一种适用于超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统核心设备的性能试验平台技术方案

本发明专利技术涉及一种适用于超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统核心设备的性能试验平台，包括相连通的超临界二氧化碳布雷顿循环发电装置测试循环回路和辅助压缩空气及控制系统；测试循环回路中，二氧化碳气瓶、气动增压泵、高低温试验箱依次相连，高低温试验箱与压缩机的进气口连接，压缩机、换热器、涡轮机、第一冷却器依次连接，第一冷却器的出气口最后与压缩机进气口相连，涡轮机与永磁同步电机同轴连接；辅助压缩空气及控制系统通过调节压缩空气使其符合模拟船舶主机排气的压力、流量和温度，最终输送至测试循环回路的换热器中。本发明专利技术不仅实现了超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统整体效率测试的目的，还实现了核心设备压缩机和换热器性能测试目的。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统核心设备的性能试验平台
本专利技术涉及发电
，具体涉及一种适用于超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统核心设备的性能试验平台。
技术介绍
超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统是以超临界状态下的二氧化碳作为循环工质，将热源的热量转化为机械能并最终输出电能的技术。此发电系统具有高效、环保等特点，被视为未来发电的主要发展方向之一，在诸多领域有良好的应用前景。尤其是超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统在提高发电效率、减少发电系统体积和重量、降低噪声影响等方面具有显著优势，相比于传统余热发电形式更适用于内部空间有限的船舶，现已引起各国的高度重视和大力研发。但是迄今为止，超临界二氧化碳布雷顿循环发电技术在船舶余热回收利用发电方面始终存在两个难以解决的问题，即该系统的热电转化效率问题和系统中各核心设备样机的实际性能问题。由于这两个问题直接关系到超临界二氧化碳布雷顿循环发电技术在船舶行业的发展前景。因此，超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统整体效率测试和所需核心设备性能测试是十分重要的环节。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足，提供一种适用于超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统核心设备的性能试验平台，通过辅助压缩空气及控制系统模拟船舶主机余热排气，控制主循环系统内S-CO2的物性参数和监测记录永磁同步电机输出电能的变化，然后将系统供热量与永磁同步电机输出电能进行对比分析，得出系统热电转换效率，从而实现超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统整体效率测试的目的，另设置不同的旁通管路实现对系统内各核心设备进行性能测试。本专利技术为解决上述提出的技术问题所采用的技术方案为：一种适用于超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统核心设备的性能试验平台，包括相连通的超临界二氧化碳布雷顿循环发电装置测试循环回路和辅助压缩空气及控制系统；所述超临界二氧化碳布雷顿循环发电装置测试循环回路包括压缩机、换热器、涡轮机、永磁同步电机、第一冷却器、二氧化碳气瓶、气动增压泵、高低温试验箱；所述二氧化碳气瓶、气动增压泵、高低温试验箱依次相连，二氧化碳气瓶中的CO2气体通过所述气动增压泵增压，再通过高低温试验箱进行温度的精准控制，使得进入压缩机前的CO2处于超临界状态；所述高低温试验箱与所述压缩机的进气口连接，压缩机、换热器、涡轮机、第一冷却器依次连接，第一冷却器的出气口最后与所述压缩机进气口相连，从而形成循环回路；所述涡轮机与所述永磁同步电机同轴连接；所述辅助压缩空气及控制系统包括空压机、储气罐、电动减压阀、电动截止阀、电加热器、PLC控制柜和上位机，所述空压机、储气罐、电加热器依次相连，电动减压阀和电动截止阀设于储气罐之后的管路上，电动减压阀、电动截止阀、电加热器分别与PLC控制柜连接，PLC控制柜与上位机相连；经电动减压阀、电动截止阀、电加热器调节后的压缩空气符合模拟船舶主机排气的压力、流量和温度，最终输送至测试循环回路的换热器中。上述方案中，测试循环回路中，S-CO2工质经过所述压缩机压缩增压后，另设一管路连接至所述第一冷却器，使经过压缩机压缩增压后的S-CO2工质直接进入所述冷却器冷却，对压缩机性能进行测试。上述方案中，测试循环回路中，所述换热器热侧还设有水的管路，水的管路接水冷机，通过该支路将水送入换热器中，实现S-CO2和水之间的换热，换热后的残余流体流回水冷机中。上述方案中，测试循环回路中，所述超临界二氧化碳布雷顿循环发电装置测试循环回路在所述二氧化碳气瓶后设有一支路连接至所述第一冷却器的出气口，该支路上设有抽气泵，循环主回路长时间不进行试验时，循环回路中的CO2工质可通过所述抽气泵抽回所述二氧化碳气瓶中储存。上述方案中，所述辅助压缩空气及控制系统在所述储气罐后设若干支路，每一支路上安装一个两位三通电磁阀，每一两位三通电磁阀对应控制测试循环回路中的一个气控阀，所述两位三通电磁阀分别与所述PLC控制柜连接，上位机通过PLC控制柜控制两位三通电磁阀电或失电，从而控制压缩空气是否进入测试循环回路中的气控阀气缸，以此控制各个气控阀的开闭。上述方案中，测试循环回路的二氧化碳气瓶与气动增压泵增压之间设有气动增压泵调节阀；所述辅助压缩空气及控制系统在所述储气罐后设一支路连接至所述气动增压泵调节阀，储气罐中另一部分压缩空气进入气动增压泵调节阀，所述上位机通过控制所述气动增压泵调节阀，调节测试循环回路中的气动增压泵的输出压力，保证CO2气体达到超临界状态的压力。上述方案中，所述辅助压缩空气及控制系统的管路上设有温度传感器、压力传感器、流量传感器，三个传感器分别与所述PLC控制柜连接，上位机通过传感器反馈的温度、压力、流量信号，通过PLC控制柜对应控制电加热器、电动减压阀、电动截止阀调节压缩空气的温度、压力及流量，使压缩空气符合模拟船舶主机排气的温度、压力及流量。上述方案中，所述高低温试验箱内置有高压缓冲罐、第二冷却器、加热器，所述高压缓冲罐用于消除多余的压力脉动，并有效防止高温下气体膨胀可能产生的超压现象；所述第二冷却器用于减小高温对系统压力的影响，并调整工质温度；所述加热器用于防止冷却后的气体温度过低，对其进行加热。上述方案中，所述超临界二氧化碳布雷顿循环发电装置测试循环回路还包括电热油浴恒温箱，所述电热油浴恒温箱通过管道与所述换热器连接，用于保证换热器内的气体温度。上述方案中，所述压缩机的进气口设置温度变送器TT1和压力变送器PT1，出口设置温度变送器TT2和压力变送器PT2；所述换热器的进气口设置温度变送器TT3和压力变送器PT3，出口设置温度变送器TT4和压力变送器PT4；所述涡轮机的进气口设置温度变送器TT5和压力变送器PT5，出口设置温度变送器TT6和压力变送器PT6。本专利技术的有益效果在于：1、本专利技术试验平台不仅实现了超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统整体效率测试的目的，还实现了核心设备压缩机和换热器的性能测试目的，可以根据测试参数进行核心设备样机研制优化，提高各核心设备工作性能。2、通过辅助压缩空气及控制系统模拟船舶主机废气，测试了在船舶领域应用超临界二氧化碳布雷顿循环发电装置的可行性以及经济性。3、通过辅助压缩空气及控制系统可改变主循环系统内S-CO2的物性参数并监测记录永磁同步电机输出功率的变化，经过热电转换效率计算后可找出热电转换效率最高时S-CO2的温度和压力，提高发电效率。4、本专利技术系统运行方式为远程自动控制，过程无需人为干预控制，操作方便。5、实验系统为高压系统，配有安全阀并采用远程自动控制，较好的保护了实验人员的安全。附图说明下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：图1是本专利技术性能试验平台的超临界二氧化碳布雷顿循环发电装置测试循环回路图；图2是本专利技术性能试验平台的辅助压缩空气及控制系统图；图3是本专利技术性能试验平台的控制箱电路图。图中：1、二氧化碳气瓶；2、气动增压泵；3、高压缓冲罐；4、第二冷却器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统核心设备的性能试验平台，其特征在于，该性能试验平台包括相连通的超临界二氧化碳布雷顿循环发电装置测试循环回路和辅助压缩空气及控制系统；/n所述超临界二氧化碳布雷顿循环发电装置测试循环回路包括压缩机、换热器、涡轮机、永磁同步电机、第一冷却器、二氧化碳气瓶、气动增压泵、高低温试验箱；所述二氧化碳气瓶、气动增压泵、高低温试验箱依次相连，二氧化碳气瓶中的CO

