一种回热器模块流动换热试验台的制作方法

[0001]
本实用新型涉及燃气轮机装置领域，具体涉及一种针对微型燃气轮机的回热器模块的流动换热试验台。


背景技术：

[0002]
燃气轮机作为一种高效、节能、低污染的动力装置，广泛应用到能源、电力、舰船等各个领域。对于微小型燃气轮机的研究，近年来逐渐成为一个热门的发展方向，因其具有结构紧凑、重量轻便、多燃料性能、低污染排放、低噪音、高性能等各方面的优势，可以满足各国民经济重要领域对分布式电站、移动供电等的需要，特别是作为国防军事，更是不可或缺的动力装置。随着分布式发电的需求增加，输出功率范围在几十到几百千瓦的微型燃气轮机技术，得到了人们广泛关注。然而，无回热循环的微燃机发电效率通常≤20％，发电效率不高，采用回热循环后，微燃机发电效率可大幅度提高到30％～33％，同时，利用燃气轮机排出的高温烟气加热压缩空气，可以减少燃料消耗50％左右，若加入冷、热、电联产，综合效率可达到80％以上。
[0003]
回热器作为一种高紧凑度的换热设备，逐渐成为燃机系统不可或缺的设备。现有技术中，对回热器设备的相关试验平台描述比较少，也缺少对相应的调试方法的描述，而且，现有的气-气换热试验台占地面积大，且多需要人员配合现场操作、工作量大，费时费力等问题，设。
[0004]
因此，需提供一种可以在pc端即可对试验所需要的介质流量、温度进行精确调节的试验台，节约大量时间，减少工作量，提高工作效率。


技术实现要素：

[0005]
本实用新型是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种回热器模块的流动和换热检测试验台，实现气-气换热目的，探究回热器产品热工性能。
[0006]
本实用新型提供了一种回热器模块流动换热试验台，其特征在于，所述试验台包括：送风系统，用于对冷热侧流体管道提供并输送一定量的空气；电加热系统，用于加热送风系统输出的空气至试验温度；测量系统，与所述送风系统和所述电加热系统分别连接，用于测量回热器模块的流体热工参数；以及数采控制系统，分别与所述送风系统，所述电加热系统和所述测量系统连接，用于控制所述送风系统、所述电加热系统和所述测量系统工作，其中，所述流体热工参数包括流体温度、流体压力、流体差压和流量。
[0007]
本实用新型所提供的一种回热器模块流动换热试验台，还具有这样的特征，所述送风系统包括冷侧流体送风子系统和热侧流体送风子系统，所述冷侧流体送风子系统包括依次连接的第一变频离心风机、第一软连接件和第一三通管，所述第一三通管的两个出口分别连接第一主路电动阀和第一旁路电动阀，所述第一主路电动阀与所述测量系统连接，所述第一旁路电动阀连接第二三通管的一个入口，所述第二三通管的另一个入口与所述测量系统连接；所述热侧流体送风子系统包括依次连接的第二变频离心风机、第二软连接件
和第三三通管，所述第三三通管的两个出口分别连接第二主路电动阀和第二旁路电动阀，所述第二主路电动阀与所述电加热系统连接。
[0008]
本实用新型所提供的一种回热器模块流动换热试验台，还具有这样的特征，所述第一变频离心风机和所述第二变频离心风机内部设有变频电机，外置变频器。
[0009]
本实用新型所提供的一种回热器模块流动换热试验台，还具有这样的特征，所述电加热系统包括：电加热器，用于将通过第二主路电动阀进入第二主路的空气加热至所述数采控制系统所设定的温度；以及高温管道膨胀节，与电加热器和测量系统连接，用于减少流体管道因温差产生的热应力，所述高温管道膨胀节与所述测量系统之间设有第二空气稳流器。
[0010]
本实用新型所提供的一种回热器模块流动换热试验台，还具有这样的特征，所述电加热器包括：k型热电偶，设置于电加热管始端位置，用于测量炉膛温度；以及pt100热电阻，设置在出口管位置，用于测量电加热器的出口温度。
[0011]
本实用新型所提供的一种回热器模块流动换热试验台，还具有这样的特征，所述电加热器外置可控硅调压器。
[0012]
本实用新型所提供的一种回热器模块流动换热试验台，还具有这样的特征，所述第一主路电动阀的出口与所述测量系统之间设有第一空气稳流器。
[0013]
本实用新型所提供的一种回热器模块流动换热试验台，还具有这样的特征，所述第一空气稳流器包括多层阻尼网和多孔板组合而成的稳流器。
[0014]
本实用新型所提供的一种回热器模块流动换热试验台，还具有这样的特征，所述多层阻尼网包括3层阻尼网，所述多孔板包括蜂窝多孔板。
[0015]
