用於燃氣渦輪機的燃燒試驗臺、燃燒試驗控制方法和裝置與流程

2023-04-22 23:04:47

本發明涉及燃氣渦輪機技術領域，特別是涉及一種用於燃氣渦輪機的燃燒試驗臺、燃燒試驗控制方法和裝置。

背景技術：

燃氣渦輪機作為一種輔助動力裝置，具有結構緊湊、重量輕、維護費用低等特點，被廣泛應用於分布式能源發電領域。燃燒室是燃氣渦輪機中重要組成部分之一，其性能是體現燃氣渦輪機先進性的重要標誌。

燃燒試驗臺實驗研究系統可以在進行常壓及高壓條件下對微型燃氣渦輪機燃燒室性能及相關燃燒技術的研究，為自主設計及開發微型燃氣渦輪機燃燒室及整機產品奠定了基礎。燃燒試驗臺主要包括氣源設備、回熱設備、試驗段設備和排氣設備，其中：氣源設備、回熱設備和試驗段設備依次連接，排氣設備分別與氣源設備、回熱設備和試驗段設備連接。由於燃燒試驗臺在試驗過程中需要控制試驗溫度條件，回熱設備通常採用電加熱器或預燃燃燒室對進入試驗段設備的空氣進行預熱。

上述現有技術存在的缺陷在於，當採用電加熱器預熱空氣時，電加熱器的用電功率較大，一般的燃燒試驗臺難以滿足；採用預燃燃燒室預熱空氣時，預燃不可避免地會需要消耗一定的空氣，從而改變試驗段設備的組分，降低了試驗結果的準確性。

技術實現要素：

本發明實施例的目的是提供一種用於燃氣渦輪機的燃燒試驗臺、燃燒試驗控制方法及裝置，以改變試驗段設備的空氣溫度工況條件，從而節約能源，提高試驗結果的準確性。

本發明實施例提供了一種用於燃氣渦輪機的燃燒試驗臺，包括氣源設備、回熱設備、試驗段設備、排氣設備以及控制閥，其中：

所述試驗段設備包括進氣口和排氣口；所述回熱設備包括與所述氣源設備連通的空氣進口、與所述試驗段設備的進氣口連通的空氣出口、與所述試驗段設備的排氣口連通的煙氣進口，以及與所述排氣設備連通的煙氣出口；所述氣源設備與所述排氣設備連通；

所述控制閥包括與所述氣源設備連通的第一閥口、與所述回熱設備的空氣進口連通的第二閥口，以及與所述試驗段設備的進氣口連通的第三閥口；所述控制閥具有第一工作狀態和第二工作狀態，當所述控制閥處於所述第一工作狀態時，所述第一閥口與所述第二閥口連通，所述第三閥口關閉；當所述控制閥處於所述第二工作狀態時，所述第一閥口與所述第三閥口連通，所述第二閥口關閉。

可選的，所述控制閥包括電磁閥、氣動閥或電動閥。

優選的，所述燃燒試驗臺還包括設置於所述回熱設備的煙氣進口和所述試驗段設備的排氣口之間管路上的冷卻設備，所述冷卻設備用於冷卻所述試驗段設備的排氣口排出的煙氣。

較佳的，所述冷卻設備包括換熱器和冷卻水循環設備，所述冷卻水循環設備具有進口和出口，所述換熱器具有與所述試驗段設備的排氣口連通的高溫燃氣進口、與所述回熱設備的煙氣進口連通的高溫燃氣出口、與所述冷卻水循環設備的出口連通的冷卻水進口，以及與所述冷卻水循環設備的進口連通的冷卻水出口。

優選的，所述燃燒試驗臺還包括：

第一溫度檢測設備，設置於所述試驗段設備的進氣口處，用於檢測所述進氣口處空氣的溫度；

控制設備，分別與控制閥和第一溫度檢測設備連接，用於獲取第一溫度檢測設備所檢測的所述進氣口處空氣的溫度值；當所述第一溫度檢測設備所檢測的空氣溫度值低於設定的第一溫度閾值時，控制所述控制閥的第一閥口與第二閥口連通，並關閉所述控制閥的第三閥口；及當所述第一溫度檢測設備所檢測的空氣溫度值高於設定的第二溫度閾值時，控制所述控制閥門的第一閥口與第三閥口連通，並關閉所述控制閥的第二閥口。

