.该实验系统及实验方法工艺结构简单，运行安全可靠，易于实现自动控制，闭式结构可适用于易燃、易爆及有毒气体，另外由于配有高、低压储气罐，其膨胀比可调范围较大，这些特点均可大大扩展本发明的应用范围。
[0054]2.与传统开式实验台相比，实现了排气的自动回收，不但能减少污染排放、保护环境，还能大大减小气体工质使用量，降低实验成本。
[0055]3.实验过程中为了适应所测试气体膨胀装置较大的流量范围，压缩装置流量调节范围较大，一般大范围调节采用变频器设备，造价高、控制复杂，本发明采用增加回路方法，在压缩装置稳定运行工况下可大范围调节主通道气体流量，大大降低成本。
【附图说明】
[0056]图1是本发明的气体膨胀装置的闭式实验系统原理图。
【具体实施方式】
[0057]为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明作进一步详细说明。需要说明的是，以下所述仅为本发明的实施例，并不因此而限定本发明的保护范围。
[0058]图1为本发明的气体膨胀装置闭式实验系统，主要设备包括气体压缩装置I ;高压储气罐2 ;低压储气罐3 ;气体膨胀装置被试件4 ;齿轮箱5 ;测功器6 ;加热器7 ;调节阀8 ；调节阀9;常闭阀10。其中气体膨胀装置是作为平台被试件进行介绍分析。低压储气罐3、气体压缩装置1、高压储气罐2、气体膨胀装置被试件4通过气体管路依次连接，低压储气罐3内的气体工质经气体压缩装置I压缩升压后进入高压储气罐2，然后进入气体膨胀装置被试件4膨胀降压后进入低压储气罐3，实现一个气体循环；由高压气体工质驱动的气体膨胀装置被试件4通过齿轮箱5与测功器6连接，通过控制测功器6的负载达到气体膨胀装置被试件4实验所需的旋转速度，气体膨胀装置被试件4所输出功率由测功器6消耗。低压储气罐3、高压储气罐2的进气口和出气口处均设置有截止阀11。气体压缩装置4的出气口分为两路:一路为与高压储气罐2的进气口连通的主流通道，主流通道上设置有止回阀12 ;另一路为与低压储气罐3的回气口连通的回路通道，回路通道上设置有止回阀12、调节阀8和截止阀11。低压储气罐3的进气口和高压储气罐2的出气口之间还设置有一与气体膨胀装置被试件4并联的联通管路，联通管路上设置有常闭阀10。
[0059]气体膨胀装置被试件4的进气管路上设置有调节阀8和加热器7，气体膨胀装置被试件4的出气管路上设置有止回阀12。
[0060]优选地，气体膨胀装置被试件4通过联轴器与齿轮箱5连接。
[0061]优选地，齿轮箱5为减速齿轮箱，齿轮箱5减速后带动测功器6负载。
[0062]优选地，联通管路的进气口、气体膨胀装置被试件4的进气管路的进气口均设置在高压储气罐2的出气口处的截止阀11的出口管路上，联通管路的出气口、气体膨胀装置被试件4的出气管路的出气口均设置在低压储气罐3的进气口处的截止11阀的进口管路上。
[0063]除以上主要设备外，系统还有五个辅助单元，包括油站，实现气体膨胀装置和齿轮箱的润滑和冷却；4测控单元，实现系统的参数测量和控制；密封单元，实现气体膨胀装置内部气体工质和外界及油路之间的密封；冷却单元，实现气体压缩装置和油站的冷却；加热单元，可实现气体工质的温度控制实现所需的膨胀装置入口温度。
[0064]具体实施方法包括如下步骤:
[0065]SSl.实验前准备工作
[0066]I)打开各通路截止阀，调节至所需压力并保证各管道及高、低压储气罐内部压力平衡，以便于气体压缩装置的启动；
[0067]2)启动油站、测控单元、冷却单元，对齿轮箱、气体膨胀装置被试件进行冷却、润滑及参数测量；
[0068]3)打开所述回路通道上的调节阀，关闭所述气体膨胀装置被试件的进气管路上的调节阀和所述联通管路上的常闭阀。
[0069]SS2.实验阶段
[0070]I)启动气体压缩装置，逐渐打开所述气体膨胀装置被试件进气管路上的调节阀至最大开度；
[0071]2)调节测功器，确保气体膨胀装置被试件转速运行在安全范围；
[0072]3)以气体膨胀装置被试件进口压力(略低于高压储气罐压力)为目标参数，自动调节所述回路通道上的调节阀的开度至目标参数为所需压力；
[0073]4)以气体膨胀装置被试件进口温度为目标参数，调节加热器加热功率至目标参数为所需温度；
[0074]5)监测并记录各设备运行参数，主要包括气体膨胀装置被试件转速、各转子轴承温度、各转子振动量等参数，确保各设备安全稳定运行；
[0075]6)监测并记录气体膨胀装置被试件实验所需要的其他实验数据，并准备停机；
[0076]SS3.实验后整理工作
[0077]I)逐渐全开所述回路通道上的调节阀开度，先后关闭加热器、气体膨胀装置被试件进气管路上的调节阀开度；
[0078]2)逐渐关闭气体膨胀装置被试件进气管路上的调节阀，气体压缩装置停机；
[0079]3)保存测试系统所记录数据并关闭，各轴承温度冷却至安全温度后，关闭油站及冷却单元；