本实用新型所提供的一种回热器模块流动换热试验台，还具有这样的特征，所述测量系统包括与回热器模块第一入口连接的第一测温/测压直管段、与回热器模块第一出口连接的第二测温/测压直管段、与回热器模块第二入口连接的第三测温/测压直管段和与回热器模块第二出口连接的第四测温/测压直管段，所述第一测温/测压直管段与所述第一空气稳流器连接，所述第一测温/测压直管段上按流体流动方向依次设有第一涡街流量计、第一压力变送器和第一温度测点；所述第二测温/测压直管段通过第一气体止回阀与所述第二三通管连接，所述第二测温/测压直管段上按流体流动方向依次设有第二温度测点和第二压力变送器；所述第三测温/测压直管段与所述第二空气稳流器连接，所述第三测温/测压直管道上按流体流动方向依次设有第二涡街流量计、第三压力变送器和第三温度测点；所述第四测温/测压直管段与第四三通管的一个入口连接，所述第四测温/测压直管段上按流体方向依次设有第四温度测点和第四压力变送器，所述回热器模块第一入口与所述回热器模块第一出口之间通过第一差压变送器连接，所述回热器模块第二出口与所述回热器模块第二入口之间通过第二差压变送器连接。
[0016]
本实用新型所提供的一种回热器模块流动换热试验台，还具有这样的特征，所述第四测温/测压直管段与所述第四三通管之间设有第二气体止回阀。
[0017]
本实用新型所提供的一种回热器模块流动换热试验台，还具有这样的特征，所述第二三通管出口连接有第一管道消声器及排放装置，所述第四三通管的另一个入口与所述第二旁路电动阀连接，所述第四三通管的出口连接有第二管道消声器及排放装置。
[0018]
本实用新型所提供的一种回热器模块流动换热试验台，还具有这样的特征，所述
第一管道消声器及排放装置和第二管道消声器及排放装置包括高空排气装置。
[0019]
本实用新型所提供的一种回热器模块流动换热试验台，还具有这样的特征，所述第一温度测点、所述第二温度测点、所述第三温度测点和所述第四温度测点分别包括测量管道不同深度流体温度的多个温度传感器。
[0020]
本实用新型所提供的一种回热器模块流动换热试验台，还具有这样的特征，所述多个温度传感器设置在管道同一横截面上，所述多个温度传感器的深度分别包括接近管道中心、靠近管道壁面和0.25倍管道直径深度。
[0021]
本实用新型所提供的一种回热器模块流动换热试验台，还具有这样的特征，所述数采控制系统包括：可编程逻辑控制器，用于控制所述第一变频离心风机和第二变频离心风机的转速以及所述第一主路电动阀、所述第一旁路电动阀、第二主路电动阀和第二旁路电动阀的阀门开度；pc端，用于将阀门的开度、风机外置变频器实时频率、电加热器出口温度信号、各温度测点上温度传感器的温度信号、各压力测点测量的压力信号和涡街流量计测量的流体流量信号反馈在显示界面上。
[0022]
与现有技术相比，本实用新型的有益效果：
[0023]
本实用新型所提供的一种回热器模块流动换热试验台，通过可编程逻辑控制器(即plc控制模块)实现了对冷、热侧流体进行温度、压力、流量等热力学参数的实时显示与存储，并完成了阀门、风机、电加热器等设备的精确控制，减少了技术现场操作工作，该试验台可针对不同型号回热器产品进行前期模块化流动和换热试验，满足了对试验台两侧流体流量、温度等参数的调控，冷热流体互不干扰，人机交互功能优秀，工作量大大减小，提高了工作效率。
附图说明
[0024]
为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0025]
图1为回热器模块流动和换热试验台示意图；
[0026]
图2为试验台数采控制系统示意图；
[0027]
图3为管道截面温度传感器布置示意图；
[0028]
图4为稳流器示意图
[0029]
其中，100、送风系统；200、测量系统；300、电加热系统；400、数采控制系统；1、第一变频离心风机；2、第一软连接件；3、第一三通管；4、第一主路电动阀；5、第一旁路电动阀；6、第一气体止回阀；7、第一空气稳流器；8、第一涡街流量计；9、第二压力变送器；10、第二温度测点；11、第二测温/测压直管段；12、第一差压变送器；13、第一压力变送器；14、第一温度测点；15、第一测温/测压直管段；16、第四温度测点；17、第四压力变送器；18、第四测温/测压直管段；19、第二气体止回阀；20、第二管道消声器及排放装置；21、第四三通管；22、第二差压变送器；23、回热器模块；24、第三测温/测压直管段；25、第三温度测点；26、第三压力变送器；27、第二涡街流量计；28、第二空气稳流器；29、高温管道膨胀节；30、电加热器；31、第二主路电动阀；32、第二旁路电动阀；33、第三三通管；34、第二软连接件；35、第二变频离心风
机；36、第二三通管；37、第一管道消声器及排放装置；00、阻尼网；01、蜂窝多孔板。
具体实施方式
[0030]
为了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，以下实施例结合附图对本实用新型所提供的回热器模块流动换热试验台作具体阐述。
[0031]
在本实用新型实施例的描述中，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实用新型创造和简化描述，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实用新型创造的限制。