較佳的，所述燃燒試驗臺還包括設置於所述氣源設備和所述回熱設備之間的管路上且分別與所述控制設備連接的第一流量計和第一流量閥；

所述控制設備還用於當所述第一流量計所檢測的空氣流量值大於設定的第一流量閾值時，控制所述第一流量閥的開度減小；及當所述第一流量計所檢測的空氣流量值小於設定的第二流量閾值時，控制所述第一流量閥的開度增大。

較佳的，所述燃燒試驗臺還包括設置於所述試驗段設備的進氣口處且用於檢測所述進氣口處空氣的壓力的壓力計，以及設置於所述排氣設備和所述回熱設備的煙氣出口之間的管路上且與所述控制設備連接的第二流量閥；

所述控制設備還用於當所述壓力計所檢測的空氣壓力值大於設定的空氣壓力閾值時，控制所述第二流量閥的開度減小；及當所述壓力計所檢測的空氣壓力值小於設定的空氣壓力閾值時，控制所述第二流量閥的開度增大。

較佳的，所述燃燒試驗臺還包括設置於所述回熱設備的煙氣進口的第二溫度檢測設備，所述第二溫度檢測設備用於檢測所述煙氣進口處煙氣的溫度，所述冷卻設備還包括設置於所述換熱器的冷卻水進口和所述冷卻水循環設備的出口之間的管路上且與所述控制設備連接的第三流量閥；

所述控制設備還用於當所述第二溫度檢測設備所檢測的所述煙氣進口處煙氣的溫度值低於設定的第三溫度閾值時，控制所述第三流量閥的開度減小；及當所述第二溫度檢測設備所檢測的所述煙氣進口處煙氣的溫度值高於設定的第四溫度閾值時，控制所述第三流量閥的開度增大。

本發明實施例提供的用於燃氣渦輪機的燃燒試驗臺，採用回熱設備對進入試驗段設備的空氣進行預熱，並且通過控制閥控制進入試驗段設備的冷熱空氣比例，從而改變了試驗段設備的空氣溫度工況條件，相比現有技術，該燃燒試驗臺合理利用煙氣餘熱，更加節約能源；此外，回熱設備不需要消耗試驗所需的組分，從而提高了試驗結果的準確性。

本發明還提供了一種應用於前述技術方案所述的燃燒試驗臺的燃燒試驗控制方法，包括：

獲取所述第一溫度檢測設備所檢測的所述進氣口處空氣的溫度值；

當所述第一溫度檢測設備所檢測的空氣溫度值低於設定的第一溫度閾值時，控制所述控制閥的第一閥口與第二閥口連通，並關閉所述控制閥的第三閥口；

當所述第一溫度檢測設備所檢測的空氣溫度值高於設定的第二溫度閾值時，控制所述控制閥門的第一閥口與第三閥口連通，並關閉所述控制閥的第二閥口。

本發明實施例提供的燃燒試驗控制方法，可以根據第一溫度檢測設備所檢測的空氣溫度值，自動控制控制閥的各個閥口的開閉，從而改變了試驗段設備的空氣溫度工況條件，相比現有技術，該燃燒試驗控制方法合理利用煙氣餘熱，更加節約能源；此外，該燃燒試驗控制方法自動控制控制閥，進一步提高了試驗結果的準確性。

本發明還提供了一種應用於前述技術方案所述的燃燒試驗臺的燃燒試驗控制裝置，包括：

第一獲取單元，用於獲取所述第一溫度檢測設備所檢測的所述進氣口處空氣的溫度值；

第一控制單元，用於當所述第一溫度檢測設備所檢測的空氣溫度值低於設定的第一溫度閾值時，控制所述控制閥的第一閥口與第二閥口連通，並關閉所述控制閥的第三閥口；當所述第一溫度檢測設備所檢測的空氣溫度值高於設定的第二溫度閾值時，控制所述控制閥門的第一閥口與第三閥口連通，並關閉所述控制閥的第二閥口。

