

背景技术：

燃气涡轮机作为一种辅助动力装置，具有结构紧凑、重量轻、维护费用低等特点，被广泛应用于分布式能源发电领域。燃烧室是燃气涡轮机中重要组成部分之一，其性能是体现燃气涡轮机先进性的重要标志。

燃烧试验台实验研究系统可以在进行常压及高压条件下对微型燃气涡轮机燃烧室性能及相关燃烧技术的研究，为自主设计及开发微型燃气涡轮机燃烧室及整机产品奠定了基础。燃烧试验台主要包括气源设备、回热设备、试验段设备和排气设备，其中：气源设备、回热设备和试验段设备依次连接，排气设备分别与气源设备、回热设备和试验段设备连接。由于燃烧试验台在试验过程中需要控制试验温度条件，回热设备通常采用电加热器或预燃燃烧室对进入试验段设备的空气进行预热。

上述现有技术存在的缺陷在于，当采用电加热器预热空气时，电加热器的用电功率较大，一般的燃烧试验台难以满足；采用预燃燃烧室预热空气时，预燃不可避免地会需要消耗一定的空气，从而改变试验段设备的组分，降低了试验结果的准确性。

技术实现要素：

本发明实施例的目的是提供一种用于燃气涡轮机的燃烧试验台、燃烧试验控制方法及装置，以改变试验段设备的空气温度工况条件，从而节约能源，提高试验结果的准确性。

本发明实施例提供了一种用于燃气涡轮机的燃烧试验台，包括气源设备、回热设备、试验段设备、排气设备以及控制阀，其中：

所述试验段设备包括进气口和排气口；所述回热设备包括与所述气源设备连通的空气进口、与所述试验段设备的进气口连通的空气出口、与所述试验段设备的排气口连通的烟气进口，以及与所述排气设备连通的烟气出口；所述气源设备与所述排气设备连通；

所述控制阀包括与所述气源设备连通的第一阀口、与所述回热设备的空气进口连通的第二阀口，以及与所述试验段设备的进气口连通的第三阀口；所述控制阀具有第一工作状态和第二工作状态，当所述控制阀处于所述第一工作状态时，所述第一阀口与所述第二阀口连通，所述第三阀口关闭；当所述控制阀处于所述第二工作状态时，所述第一阀口与所述第三阀口连通，所述第二阀口关闭。

可选的，所述控制阀包括电磁阀、气动阀或电动阀。

优选的，所述燃烧试验台还包括设置于所述回热设备的烟气进口和所述试验段设备的排气口之间管路上的冷却设备，所述冷却设备用于冷却所述试验段设备的排气口排出的烟气。

较佳的，所述冷却设备包括换热器和冷却水循环设备，所述冷却水循环设备具有进口和出口，所述换热器具有与所述试验段设备的排气口连通的高温燃气进口、与所述回热设备的烟气进口连通的高温燃气出口、与所述冷却水循环设备的出口连通的冷却水进口，以及与所述冷却水循环设备的进口连通的冷却水出口。

优选的，所述燃烧试验台还包括：

第一温度检测设备，设置于所述试验段设备的进气口处，用于检测所述进气口处空气的温度；

控制设备，分别与控制阀和第一温度检测设备连接，用于获取第一温度检测设备所检测的所述进气口处空气的温度值；当所述第一温度检测设备所检测的空气温度值低于设定的第一温度阈值时，控制所述控制阀的第一阀口与第二阀口连通，并关闭所述控制阀的第三阀口；及当所述第一温度检测设备所检测的空气温度值高于设定的第二温度阈值时，控制所述控制阀门的第一阀口与第三阀口连通，并关闭所述控制阀的第二阀口。

较佳的，所述燃烧试验台还包括设置于所述气源设备和所述回热设备之间的管路上且分别与所述控制设备连接的第一流量计和第一流量阀；

所述控制设备还用于当所述第一流量计所检测的空气流量值大于设定的第一流量阈值时，控制所述第一流量阀的开度减小；及当所述第一流量计所检测的空气流量值小于设定的第二流量阈值时，控制所述第一流量阀的开度增大。

较佳的，所述燃烧试验台还包括设置于所述试验段设备的进气口处且用于检测所述进气口处空气的压力的压力计，以及设置于所述排气设备和所述回热设备的烟气出口之间的管路上且与所述控制设备连接的第二流量阀；