[0032]
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”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。在本实用新型创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0033]
术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，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实用新型创造中的具体含义。
[0034]
如图1-3所示，提供了一种回热器模块流动换热试验台，该试验台包括送风系统100、电加热系统200、测量系统300和数采控制系统400。
[0035]
送风系统用于对冷热侧流体管道提供并输送一定量的空气。送风系统100包括冷侧流体送风子系统和热侧流体送风子系统，所述冷侧流体送风子系统包括依次连接的第一变频离心风机1、第一软连接件2和第一三通管3，所述第一三通管3的两个出口分别连接第一主路电动阀4和第一旁路电动阀5，所述第一主路电动阀4与所述测量系统200连接，所述第一旁路电动阀5连接第二三通管36的一个入口，所述第二三通管36的另一个入口与所述测量系统200连接；所述热侧流体送风子系统包括依次连接的第二变频离心风机35、第二软连接件34和第三三通管33，所述第三三通管33的两个出口分别连接第二主路电动阀31和第二旁路电动阀32，所述第二主路电动阀31与所述电加热系统300连接。
[0036]
电加热系统300用于加热送风系统100输出的空气至试验温度。电加热系统300包括：电加热器30，用于将通过第二主路电动阀31进入第二主路的空气加热至所述数采控制系统400所设定的温度；以及高温管道膨胀节29，与电加热器30和测量系统200连接，用于减少流体管道因温差产生的热应力。经电加热系统300加热后的空气与冷空气在回热器模块内对流换热，将部分热量传递给冷侧空气和回热器模块，以及少部分与周围进行换热。
[0037]
测量系统200与所述送风系统100和所述电加热系统300分别连接，用于测量回热器模块的流体热工参数，其中，所述流体热工参数包括流体温度、流体压力、流体差压和流量。测量系统200包括与回热器模块第一入口连接的第一测温/测压直管段15、与回热器模块第一出口连接的第二测温/测压直管段11、与回热器模块第二入口连接的第三测温/测压直管段24和与回热器模块第二出口连接的第四测温/测压直管段18，所述第一测温/测压直管段15与所述第一空气稳流器7连接，所述第一测温/测压直管段15上按流体流动方向依次
设有第一涡街流量计8、第一压力变送器13和第一温度测点14；所述第二测温/测压直管段11通过第一气体止回阀6与所述第二三通管36连接，所述第二测温/测压直管段11上按流体流动方向依次设有第二温度测点10和第二压力变送器9；所述第三测温/测压直管段24与所述第二空气稳流器28连接，所述第三测温/测压直管段24上按流体流动方向依次设有第二涡街流量计27、第三压力变送器26和第三温度测点25；所述第四测温/测压直管段18与第四三通管21的一个入口连接，所述第四测温/测压直管段18上按流体方向依次设有第四温度测点16和第四压力变送器17，所述回热器模块第一入口与所述回热器模块第一出口之间通过第一差压变送器12连接，所述回热器模块第二出口与所述回热器模块第二入口之间通过第二差压变送器22连接。其中，测温/测压直管段是指一定长度的直的流体管道。第一气体止回阀6选择靠近第二三通管36右侧，防止经第一旁路电磁阀5排出的气体对测量结果产生影响。
[0038]
数采控制系统400与送风系统100、所述电加热系统300和所述测量系统200分别连接，用于控制所述送风系统100、所述电加热系统300和所述测量系统200工作。数采控制系统400包括：可编程逻辑控制器和pc端。可编程逻辑控制器用于控制所述第一变频离心风机1和第二变频离心风机35的转速以及所述第一主路电动阀4、所述第一旁路电动阀5、第二主路电动阀31和第二旁路电动阀32的阀门开度；pc端，用于将阀门的开度、风机外置变频器实时频率、电加热器出口温度信号、各温度测点上温度传感器的温度信号、各压力测点测量的压力信号和涡街流量计测量的流体流量信号反馈在显示界面上。
[0039]
工作流程(调试方法)：
[0040]
试验台开机前需要做好前期准备工作，确保各设备处于可运行状态。冷、热两侧空气在两个互相独立的流道流动，调试方法相似，冷侧流体不需要进行流体温度调节控制，针对热侧空气参数的调节进行描述，步骤如下：
[0041]