本發明實施例提供的燃燒試驗控制裝置，第一控制單元根據第一獲取單元所獲取的溫度值，進行判斷後自動控制控制閥的各個閥口的開閉，從而改變了試驗段設備的空氣溫度工況條件，相比現有技術，該燃燒試驗控制裝置合理利用煙氣餘熱，更加節約能源；此外，第一控制單元自動控制控制閥，進一步提高了試驗結果的準確性。

附圖說明

圖1為本發明一實施例燃燒試驗臺的一示意圖；

圖2為本發明一實施例燃燒試驗臺的另一示意圖；

圖3為本發明實施例燃燒試驗臺的回熱設備的示意圖；

圖4為本發明另一實施例燃燒試驗臺的示意圖；

圖5為本發明實施例燃燒試驗臺的冷卻設備的示意圖；

圖6為本發明另一實施例燃燒試驗臺的示意圖；

圖7為本發明實施例燃燒試驗控制方法的示意圖；

圖8為本發明實施例燃燒試驗控制裝置的示意圖。

附圖標記：

1-氣源設備；2-回熱設備；3-試驗段設備；4-排氣設備；5-控制閥；

6-冷卻設備；7-第一溫度檢測設備；8-第一流量計；9-第一流量閥；

10-止回閥；11-第二流量閥；12-第三流量閥；13-燃料供給設備；

22-空氣進口；23-空氣出口；24-煙氣進口；25-煙氣出口；31-進氣口；

32-排氣口；51-第一閥口；52-第二閥口；53-第三閥口；61-換熱器；

62-冷卻水循環設備；63-高溫燃氣進口；64-高溫燃氣出口；

65-冷卻水進口；66-冷卻水出口；67-進口；68-出口；

80-燃燒試驗控制裝置；81-第一獲取單元；82-第一控制單元。

具體實施方式

為了改變試驗段設備的空氣溫度工況條件，從而節約能源，提高試驗結果的準確性，本發明實施例提供了一種用於燃氣渦輪機的燃燒試驗臺、燃燒試驗控制方法和裝置。為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，以下舉實施例對本發明作進一步詳細說明。

如圖1所示，本發明實施例提供了一種用於燃氣渦輪機的燃燒試驗臺，包括氣源設備1、回熱設備2、試驗段設備3、排氣設備4以及控制閥5，其中：

試驗段設備3包括進氣口31和排氣口32；回熱設備2包括與氣源設備1連通的空氣進口22、與試驗段設備3的進氣口31連通的空氣出口23、與試驗段設備3的排氣口32連通的煙氣進口24，以及與排氣設備4連通的煙氣出口25；氣源設備1與排氣設備4連通；

控制閥5包括與氣源設備1連通的第一閥口51、與回熱設備2的空氣進口22連通的第二閥口52，以及與試驗段設備3的進氣口31連通的第三閥口53；控制閥5具有第一工作狀態和第二工作狀態，當控制閥5處於第一工作狀態時，第一閥口51與第二閥口52連通，第三閥口53關閉；當控制閥5處於第二工作狀態時，第一閥口51與第三閥口53連通，第二閥口52關閉。

本發明實施例提供的用於燃氣渦輪機的燃燒試驗臺，採用回熱設備2對進入試驗段設備3的空氣進行預熱，並且通過控制閥5控制進入試驗段設備3的冷熱空氣比例，從而改變了試驗段設備3的空氣溫度工況條件，相比現有技術，該燃燒試驗臺合理利用煙氣餘熱，更加節約能源；此外，回熱設備2不需要消耗試驗所需的組分，從而提高了試驗結果的準確性。

在本實施例中，控制閥5的具體類型不限，例如可以為電磁閥、氣動閥或電動閥。

如圖2和圖3所示，氣源設備1將壓縮後的空氣排入回熱設備2的空氣進口22，從試驗段設備3的排氣口32排出的高溫燃氣從煙氣進口24進入回熱設備2，壓縮後的空氣在回熱設備2裡與高溫燃氣進行熱交換後從空氣出口23排出，然後再進入試驗段設備3的進氣口31，熱交換後的煙氣從煙氣出口25排入排氣設備4。相比現有技術，該回熱設備2利用試驗段設備3排出的煙氣對壓縮空氣進行預熱，使進入試驗段設備3的空氣能夠達到實驗所需的工況溫度，從而節約能源；此外，回熱設備2不需要消耗試驗所需的組分，從而提高了試驗結果的準確性。