所述控制设备还用于当所述压力计所检测的空气压力值大于设定的空气压力阈值时，控制所述第二流量阀的开度减小；及当所述压力计所检测的空气压力值小于设定的空气压力阈值时，控制所述第二流量阀的开度增大。

较佳的，所述燃烧试验台还包括设置于所述回热设备的烟气进口的第二温度检测设备，所述第二温度检测设备用于检测所述烟气进口处烟气的温度，所述冷却设备还包括设置于所述换热器的冷却水进口和所述冷却水循环设备的出口之间的管路上且与所述控制设备连接的第三流量阀；

所述控制设备还用于当所述第二温度检测设备所检测的所述烟气进口处烟气的温度值低于设定的第三温度阈值时，控制所述第三流量阀的开度减小；及当所述第二温度检测设备所检测的所述烟气进口处烟气的温度值高于设定的第四温度阈值时，控制所述第三流量阀的开度增大。

本发明实施例提供的用于燃气涡轮机的燃烧试验台，采用回热设备对进入试验段设备的空气进行预热，并且通过控制阀控制进入试验段设备的冷热空气比例，从而改变了试验段设备的空气温度工况条件，相比现有技术，该燃烧试验台合理利用烟气余热，更加节约能源；此外，回热设备不需要消耗试验所需的组分，从而提高了试验结果的准确性。

本发明还提供了一种应用于前述技术方案所述的燃烧试验台的燃烧试验控制方法，包括：

获取所述第一温度检测设备所检测的所述进气口处空气的温度值；

当所述第一温度检测设备所检测的空气温度值低于设定的第一温度阈值时，控制所述控制阀的第一阀口与第二阀口连通，并关闭所述控制阀的第三阀口；

当所述第一温度检测设备所检测的空气温度值高于设定的第二温度阈值时，控制所述控制阀门的第一阀口与第三阀口连通，并关闭所述控制阀的第二阀口。

本发明实施例提供的燃烧试验控制方法，可以根据第一温度检测设备所检测的空气温度值，自动控制控制阀的各个阀口的开闭，从而改变了试验段设备的空气温度工况条件，相比现有技术，该燃烧试验控制方法合理利用烟气余热，更加节约能源；此外，该燃烧试验控制方法自动控制控制阀，进一步提高了试验结果的准确性。

本发明还提供了一种应用于前述技术方案所述的燃烧试验台的燃烧试验控制装置，包括：

第一获取单元，用于获取所述第一温度检测设备所检测的所述进气口处空气的温度值；

第一控制单元，用于当所述第一温度检测设备所检测的空气温度值低于设定的第一温度阈值时，控制所述控制阀的第一阀口与第二阀口连通，并关闭所述控制阀的第三阀口；当所述第一温度检测设备所检测的空气温度值高于设定的第二温度阈值时，控制所述控制阀门的第一阀口与第三阀口连通，并关闭所述控制阀的第二阀口。

本发明实施例提供的燃烧试验控制装置，第一控制单元根据第一获取单元所获取的温度值，进行判断后自动控制控制阀的各个阀口的开闭，从而改变了试验段设备的空气温度工况条件，相比现有技术，该燃烧试验控制装置合理利用烟气余热，更加节约能源；此外，第一控制单元自动控制控制阀，进一步提高了试验结果的准确性。

附图说明

图1为本发明一实施例燃烧试验台的一示意图；

图2为本发明一实施例燃烧试验台的另一示意图；

图3为本发明实施例燃烧试验台的回热设备的示意图；

图4为本发明另一实施例燃烧试验台的示意图；

图5为本发明实施例燃烧试验台的冷却设备的示意图；

图6为本发明另一实施例燃烧试验台的示意图；

图7为本发明实施例燃烧试验控制方法的示意图；

图8为本发明实施例燃烧试验控制装置的示意图。

附图标记：

1-气源设备；2-回热设备；3-试验段设备；4-排气设备；5-控制阀；

6-冷却设备；7-第一温度检测设备；8-第一流量计；9-第一流量阀；

10-止回阀；11-第二流量阀；12-第三流量阀；13-燃料供给设备；

22-空气进口；23-空气出口；24-烟气进口；25-烟气出口；31-进气口；

32-排气口；51-第一阀口；52-第二阀口；53-第三阀口；61-换热器；

62-冷却水循环设备；63-高温燃气进口；64-高温燃气出口；

65-冷却水进口；66-冷却水出口；67-进口；68-出口；

80-燃烧试验控制装置；81-第一获取单元；82-第一控制单元。

具体实施方式

为了改变试验段设备的空气温度工况条件，从而节约能源，提高试验结果的准确性，本发明实施例提供了一种用于燃气涡轮机的燃烧试验台、燃烧试验控制方法和装置。为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下举实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，本发明实施例提供了一种用于燃气涡轮机的燃烧试验台，包括气源设备1、回热设备2、试验段设备3、排气设备4以及控制阀5，其中：