【技术特征摘要】
1.一种适用于超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统核心设备的性能试验平台，其特征在于，该性能试验平台包括相连通的超临界二氧化碳布雷顿循环发电装置测试循环回路和辅助压缩空气及控制系统；
所述超临界二氧化碳布雷顿循环发电装置测试循环回路包括压缩机、换热器、涡轮机、永磁同步电机、第一冷却器、二氧化碳气瓶、气动增压泵、高低温试验箱；所述二氧化碳气瓶、气动增压泵、高低温试验箱依次相连，二氧化碳气瓶中的CO2气体通过所述气动增压泵增压，再通过高低温试验箱进行温度的精准控制，使得进入压缩机前的CO2处于超临界状态；所述高低温试验箱与所述压缩机的进气口连接，压缩机、换热器、涡轮机、第一冷却器依次连接，第一冷却器的出气口最后与所述压缩机进气口相连，从而形成循环回路；所述涡轮机与所述永磁同步电机同轴连接；
所述辅助压缩空气及控制系统包括空压机、储气罐、电动减压阀、电动截止阀、电加热器、PLC控制柜和上位机，所述空压机、储气罐、电加热器依次相连，电动减压阀和电动截止阀设于储气罐之后的管路上，电动减压阀、电动截止阀、电加热器分别与PLC控制柜连接，PLC控制柜与上位机相连；经电动减压阀、电动截止阀、电加热器调节后的压缩空气符合模拟船舶主机排气的压力、流量和温度，最终输送至测试循环回路的换热器中。


2.根据权利要求1所述的适用于超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统核心设备的性能试验平台，其特征在于，测试循环回路中，S-CO2工质经过所述压缩机压缩增压后，另设一管路连接至所述第一冷却器，使经过压缩机压缩增压后的S-CO2工质直接进入所述冷却器冷却，对压缩机性能进行测试。


3.根据权利要求1所述的适用于超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统核心设备的性能试验平台，其特征在于，测试循环回路中，所述换热器热侧还设有水的管路，水的管路接水冷机，通过该支路将水送入换热器中，实现S-CO2和水之间的换热，换热后的残余流体流回水冷机中。


4.根据权利要求1所述的适用于超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统核心设备的性能试验平台，其特征在于，测试循环回路中，所述超临界二氧化碳布雷顿循环发电装置测试循环回路在所述二氧化碳气瓶后设有一支路连接至所述第一冷却器的出气口，该支路上设有抽气泵，循环主回路长时间不进行试验时，循环回路中的CO2工质可通过所述抽气泵抽回所述二氧化碳气瓶中储存。


5.根据权利要求1所述的适用于超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统核心设备的性能试验平台，其特征在于，所述辅助压缩空气及控制系统在所述储气罐...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙玉伟，黄雅玲，卢明剑，王建，刘小华，严新平，袁成清，汤旭晶，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42