如圖4和圖5所示，在本發明的實施例中，優選的，燃燒試驗臺還包括設置於回熱設備2的煙氣進口24和試驗段設備3的排氣口32之間管路上的冷卻設備6，冷卻設備6用於冷卻試驗段設備3的排氣口32排出的煙氣。冷卻設備6包括換熱器61和冷卻水循環設備62，冷卻水循環設備62具有進口67和出口68，換熱器61具有與試驗段設備3的排氣口32連通的高溫燃氣進口63、與回熱設備2的煙氣進口24連通的高溫燃氣出口64、與冷卻水循環設備62的出口68連通的冷卻水進口65，以及與冷卻水循環設備62進口67連通的冷卻水出口66。試驗段設備3的排氣口32排出的高溫燃氣從高溫燃氣進口63進入換熱器61，從冷卻水循環設備62的出口68流出冷卻水從冷卻水進口65進入換熱器61，高溫燃氣在換熱器61內與冷卻水進行熱交換後降溫，並從高溫燃氣出口64排入回熱設備2，熱交換後的冷卻水從進口67流回冷卻水循環設備62，這樣，可以減少高溫燃氣的溫度過高對回熱設備2帶來的損害。

如圖4和圖6所示，較佳的，燃燒試驗臺還包括：第一溫度檢測設備7，設置於試驗段設備3的進氣口31處，用於檢測進氣口31處空氣的溫度；控制設備(圖中未示出)，分別與控制閥5和第一溫度檢測設備7連接，用於獲取第一溫度檢測設備7所檢測的進氣口31處空氣的溫度值；當第一溫度檢測設備7所檢測的空氣溫度值低於設定的第一溫度閾值時，控制控制閥5的第一閥口51與第二閥口52連通，並關閉控制閥5的第三閥口53；及當第一溫度檢測設備7所檢測的空氣溫度值高於設定的第二溫度閾值時，控制控制閥5門的第一閥口51與第三閥口53連通，並關閉控制閥5的第二閥口52。這樣，控制設備可以根據第一溫度檢測設備7所檢測的空氣溫度，自動控制控制閥5的各個閥口的開閉，從而改變了試驗段設備3的空氣溫度工況條件，進一步提高了試驗結果的準確性。其中，第一溫度閾值和第二溫度閾值分別為試驗段設備3進行試驗時所需的最低工況溫度和最高工況溫度，可根據經驗確定。

如圖6所示，在本發明的實施例中，較佳的，燃燒試驗臺還包括設置於氣源設備1和回熱設備2之間的管路上且分別與控制設備連接的第一流量計8和第一流量閥9；控制設備還用於當第一流量計8所檢測的空氣流量值大於設定的第一流量閾值時，控制第一流量閥9的開度減小；及當第一流量計8所檢測的空氣流量值小於設定的第二流量閾值時，控制第一流量閥9的開度增大。這樣，控制設備可以自動控制第一流量閥9以改變試驗段設備3的空氣溫度工況條件。其中，第一流量閾值和第二流量閾值分別為回熱設備2的空氣進口的最高工作流量和最低工作流量，可根據經驗確定。

較佳的，燃燒試驗臺還包括設置於試驗段設備3的進氣口31處且用於檢測進氣口31處空氣的壓力的壓力計(圖中未示出)，以及設置於排氣設備4和回熱設備2的煙氣出口25之間的管路上且與控制設備連接的第二流量閥11；控制設備還用於當壓力計所檢測的空氣壓力值大於設定的空氣壓力閾值時，控制第二流量閥11的開度減小；當壓力計所檢測的空氣壓力值小於設定的空氣壓力閾值時，控制第二流量閥11的開度增大。其中，空氣壓力閾值為試驗段設備3的進氣口31處所需的工況壓力，可根據經驗確定。