试验段设备3包括进气口31和排气口32；回热设备2包括与气源设备1连通的空气进口22、与试验段设备3的进气口31连通的空气出口23、与试验段设备3的排气口32连通的烟气进口24，以及与排气设备4连通的烟气出口25；气源设备1与排气设备4连通；

控制阀5包括与气源设备1连通的第一阀口51、与回热设备2的空气进口22连通的第二阀口52，以及与试验段设备3的进气口31连通的第三阀口53；控制阀5具有第一工作状态和第二工作状态，当控制阀5处于第一工作状态时，第一阀口51与第二阀口52连通，第三阀口53关闭；当控制阀5处于第二工作状态时，第一阀口51与第三阀口53连通，第二阀口52关闭。

本发明实施例提供的用于燃气涡轮机的燃烧试验台，采用回热设备2对进入试验段设备3的空气进行预热，并且通过控制阀5控制进入试验段设备3的冷热空气比例，从而改变了试验段设备3的空气温度工况条件，相比现有技术，该燃烧试验台合理利用烟气余热，更加节约能源；此外，回热设备2不需要消耗试验所需的组分，从而提高了试验结果的准确性。

在本实施例中，控制阀5的具体类型不限，例如可以为电磁阀、气动阀或电动阀。

如图2和图3所示，气源设备1将压缩后的空气排入回热设备2的空气进口22，从试验段设备3的排气口32排出的高温燃气从烟气进口24进入回热设备2，压缩后的空气在回热设备2里与高温燃气进行热交换后从空气出口23排出，然后再进入试验段设备3的进气口31，热交换后的烟气从烟气出口25排入排气设备4。相比现有技术，该回热设备2利用试验段设备3排出的烟气对压缩空气进行预热，使进入试验段设备3的空气能够达到实验所需的工况温度，从而节约能源；此外，回热设备2不需要消耗试验所需的组分，从而提高了试验结果的准确性。

如图4和图5所示，在本发明的实施例中，优选的，燃烧试验台还包括设置于回热设备2的烟气进口24和试验段设备3的排气口32之间管路上的冷却设备6，冷却设备6用于冷却试验段设备3的排气口32排出的烟气。冷却设备6包括换热器61和冷却水循环设备62，冷却水循环设备62具有进口67和出口68，换热器61具有与试验段设备3的排气口32连通的高温燃气进口63、与回热设备2的烟气进口24连通的高温燃气出口64、与冷却水循环设备62的出口68连通的冷却水进口65，以及与冷却水循环设备62进口67连通的冷却水出口66。试验段设备3的排气口32排出的高温燃气从高温燃气进口63进入换热器61，从冷却水循环设备62的出口68流出冷却水从冷却水进口65进入换热器61，高温燃气在换热器61内与冷却水进行热交换后降温，并从高温燃气出口64排入回热设备2，热交换后的冷却水从进口67流回冷却水循环设备62，这样，可以减少高温燃气的温度过高对回热设备2带来的损害。

如图4和图6所示，较佳的，燃烧试验台还包括：第一温度检测设备7，设置于试验段设备3的进气口31处，用于检测进气口31处空气的温度；控制设备(图中未示出)，分别与控制阀5和第一温度检测设备7连接，用于获取第一温度检测设备7所检测的进气口31处空气的温度值；当第一温度检测设备7所检测的空气温度值低于设定的第一温度阈值时，控制控制阀5的第一阀口51与第二阀口52连通，并关闭控制阀5的第三阀口53；及当第一温度检测设备7所检测的空气温度值高于设定的第二温度阈值时，控制控制阀5门的第一阀口51与第三阀口53连通，并关闭控制阀5的第二阀口52。这样，控制设备可以根据第一温度检测设备7所检测的空气温度，自动控制控制阀5的各个阀口的开闭，从而改变了试验段设备3的空气温度工况条件，进一步提高了试验结果的准确性。其中，第一温度阈值和第二温度阈值分别为试验段设备3进行试验时所需的最低工况温度和最高工况温度，可根据经验确定。