[0080]4)打开所述联通管路上的常闭阀，然后关闭高、低压储气罐所有进出气口处的截止阀，整个实验结束。
[0081]值得说明的是，在特殊工况下，气体膨胀装置需要紧急停机，可迅速关闭气体膨胀装置被试件进气管路上的调节阀，同时自动打开所述联通管路上的常闭阀，保持高低压储气罐连通，不至于出现高压罐压力过高情况，保护系统设备安全。
[0082]本发明实施例是气体膨胀机常用性能实验过程，通过该实施例，可有效实现本发明的目的。该领域的技术人员可以理解本发明包括但不限于附图和以上【具体实施方式】中描述的内容。虽然本发明就目前认为最为实用且优选的实施例进行说明，但应知道，本发明并不限于所公开的实施例，任何不偏离本发明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。
【主权项】
1.一种气体膨胀装置的闭式实验系统，包括气体压缩装置、高压储气罐、低压储气罐、气体膨胀装置被试件、齿轮箱、测功器，其特征在于， 所述低压储气罐、气体压缩装置、高压储气罐、气体膨胀装置被试件通过气体管路依次连接，低压储气罐内的气体工质经气体压缩装置压缩升压后进入高压储气罐，然后进入气体膨胀装置被试件膨胀降压后进入低压储气罐，实现一个气体循环；由高压气体工质驱动的气体膨胀装置被试件通过齿轮箱与测功器连接，通过控制测功器的负载达到气体膨胀装置被试件实验所需的旋转速度，气体膨胀装置被试件所输出功率由测功器消耗； 所述低压储气罐、高压储气罐的进气口和出气口处均设置有截止阀； 所述气体压缩装置的出气口分为两路:一路为与所述高压储气罐的进气口连通的主流通道，所述主流通道上设置有止回阀；另一路为与所述低压储气罐的回气口连通的回路通道，所述回路通道上设置有止回阀、调节阀和截止阀； 所述低压储气罐的进气口和所述高压储气罐的出气口之间还设置有一与所述气体膨胀装置被试件并联的联通管路，所述联通管路上设置有常闭阀； 所述气体膨胀装置被试件的进气管路上设置有调节阀和加热器，所述气体膨胀装置被试件的出气管路上设置有止回阀。2.根据权利要求1所述的闭式实验系统，其特征在于，所述气体膨胀装置被试件的结构形式为容积式、径流式、混流式或轴流式。3.根据权利要求1所述的闭式实验系统，其特征在于，所述气体膨胀装置被试件采用单级、两级或多级膨胀的结构形式。4.根据权利要求1所述的闭式实验系统，其特征在于，所述气体膨胀机工质采用空气、氮气、氧气、天然气、氢气、一氧化碳、二氧化碳等单一工质或混合工质气体。5.根据权利要求1所述的闭式实验系统，其特征在于，所述气体压缩装置的结构形式为容积式、径流式、混流式或轴流式。6.根据权利要求1所述的闭式实验系统，其特征在于，所述气体压缩装置采用单级、两级及多级压缩的结构形式。7.根据权利要求1所述的闭式实验系统，其特征在于，所述气体压缩装置工质采用空气、氮气、氧气、天然气、氢气、一氧化碳、二氧化碳等单一工质或混合工质气体，且与所述气体膨胀装置被试件的工质相同。8.根据权利要求1所述的闭式实验系统，其特征在于，所述高、低压储气罐是指两个储气罐相对高、低压，其绝对压力相对于大气环境均可为正压，也可为负压，完全根据实验所需工况调节。9.根据权利要求1所述的闭式实验系统，其特征在于，所述气体压缩装置出口设置两个通道，一个是主通道工质进入高压储气罐，另一个是回路通道，由调节阀调节其流量，从而控制主通道流量满足气体膨胀装置被试件实验要求。10.根据权利要求1所述的闭式实验系统，其特征在于，所述高、低压储气罐之间有个联通管路，并由常闭阀控制该管道开闭，正常实验时该常闭阀关闭，在实验出现紧急停车时该常闭阀自动打开，保持高、低压储气罐联通，防止高压储气罐由于压缩机的运行而压力过高，另外在实验后联通高、低压储气罐，使其压力平衡，便于下次实验时压缩装置的启动。
【专利摘要】本发明公开了一种气体膨胀装置的实验系统及实验方法，该系统的基本工作过程是：低压储气罐内的气体工质经气体压缩装置压缩升压后进入高压储气罐，调节高压气体驱动气体膨胀装置被试件达到实验工况，同时高压气体膨胀降压后进入低压储气罐，完成一个循环；其中气体膨胀装置被试件经齿轮箱连接测功器实现转速控制和功率测量，压力、温度振动等传感器根据需要测量气体膨胀装置进出口及内部压力、温度分布、转子振动参数，从而实现气体膨胀机的实验研究和性能检测。本发明易于实现气体膨胀装置进出口压力控制、膨胀装置转速控制、长期连续运行，另外由于是闭式实验系统，其运行工质可以是混合工质、单一工质、易燃、易爆及有毒工质，具有操作简单、运行成本低、适用范围广等特点。
【IPC分类】G01N33/00
【公开号】CN104931658
【申请号】CN201510360014
【发明人】李文, 陈海生, 张雪辉, 朱阳历, 左志涛, 张新敬
【申请人】中国科学院工程热物理研究所
【公开日】2015年9月23日
【申请日】2015年6月26日