[发明专利]一种气体膨胀装置的闭式实验系统及实验方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种气体膨胀装置的实验系统和实验方法，尤其涉及一种气体膨胀装置的闭式实验系统及实验方法，该方法可应用于各种化工机械行业气体工质余压、中间减压过程的能量回收设备的研发及检测。

背景技术

目前我国钢铁、有色、煤炭、建材、化工、纺织等行业的气体工质压力能量存在大量的浪费，各种化工机械行业的能量回收具有重大的社会和经济效益。气体膨胀机是压力能量回收的核心设备，可用于替代各种化工环节节流减压阀，从而实现能量回收的同时满足实际工艺流程所需的压降，对整个系统并未造成其他影响，所回收的能量可用于发电或驱动其他耗能设备，具有显著的经济价值。

目前各种可适用于不同化工机械行业内部流程环节压力能量回收的膨胀装置逐渐引起人们重视，并已公开多种专利，其结构形式包括容积式、径流式、混流式或轴流式等多种形式，应用工质也有空气、氮气、氧气、天然气、氢气或其他易燃易爆及有毒气体，这些膨胀机多为新研发设备，而其研发过程中最重要环节——实验验证和检测技术并不成熟，目前尚无适用于此类产品的完善实验平台及测试方法，而直接在使用现场进行实验显然存在较大的技术和安全风险。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于上述技术缺陷，本发明提供了一种适用于各种气体工质、各种结构形式下膨胀装置的实验和检测技术，实现现场实际工况下的膨胀装置的可靠性验证及性能特性研究。

(二)技术方案

本发明所涉及的气体膨胀装置的闭式实验系统及实验方法通过以下技术方案实现：

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。优选地，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。

优选地，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。

优选地，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。

优选地，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。

优选地，所述气体压缩装置采用单级、两级及多级压缩的结构形式。

优选地，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。

优选地，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。

优选地，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。

优选地，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。

优选地，所述测功器采用水力测功器、电力测功器或电涡流测功器，其作用在于控制气体膨胀装置被试件转速，并消耗气体膨胀装置被试件输出的轴功。