優選的，回熱設備2的煙氣出口25和第二流量閥11之間的管路上還設置有止回閥10，防止煙氣倒流入回熱設備2。

較佳的，還包括設置於回熱設備2的煙氣進口24的第二溫度檢測設備(圖中未示出)，第二溫度檢測設備用於檢測煙氣進口34處煙氣的溫度，冷卻設備6還包括設置於換熱器61的冷卻水進口65和冷卻水循環設備62的出口68之間的管路上且與控制設備連接的第三流量閥12；控制設備還用於當第二溫度檢測設備所檢測的煙氣進口24處煙氣的溫度值低於設定的第三溫度閾值時，控制所述第三流量閥12的開度減小；及當第二溫度檢測設備所檢測的煙氣進口24處煙氣的溫度值高於設定的第四溫度閾值時，控制第三流量閥12的開度增大。這樣控制設備可以自動控制進入換熱器61的冷卻水的流量，從而可以控制高溫燃氣的溫度。

其中，第三溫度閾值和第四溫度閾值分別為回熱設備進行熱交換時所需的最低煙氣溫度和最高煙氣溫度，可根據經驗確定。

如圖6所示，在本發明的實施例中，燃燒試驗臺還包括與試驗段設備3連接且用於向試驗段設備3提供燃料的燃料供給設備13，該燃料供給設備13可以及時、持續地向試驗段設備3提供燃料，從而進一步提高試驗結果的準確性。

在本發明的實施例中，試驗段設備3還包括轉接段、試驗段和測量段，轉接段用於將需要試驗的燃燒室與試驗段設備3連接，試驗段用於對燃燒室進行試驗，測量段用於獲取試驗所得到的試驗數據。

如圖7所示，本發明還提供了一種應用於前述實施例的燃燒試驗臺的燃燒試驗控制方法，包括：

步驟101、獲取第一溫度檢測設備所檢測的進氣口處空氣的溫度值；

步驟102、當第一溫度檢測設備所檢測的空氣溫度值低於設定的第一溫度閾值時，控制控制閥的第一閥口與第二閥口連通，並關閉控制閥的第三閥口；

步驟103、當第一溫度檢測設備所檢測的空氣溫度值高於設定的第二溫度閾值時，控制控制閥門的第一閥口與第三閥口連通，並關閉控制閥的第二閥口。

本發明實施例提供的燃燒試驗控制方法，可以根據第一溫度檢測設備所檢測的空氣溫度值，自動控制控制閥的各個閥口的開閉，從而改變了試驗段設備的空氣溫度工況條件，相比現有技術，該燃燒試驗控制方法合理利用煙氣餘熱，更加節約能源；此外，該燃燒試驗控制方法自動控制控制閥，進一步提高了試驗結果的準確性。

較佳的，當燃燒試驗臺還包括設置於氣源設備和回熱設備之間的管路上且分別與控制設備連接的第一流量計和第一流量閥時，控制方法還包括：

獲取第一流量計所檢測的氣源設備和回熱設備之間的管路上空氣的流量值；

當第一流量計所檢測的空氣流量值大於設定的第一流量閾值時，控制第一流量閥的開度減小；

當第一流量計所檢測的空氣流量值小於設定的第二流量閾值時，控制第一流量閥的開度增大。這樣，控制設備可以自動控制第一流量閥以改變試驗段設備的空氣溫度工況條件。

較佳的，當燃燒試驗臺還包括設置於試驗段設備的進氣口處且用於檢測進氣口處空氣的壓力的壓力計，以及設置於排氣設備和回熱設備的煙氣出口之間的管路上且與控制設備連接的第二流量閥時，控制方法還包括：

獲取壓力計所檢測的試驗段設備的進氣口處空氣的壓力值；

當壓力計所檢測的空氣壓力值大於設定的空氣壓力閾值時，控制第二流量閥的開度減小；

當壓力計所檢測的空氣壓力值小於設定的空氣壓力閾值時，控制第二流量閥的開度增大。控制設備可以自動控制第二流量閥的開度，可以調節回熱設備中的煙氣量，進一步調節回熱設備的氣體壓力。