s1：检查风道是否畅通，确保风道畅通，打开第二旁路电动阀32阀门，开度为全开状态(100％)，关闭第二主路电动阀31阀门，设定第二变频离心风机35外置的变频器频率为30hz，启动第二变频离心机风机35；
[0042]
s2：
[0043]
s2.1：保持一定开度间隔(10％开度间隔)，逐渐开启第二主路电动阀31阀门；
[0044]
s2.2：观察第二涡街流量计27，若达到试验流量要求则结束阀门调节，若第二主路电动阀31阀门全开仍不能满足试验需要的流量，逐渐关闭第二旁路电动阀32阀门；
[0045]
s2.3：若第二主路电动阀31阀门全开和第二旁路电动阀32阀门全关仍不能满足试验需要的流量，再增加第二变频离心机35的运行频率，直至第二涡街流量计27反应的流量满足试验需要的流量。
[0046]
s3：通过数采控制系统调节电加热器30的温度，给定需要的出口温度(温度小于250℃)，plc可检测出口温度数值，调节电加热器30的pid参数，增加或降低电加热器30的加热功率(最高43kw)，直至温度达到数采控制系统的设定值并保持恒定。
[0047]
本实用新型所提供的一种回热器模块流动换热试验台，通过plc控制模块实现了对冷、热侧流体进行温度、压力、流量等热力学参数的实时显示与存储，并完成了阀门、风机、电加热器等设备的精确控制，减少了技术现场操作工作，该试验台可针对不同型号回热器产品进行前期模块化流动和换热试验，满足了对试验台两侧流体流量、温度等参数的调
控，冷热流体互不干扰，人机交互功能优秀，工作量大大减小，提高了工作效率。
[0048]
在本实用新型的部分实施例中，第一变频离心风机1和所述第二变频离心风机35内部设有变频电机，外置变频器。第一主路电动阀4的出口与所述测量系统200之间设有第一空气稳流器7，高温管道膨胀节29与所述测量系统200之间设有第二空气稳流器28。如图4所示，第一空气稳流器7包括多层阻尼网和多孔板组合而成的稳流器。多层阻尼网包括3层阻尼网00，所述多孔板包括蜂窝多孔板01。
[0049]
上述实施例中的空气稳流器可以使得第一变频离心风机1提供的风量经第一主路电动阀4后，在冷侧流道内稳定和均匀，利于后续流体各热工参数的测量。多层阻尼网00配合多孔板的腔体结构与空气流道连接，可以降低流体湍流度，增加流体均匀性，提高气体品质。并且高温管道膨胀节29的安装减小了流体管道因温差产生的热应力。
[0050]
在本实用新型的部分实施例中，所述电加热器30包括：k型热电偶，设置于电加热管始端位置，用于测量炉膛温度；以及pt100热电阻，设置在出口管位置，用于测量电加热器的出口温度。
[0051]
在上述实施例中，在电热管的始端位置设置k型热电偶，用于测量炉膛温度，防止了电加热器30干烧损坏设备，pt100热电阻通过采集该温度信号，西门子plc对电加热器加热功率产生热应力。
[0052]
在本实用新型的部分实施例中，所述电加热器30外置可控硅调压器。所述第四测温/测压直管段18与所述第四三通管21之间设有第二气体止回阀19。所述第二三通管36出口连接有第一管道消声器及排放装置37，所述第四三通管21的另一个入口与所述第二旁路电动阀32连接，所述第四三通管21的出口连接有第二管道消声器及排放装置20。第一管道消声器及排放装置37和第二管道消声器及排放装置20包括高空排气装置。
[0053]
在上述实施例中，因为排出气体在管道内速度比较大，会产生较大噪声，需经过消声处理，并且经换热排出后的空气温度比较高，需进行高空排气，因此增设了管道消声器及排放装置。
[0054]
在本实用新型的部分实施例中，第一温度测点14、第二温度测点10、第三温度测点25和第四温度测点16分别包括测量管道不同深度流体温度的多个温度传感器。多个温度传感器设置在管道同一横截面上，所述多个温度传感器的深度分别包括接近管道中心、靠近管道壁面和0.25倍管道直径深度。
[0055]
在上述实施例中，多个温度测点可以得到多个温度值，将这些温度值的平均值作为该测温点的温度，以进行温度精确测量。
[0056]
在本实用新型的部分实施例中，各路电动阀的阀门开度，风机外置变频器实时频率，以及电加热器出口温度信号，各温度测点上多个温度传感器的温度信号以及各压力测点测量的压力信号和涡街流量计测量的流体流量信号输出为4-20ma电流信号均经过plc进行模数转换后均反馈在研华工控机pc端的wincc编程的显示界面上。
[0057]
在上述实施例中，试验台以西门子plc作为下位机，研华工控机做为上位机，结合wincc编程控制，实现对变频离心风机、电动阀门、电加热器等设备的准确、快速控制，以满足对试验台两侧流体流量、温度等参数的调控，冷热流体互不干扰，人机交互功能优秀，工作量大大减小，提高工作效率。
[0058]
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本
实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。