技術領域：
本發(fā)明涉及一種節(jié)能型膨脹機性能測試裝置及其工作方法。
背景技術：
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我國的能源利用率低，鋼鐵、冶金和化工等高耗能行業(yè)存在大量的低品位余熱。采用有機朗肯循環(huán)可高效地回收低溫余熱進行發(fā)電，實現(xiàn)能源的充分利用。膨脹機作為有機朗肯循環(huán)的動力輸出部件，其性能對余熱資源的回收有著重要的影響。為了測試膨脹機在各種工況下的運行狀態(tài)，保證膨脹機的高效平穩(wěn)運行，需通過測試平臺對膨脹機的性能進行實驗測試。
申請?zhí)枮閏n201610164576.0的中國發(fā)明專利公開了一種渦旋膨脹機性能測試系統(tǒng)，由空壓機、儲氣罐、干燥器、過濾器、渦旋膨脹機、測功機依次相連組成。該系統(tǒng)使用常溫常壓下脫水除雜后的干空氣為測試工質(zhì)，利用帶有控制系統(tǒng)的測功機檢測渦旋膨脹機的各個輸出性能參數(shù)，并通過mcgs組態(tài)軟件將所有儀表采集到的信號上傳到上位機上，從而得到輸出功、扭矩和轉速與其入口壓力、入口溫度、背壓以及質(zhì)量流量等參數(shù)的關系。上述發(fā)明專利的技術方案是基于渦旋膨脹機的性能測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有結構簡單，維修安裝方便的優(yōu)點，但該系統(tǒng)為開式系統(tǒng)，只能采用空氣作為測試工質(zhì)。開式循環(huán)無法回收工質(zhì)，若測試工質(zhì)為有機工質(zhì)時，會造成工質(zhì)的巨大浪費及測試成本的增加，因此可檢測有機工質(zhì)膨脹機的測試系統(tǒng)應采用閉式循環(huán)。
申請?zhí)枮閏n201610232607.1的中國發(fā)明專利公開了一種以煙氣余熱為熱源的有機朗肯循環(huán)。上述發(fā)明采用有機工質(zhì)閉式循環(huán)，可充分利用煙氣余熱。但由于煙氣需由其它生產(chǎn)單位提供，且參數(shù)受生產(chǎn)過程影響，變化范圍較大，不適宜作為膨脹機測試系統(tǒng)的熱源。
技術實現(xiàn)要素：
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本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術的不足，提供一種節(jié)能型膨脹機性能測試裝置及其工作方法，本發(fā)明正常運行時無需鍋爐及冷凝器，避免了熱源熱量被冷源帶走，節(jié)能潛力巨大。
本發(fā)明所述的節(jié)能型膨脹機性能測試裝置，其特征在于：包括啟動系統(tǒng)、熱力循環(huán)系統(tǒng)以及監(jiān)測系統(tǒng)；
其中啟動系統(tǒng)包括依次連接形成循環(huán)的啟動鍋爐、第一截止閥、低壓緩沖罐3和第二截止閥；啟動鍋爐為電加熱鍋爐，其為在實驗開始初期將工質(zhì)加熱至設定溫度，待溫度達到設定值后即可停止運行；
熱力循環(huán)系統(tǒng)包括依次連接形成循環(huán)的低壓緩沖罐、壓縮機、高壓緩沖罐、調(diào)節(jié)閥和被測膨脹機，所述低壓緩沖罐與高壓緩沖罐之間旁接有工質(zhì)泵，所述被測膨脹機旁接有測功機；
監(jiān)測系統(tǒng)包括位于壓縮機入口端的第一流量傳感器，工質(zhì)泵入口端的第二流量傳感器，被測膨脹機入口端的第三流量傳感器，被測膨脹機出口端的第一溫度傳感器和第一壓力傳感器，壓縮機出口端第二溫度傳感器和第二壓力傳感器，工質(zhì)泵出口端的第三溫度傳感器和第三壓力傳感器，以及被測膨脹機入口端的第四溫度傳感器和第四壓力傳感器。