較佳的，當燃燒試驗臺還包括設置於回熱設備的煙氣進口的第二溫度檢測設備，且冷卻設備還包括設置於換熱器的冷卻水進口和冷卻水循環設備的出口之間的管路上且與控制設備連接的第三流量閥時，控制方法還包括：

獲取第二溫度檢測設備所檢測的煙氣進口處煙氣的溫度值；

當第二溫度檢測設備所檢測的煙氣溫度值低於設定的第三溫度閾值時，控制第三流量閥的開度減小；

當第二溫度檢測設備所檢測的煙氣溫度高於設定的第四溫度閾值時，控制第三流量閥的開度增大。這樣控制設備可以自動控制進入換熱器的冷卻水的流量，從而可以控制高溫燃氣的溫度。

如圖8所示，本發明還提供了一種應用於前述實施例的燃燒試驗臺的燃燒試驗控制裝置80，包括：

第一獲取單元81，用於獲取第一溫度檢測設備所檢測的進氣口處空氣的溫度值；

第一控制單元82，用於當第一溫度檢測設備所檢測的空氣溫度值低於設定的第一溫度閾值時，控制控制閥的第一閥口與第二閥口連通，並關閉控制閥的第三閥口；當第一溫度檢測設備所檢測的空氣溫度值高於設定的第二溫度閾值時，控制控制閥門的第一閥口與第三閥口連通，並關閉控制閥的第二閥口。

本發明實施例提供的燃燒試驗控制裝置80，第一控制單元82根據第一獲取單元81所獲取的溫度值，進行判斷後自動控制控制閥的各個閥口的開閉，從而改變了試驗段設備的空氣溫度工況條件，相比現有技術，燃燒試驗控制裝置80合理利用煙氣餘熱，更加節約能源；此外，第一控制單元82自動控制控制閥，進一步提高了試驗結果的準確性。

較佳的，當燃燒試驗臺還包括設置於氣源設備和回熱設備之間的管路上且分別與控制設備連接的第一流量計和第一流量閥時，燃燒試驗控制裝置80還包括：

第二獲取單元，用於獲取第一流量計所檢測的氣源設備和回熱設備之間的管路上空氣的流量值；

第二控制單元，用於當第一流量計所檢測的空氣流量值大於設定的第一流量閾值時，控制第一流量閥的開度減小；當第一流量計所檢測的空氣流量值小於設定的第二流量閾值時，控制第一流量閥的開度增大。這樣，第二控制單元可以自動控制第一流量閥調節試驗段設備所需的空氣流量及壓力。

較佳的，當燃燒試驗臺還包括設置於試驗段設備的進氣口處且用於檢測進氣口處空氣的壓力的壓力計，以及設置於排氣設備和回熱設備的煙氣出口之間的管路上且與控制設備連接的第二流量閥時，燃燒試驗控制裝置80還包括：

第三獲取單元，用於獲取壓力計所檢測的試驗段設備的進氣口處空氣的壓力值；

第三控制單元，用於當壓力計所檢測的空氣壓力值大於設定的空氣壓力閾值時，控制第二流量閥的開度減小；當壓力計所檢測的空氣壓力值小於設定的空氣壓力閾值時，控制第二流量閥的開度增大。第三控制單元可以自動控制第二流量閥的開度，可以調節回熱設備中的煙氣量，進一步調節回熱設備的氣體壓力。

較佳的，當燃燒試驗臺還包括設置於回熱設備的煙氣進口的第二溫度檢測設備，且冷卻設備還包括設置於換熱器的冷卻水進口和冷卻水循環設備的出口之間的管路上且與控制設備連接的第三流量閥時，燃燒試驗控制裝置80還包括：

第四獲取單元，用於獲取第二溫度檢測設備所檢測的煙氣進口處煙氣的溫度值；

第四控制單元，用於當第二溫度檢測設備所檢測的煙氣溫度值低於設定的第三溫度閾值時，控制第三流量閥的開度減小；當第二溫度檢測設備所檢測的煙氣溫度高於設定的第四溫度閾值時，控制第三流量閥的開度增大。這樣第四控制單元可以自動控制進入換熱器的冷卻水的流量，從而可以控制高溫燃氣的溫度。

顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和範圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬於本發明權利要求及其等同技術的範圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。