如图6所示，在本发明的实施例中，较佳的，燃烧试验台还包括设置于气源设备1和回热设备2之间的管路上且分别与控制设备连接的第一流量计8和第一流量阀9；控制设备还用于当第一流量计8所检测的空气流量值大于设定的第一流量阈值时，控制第一流量阀9的开度减小；及当第一流量计8所检测的空气流量值小于设定的第二流量阈值时，控制第一流量阀9的开度增大。这样，控制设备可以自动控制第一流量阀9以改变试验段设备3的空气温度工况条件。其中，第一流量阈值和第二流量阈值分别为回热设备2的空气进口的最高工作流量和最低工作流量，可根据经验确定。

较佳的，燃烧试验台还包括设置于试验段设备3的进气口31处且用于检测进气口31处空气的压力的压力计(图中未示出)，以及设置于排气设备4和回热设备2的烟气出口25之间的管路上且与控制设备连接的第二流量阀11；控制设备还用于当压力计所检测的空气压力值大于设定的空气压力阈值时，控制第二流量阀11的开度减小；当压力计所检测的空气压力值小于设定的空气压力阈值时，控制第二流量阀11的开度增大。其中，空气压力阈值为试验段设备3的进气口31处所需的工况压力，可根据经验确定。

优选的，回热设备2的烟气出口25和第二流量阀11之间的管路上还设置有止回阀10，防止烟气倒流入回热设备2。

较佳的，还包括设置于回热设备2的烟气进口24的第二温度检测设备(图中未示出)，第二温度检测设备用于检测烟气进口34处烟气的温度，冷却设备6还包括设置于换热器61的冷却水进口65和冷却水循环设备62的出口68之间的管路上且与控制设备连接的第三流量阀12；控制设备还用于当第二温度检测设备所检测的烟气进口24处烟气的温度值低于设定的第三温度阈值时，控制所述第三流量阀12的开度减小；及当第二温度检测设备所检测的烟气进口24处烟气的温度值高于设定的第四温度阈值时，控制第三流量阀12的开度增大。这样控制设备可以自动控制进入换热器61的冷却水的流量，从而可以控制高温燃气的温度。

其中，第三温度阈值和第四温度阈值分别为回热设备进行热交换时所需的最低烟气温度和最高烟气温度，可根据经验确定。

如图6所示，在本发明的实施例中，燃烧试验台还包括与试验段设备3连接且用于向试验段设备3提供燃料的燃料供给设备13，该燃料供给设备13可以及时、持续地向试验段设备3提供燃料，从而进一步提高试验结果的准确性。

在本发明的实施例中，试验段设备3还包括转接段、试验段和测量段，转接段用于将需要试验的燃烧室与试验段设备3连接，试验段用于对燃烧室进行试验，测量段用于获取试验所得到的试验数据。

如图7所示，本发明还提供了一种应用于前述实施例的燃烧试验台的燃烧试验控制方法，包括：

步骤101、获取第一温度检测设备所检测的进气口处空气的温度值；

步骤102、当第一温度检测设备所检测的空气温度值低于设定的第一温度阈值时，控制控制阀的第一阀口与第二阀口连通，并关闭控制阀的第三阀口；

步骤103、当第一温度检测设备所检测的空气温度值高于设定的第二温度阈值时，控制控制阀门的第一阀口与第三阀口连通，并关闭控制阀的第二阀口。

本发明实施例提供的燃烧试验控制方法，可以根据第一温度检测设备所检测的空气温度值，自动控制控制阀的各个阀口的开闭，从而改变了试验段设备的空气温度工况条件，相比现有技术，该燃烧试验控制方法合理利用烟气余热，更加节约能源；此外，该燃烧试验控制方法自动控制控制阀，进一步提高了试验结果的准确性。

较佳的，当燃烧试验台还包括设置于气源设备和回热设备之间的管路上且分别与控制设备连接的第一流量计和第一流量阀时，控制方法还包括：

获取第一流量计所检测的气源设备和回热设备之间的管路上空气的流量值；

当第一流量计所检测的空气流量值大于设定的第一流量阈值时，控制第一流量阀的开度减小；

当第一流量计所检测的空气流量值小于设定的第二流量阈值时，控制第一流量阀的开度增大。这样，控制设备可以自动控制第一流量阀以改变试验段设备的空气温度工况条件。

较佳的，当燃烧试验台还包括设置于试验段设备的进气口处且用于检测进气口处空气的压力的压力计，以及设置于排气设备和回热设备的烟气出口之间的管路上且与控制设备连接的第二流量阀时，控制方法还包括：