進一步的，上述低壓緩沖罐與高壓緩沖罐之間還旁接有減壓閥，所述高壓緩沖罐還連接有一冷卻水泵。
本發(fā)明節(jié)能型膨脹機性能測試裝置的工作方法，以水為工質(zhì)進行說明：
該裝置啟動時，首先打開第一截止閥和第二截止閥，運行啟動鍋爐；啟動鍋爐的內(nèi)置水泵將低壓緩沖罐內(nèi)的工質(zhì)打入啟動鍋爐中，工質(zhì)在啟動鍋爐中吸熱溫度升高后進入低壓緩沖罐內(nèi)，隨后再次進入啟動鍋爐循環(huán)吸熱；待低壓緩沖罐內(nèi)的工質(zhì)達到1.0mpa，179.9℃時，開啟壓縮機，將低壓緩沖罐內(nèi)分離出的蒸汽壓縮至2.5mpa后送入高壓緩沖罐；開啟調(diào)節(jié)閥，工質(zhì)蒸汽進入被測膨脹機進行膨脹做功，由測功機測量膨脹機的輸出功率、扭矩等參數(shù)；做完功后的乏汽回到低壓緩沖罐，若有機工質(zhì)為濕工質(zhì)，則膨脹后的乏汽為汽液混合物，工質(zhì)在低壓緩沖罐內(nèi)經(jīng)汽水分離后，分離出來的飽和蒸汽（1.0mpa，179.9℃）再次進入壓縮機繼續(xù)循環(huán)；壓縮機出口處工質(zhì)為過熱蒸汽（2.5mpa，313.1℃），而正常運行時，高壓緩沖罐內(nèi)為飽和狀態(tài)，因此，多余的熱量由冷卻水泵打入的冷卻水帶走；正常運行時，被測膨脹機送入低壓緩沖罐內(nèi)的濕蒸汽分離出的飽和液留在低壓緩沖罐內(nèi)會使得其液化不斷升高，為了維持低壓緩沖罐與高壓緩沖罐內(nèi)的液位平衡，工質(zhì)泵可將低壓緩沖罐內(nèi)的低壓飽和工質(zhì)（1mpa）加壓后送入高壓緩沖罐（2.5mpa）內(nèi)；減壓閥所在的管路為旁路管道，被測膨脹機出現(xiàn)故障時，高壓緩沖罐內(nèi)的工質(zhì)可由減壓閥降壓后進入低壓緩沖罐；
被測膨脹機出口的溫度和壓力由第一溫度傳感器和第一壓力傳感器進行監(jiān)測。壓縮機出口的溫度和壓力由第二溫度傳感器和第二壓力傳感器進行監(jiān)測。工質(zhì)泵出口的溫度和壓力由第三溫度傳感器和第三壓力傳感器進行監(jiān)測。被測膨脹機入口的溫度和壓力由第四溫度傳感器和第四壓力傳感器進行監(jiān)測；
壓縮機入口的流量由第一流量傳感器進行監(jiān)測。工質(zhì)泵入口的流量由第二流量傳感器進行監(jiān)測。被測膨脹機入口的流量由第三流量傳感器進行監(jiān)測。
本發(fā)明裝置在正常運行時，高溫高壓的工質(zhì)經(jīng)過膨脹機膨脹后變?yōu)榈蜏氐蛪旱恼羝?，?jīng)汽液分離后再由壓縮機壓縮至高溫高壓狀態(tài)繼續(xù)循環(huán)，通過改變壓縮機功率，可調(diào)節(jié)膨脹機的入口溫度及壓力；通過改變膨脹機入口調(diào)節(jié)閥開度可調(diào)整膨脹機的流量，從而測試膨脹機在各種工況下的性能參數(shù)。監(jiān)測系統(tǒng)的主要設備是平臺中設置的多組溫度傳感器、壓力傳感器及流量計等，其所采集的數(shù)據(jù)最終傳遞至終端顯示及存儲。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：
（1）本發(fā)明可以測試多種工質(zhì)在不同運行工況下的工作特性，系統(tǒng)為封閉運行，避免了開式系統(tǒng)中工質(zhì)的浪費。
（2）本發(fā)明與其它閉式測試系統(tǒng)相比，最大的區(qū)別在于，循環(huán)系統(tǒng)中節(jié)省了加熱器與冷凝器，避免了熱源熱量大量被冷源帶走，節(jié)約了測試成本。