获取压力计所检测的试验段设备的进气口处空气的压力值；

当压力计所检测的空气压力值大于设定的空气压力阈值时，控制第二流量阀的开度减小；

当压力计所检测的空气压力值小于设定的空气压力阈值时，控制第二流量阀的开度增大。控制设备可以自动控制第二流量阀的开度，可以调节回热设备中的烟气量，进一步调节回热设备的气体压力。

较佳的，当燃烧试验台还包括设置于回热设备的烟气进口的第二温度检测设备，且冷却设备还包括设置于换热器的冷却水进口和冷却水循环设备的出口之间的管路上且与控制设备连接的第三流量阀时，控制方法还包括：

获取第二温度检测设备所检测的烟气进口处烟气的温度值；

当第二温度检测设备所检测的烟气温度值低于设定的第三温度阈值时，控制第三流量阀的开度减小；

当第二温度检测设备所检测的烟气温度高于设定的第四温度阈值时，控制第三流量阀的开度增大。这样控制设备可以自动控制进入换热器的冷却水的流量，从而可以控制高温燃气的温度。

如图8所示，本发明还提供了一种应用于前述实施例的燃烧试验台的燃烧试验控制装置80，包括：

第一获取单元81，用于获取第一温度检测设备所检测的进气口处空气的温度值；

第一控制单元82，用于当第一温度检测设备所检测的空气温度值低于设定的第一温度阈值时，控制控制阀的第一阀口与第二阀口连通，并关闭控制阀的第三阀口；当第一温度检测设备所检测的空气温度值高于设定的第二温度阈值时，控制控制阀门的第一阀口与第三阀口连通，并关闭控制阀的第二阀口。

本发明实施例提供的燃烧试验控制装置80，第一控制单元82根据第一获取单元81所获取的温度值，进行判断后自动控制控制阀的各个阀口的开闭，从而改变了试验段设备的空气温度工况条件，相比现有技术，燃烧试验控制装置80合理利用烟气余热，更加节约能源；此外，第一控制单元82自动控制控制阀，进一步提高了试验结果的准确性。

较佳的，当燃烧试验台还包括设置于气源设备和回热设备之间的管路上且分别与控制设备连接的第一流量计和第一流量阀时，燃烧试验控制装置80还包括：

第二获取单元，用于获取第一流量计所检测的气源设备和回热设备之间的管路上空气的流量值；

第二控制单元，用于当第一流量计所检测的空气流量值大于设定的第一流量阈值时，控制第一流量阀的开度减小；当第一流量计所检测的空气流量值小于设定的第二流量阈值时，控制第一流量阀的开度增大。这样，第二控制单元可以自动控制第一流量阀调节试验段设备所需的空气流量及压力。

较佳的，当燃烧试验台还包括设置于试验段设备的进气口处且用于检测进气口处空气的压力的压力计，以及设置于排气设备和回热设备的烟气出口之间的管路上且与控制设备连接的第二流量阀时，燃烧试验控制装置80还包括：

第三获取单元，用于获取压力计所检测的试验段设备的进气口处空气的压力值；

第三控制单元，用于当压力计所检测的空气压力值大于设定的空气压力阈值时，控制第二流量阀的开度减小；当压力计所检测的空气压力值小于设定的空气压力阈值时，控制第二流量阀的开度增大。第三控制单元可以自动控制第二流量阀的开度，可以调节回热设备中的烟气量，进一步调节回热设备的气体压力。

较佳的，当燃烧试验台还包括设置于回热设备的烟气进口的第二温度检测设备，且冷却设备还包括设置于换热器的冷却水进口和冷却水循环设备的出口之间的管路上且与控制设备连接的第三流量阀时，燃烧试验控制装置80还包括：

第四获取单元，用于获取第二温度检测设备所检测的烟气进口处烟气的温度值；

第四控制单元，用于当第二温度检测设备所检测的烟气温度值低于设定的第三温度阈值时，控制第三流量阀的开度减小；当第二温度检测设备所检测的烟气温度高于设定的第四温度阈值时，控制第三流量阀的开度增大。这样第四控制单元可以自动控制进入换热器的冷却水的流量，从而可以控制高温燃气的温度。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。