（3）測試系統(tǒng)不含有昂貴的加熱器及冷凝器，簡化了系統(tǒng)結構，節(jié)約系統(tǒng)投資的同時，亦便于安裝與維修。
附圖說明：
圖1為本發(fā)明實施例的結構示意圖；
圖中標識為：1-啟動鍋爐；2-第一截止閥；3-低壓緩沖罐；4-第二截止閥；5-第一溫度傳感器；6-第一壓力傳感器；7-第一流量計；8-壓縮機；9-第二溫度傳感器；10-第二壓力傳感器；11-高壓緩沖罐；12-第二流量計；13-工質(zhì)泵；14-第三溫度傳感器；15-第三壓力傳感器；16-冷卻水泵；17-調(diào)節(jié)閥；18-第四溫度傳感器；19-第四壓力傳感器；20-第三流量計；21-被測膨脹機；22-測功機；23-減壓閥。
具體實施方式：
下面結合附圖和具體實施方式對本發(fā)明做進一步詳細的說明。
本發(fā)明所述的節(jié)能型膨脹機性能測試裝置，其特征在于：包括啟動系統(tǒng)、熱力循環(huán)系統(tǒng)以及監(jiān)測系統(tǒng)；
其中啟動系統(tǒng)包括依次連接形成循環(huán)的啟動鍋爐1、第一截止閥（2）、低壓緩沖罐（3）和第二截止閥（4）；啟動鍋爐為電加熱鍋爐，其為在實驗開始初期將工質(zhì)加熱至設定溫度，待溫度達到設定值后即可停止運行；
熱力循環(huán)系統(tǒng)包括依次連接形成循環(huán)的低壓緩沖罐（3）、壓縮機（8）、高壓緩沖罐（11）、調(diào)節(jié)閥（17）和被測膨脹機（21），所述低壓緩沖罐（3）與高壓緩沖罐（11）之間旁接有工質(zhì)泵（13），所述被測膨脹機（21）旁接有測功機（22）；
監(jiān)測系統(tǒng)包括位于壓縮機（8）入口端的第一流量傳感器（7），工質(zhì)泵（13）入口端的第二流量傳感器（12），被測膨脹機（21）入口端的第三流量傳感器（20），被測膨脹機（2）1出口端的第一溫度傳感器（5）和第一壓力傳感器（6），壓縮機（8）出口端第二溫度傳感器（9）和第二壓力傳感器（10），工質(zhì)泵（13）出口端的第三溫度傳感器（14）和第三壓力傳感器（15），以及被測膨脹機（21）入口端的第四溫度傳感器（18）和第四壓力傳感器（19）。
進一步的，上述低壓緩沖罐（3）與高壓緩沖罐（11）之間還旁接有減壓閥（23），所述高壓緩沖罐（11）還連接有一冷卻水泵。
本發(fā)明節(jié)能型膨脹機性能測試裝置的工作方法，
該裝置啟動時，首先打開第一截止閥（2）和第二截止閥（4），運行啟動鍋爐（1）；啟動鍋爐（1）的內(nèi)置水泵將低壓緩沖罐（3）內(nèi)的工質(zhì)水打入啟動鍋爐（1）中，工質(zhì)在啟動鍋爐（1）中吸熱溫度升高后進入低壓緩沖罐（3）內(nèi)，隨后再次進入啟動鍋爐（1）循環(huán)吸熱；待低壓緩沖罐（3）內(nèi)的工質(zhì)達到1.0mpa，179.9℃時，開啟壓縮機（8），將低壓緩沖罐（3）內(nèi)分離出的蒸汽壓縮至2.5mpa后送入高壓緩沖罐（11）；開啟調(diào)節(jié)閥（17），工質(zhì)蒸汽進入被測膨脹機（21）進行膨脹做功，由測功機（22）測量膨脹機（21）的輸出功率、扭矩等參數(shù)；做完功后的乏汽回到低壓緩沖罐（3），若有機工質(zhì)為濕工質(zhì)，則膨脹后的乏汽為汽液混合物，工質(zhì)在低壓緩沖罐（3）內(nèi)經(jīng)汽水分離后，分離出來的飽和蒸汽（1.0mpa，179.9℃）再次進入壓縮機（8）繼續(xù)循環(huán)；壓縮機（8）出口處工質(zhì)為過熱蒸汽（2.5mpa，313.1℃），而正常運行時，高壓緩沖罐（11）內(nèi)為飽和狀態(tài)，因此，多余的熱量由冷卻水泵（16）打入的冷卻水帶走；正常運行時，被測膨脹機（21）送入低壓緩沖罐（3）內(nèi)的濕蒸汽分離出的飽和液留在低壓緩沖罐（3）內(nèi)會使得其液化不斷升高，為了維持低壓緩沖罐（3）與高壓緩沖罐（11）內(nèi)的液位平衡，工質(zhì)泵（13）可將低壓緩沖罐（3）內(nèi)的低壓飽和工質(zhì)（1mpa）加壓后送入高壓緩沖罐（11）（2.5mpa）內(nèi)；減壓閥（23）所在的管路為旁路管道，被測膨脹機（21）出現(xiàn)故障時，高壓緩沖罐（11）內(nèi)的工質(zhì)可由減壓閥（23）降壓后進入低壓緩沖罐（3）；
被測膨脹機（21）出口的溫度和壓力由第一溫度傳感器（5）和第一壓力傳感器（6）進行監(jiān)測。壓縮機（8）出口的溫度和壓力由第二溫度傳感器（9）和第二壓力傳感器（10）進行監(jiān)測。工質(zhì)泵（13）出口的溫度和壓力由第三溫度傳感器（14）和第三壓力傳感器（15）進行監(jiān)測。被測膨脹機（21）入口的溫度和壓力由第四溫度傳感器（18）和第四壓力傳感器（19）進行監(jiān)測；
壓縮機（8）入口的流量由第一流量傳感器（7）進行監(jiān)測。工質(zhì)泵（13）入口的流量由第二流量傳感器（12）進行監(jiān)測。被測膨脹機（21）入口的流量由第三流量傳感器（20）進行監(jiān)測。
本發(fā)明裝置在正常運行時，高溫高壓的工質(zhì)經(jīng)過膨脹機膨脹后變?yōu)榈蜏氐蛪旱恼羝?，?jīng)汽液分離后再由壓縮機壓縮至高溫高壓狀態(tài)繼續(xù)循環(huán)，通過改變壓縮機功率，可調(diào)節(jié)膨脹機的入口溫度及壓力；通過改變膨脹機入口調(diào)節(jié)閥開度可調(diào)整膨脹機的流量，從而測試膨脹機在各種工況下的性能參數(shù)。監(jiān)測系統(tǒng)的主要設備是平臺中設置的多組溫度傳感器、壓力傳感器及流量計等，其所采集的數(shù)據(jù)最終傳遞至終端顯示及存儲。
本發(fā)明正常運行時若被測膨脹機的流量為13t/h，則壓縮機耗功為908.2kw，工質(zhì)泵及冷卻水泵的合計耗功為2.4kw，系統(tǒng)總功耗為910.6kw，工業(yè)用電價格以0.8元/度計算，正常運行時每小時所需電費為728.5元。與傳統(tǒng)朗肯循環(huán)的運行系統(tǒng)相比，膨脹機入口及出口狀態(tài)相同的情況下，采用鍋爐效率為0.8的燃油鍋爐時每小時所需的柴油耗量為0.8239噸，柴油價格以6500元/噸計算，則每小時的燃油耗費為5355.4元，兩種系統(tǒng)的燃料動力費用相差巨大。這主要是由于膨脹機出口排汽溫度和壓力較高，傳統(tǒng)朗肯循環(huán)中鍋爐燃料燃燒所釋放的熱能僅有約4.7%轉化為了輸出功，剩余的能量均被冷卻水帶走，造成了能源的巨大浪費。
本發(fā)明以水為工質(zhì)進行說明，但工質(zhì)并不限于水，有機工質(zhì)及其他低沸點工質(zhì)等均可作為本發(fā)明的工質(zhì)。
本發(fā)明省略了傳統(tǒng)朗肯循環(huán)中的鍋爐與冷凝器，為保證被測膨脹機的正常運行，采用壓縮機和泵將膨脹機排出的汽液混合物分離出的飽和蒸汽和飽和水重新加壓到膨脹機入口狀態(tài)。
本發(fā)明系統(tǒng)結構簡單，能源利用合理，不僅節(jié)約的設備的投資成本，同時節(jié)約了系統(tǒng)的運行成本。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本發(fā)明的涵蓋范圍。