一种用于两相膨胀机的性能测试系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于两相膨胀机的性能测试系统，包括气源装置、预冷装置、测试冷箱以及控制装置，所述气源装置通过常温高压管路以及常温低压管路与所述预冷装置连接，所述预冷装置通过低温高压绝热管路、低温低压绝热管路、氢气绝热管路与所述测试冷箱连接，所述常温高压管路上设置有常温高压阀门，所述常温低压管路上设置有常温低压阀门，所述常温高压阀门和所述常温低压阀门均与所述控制装置连接，待测两相膨胀机设置于所述测试冷箱中；该系统在真空环境中对两相膨胀机进行性能测试，并且通过控制装置调节氢气流量，系统气压稳定性好。好。好。

【技术实现步骤摘要】
一种用于两相膨胀机的性能测试系统


[0001]本专利技术涉及氢能应用
，尤其涉及一种用于两相膨胀机的性能测试系统。

技术介绍

[0002]液氢是发展航空航天，氢能源产业的重要战略资源。随着我国航天事业发展，探月探火计划的不断推进，对重载火箭的需求日益增长，作为重载火箭液氢
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液氧发动机最佳能量来源的液氢需求量不断增加；另一方面，氢气液化后方便运输，液氢作为大规模氢运输的主要手段日益重要。而目前，制约液氢发展的主要原因是生产液氢的能耗很高，需要通过流程的优化降低氢液化过程的能耗。基于两相膨胀机的氢液化流程是目前较为先进的流程，其核心关键部件两相膨胀机的效率很大程度上会影响整机的能效。因此，在两相膨胀机投入工作前需要对其性能进行测试。
[0003]目前，已有对氢气制冷膨胀机的性能测试方案以及用于测试膨胀机性能的装置。例如，专利文献CN113865909A公开了一种制冷膨胀机性能测试装置，装置中主要包括液氮储罐、汽化器、待测试制冷膨胀机及排空管道，通过为制冷膨胀机提供温度和压力合适的氮气来使制冷膨胀机连续工作，从而测试制冷膨胀机的性能。
[0004]但是，上述制冷膨胀机性能测试装置只能用于测试以液氮作为制冷剂的制冷膨胀机的性能，不能用于对两相膨胀机的性能进行测试，并且该测试装置缺少自动化调节控制装置，系统高低压压力稳定性不足。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种用于两相膨胀机的性能测试系统，通过气源装置和预冷装置提供稳压的低温高压氢气，在真空环境中对两相膨胀机进行性能测试，并且通过控制装置调节氢气流量，系统气压稳定性好。
[0006]一种用于两相膨胀机的性能测试系统，包括气源装置、预冷装置、测试冷箱以及控制装置，所述气源装置通过常温高压管路以及常温低压管路与所述预冷装置连接，所述预冷装置通过低温高压绝热管路、低温低压绝热管路、氢气绝热管路与所述测试冷箱连接，所述常温高压管路上设置有常温高压阀门，所述常温低压管路上设置有常温低压阀门，所述常温高压阀门和所述常温低压阀门均与所述控制装置连接，待测两相膨胀机设置于所述测试冷箱中；所述气源装置提供常温高压氢气经所述常温高压管路输送至所述预冷装置进行换热处理，生成低温高压氢气并通过低温高压绝热管路输送至所述测试冷箱，所述低温高压氢气经所述待测两相膨胀机作用转化为低温低压氢气和低温低压饱和氢气，并分别经所述低温低压绝热管路和氢气绝热管路输送至所述预冷装置进行热交换生成常温低压氢气，经过所述常温低压管路返回至所述气源装置。
[0007]进一步地，所述气源装置包括氢气压缩机、油分离装置、缓冲罐、高压氢气出口以及低压氢气吸入口，所述高压氢气出口与所述常温高压管路连接，所述低压氢气吸入口与
所述常温低压管路连接，所述低压氢气吸入口还与所述氢气压缩机通过输入管路连接，所述氢气压缩机与所述油分离装置连接，所述油分离装置与所述缓冲罐连接，所述高压氢气出口与所述油分离装置通过输出管路连接，所述缓冲罐通过加载管路与所述输入管路连接，所述缓冲罐还通过卸载管路与所述输出管路连接，所述氢气压缩机将低压氢气吸入口吸入的常温低压氢气进行处理，产生的常温高压氢气经所述油分离装置进行除油除杂处理以及缓冲罐缓冲调节之后通过所述高压氢气出口排出。
[0008]进一步地，所述气源装置还包括高压卸载阀、低压加载阀以及旁通阀；所述高压卸载阀设置于所述卸载管路上，所述旁通阀的一端连接于所述输出管路上，另一端连接于所述加载管路上，所述低压加载阀设置于所述加载管路上并位于所述旁通阀在加载管路上的连接端与所述卸载管路在加载管路上的连接端之间；所述高压卸载阀、低压加载阀以及旁通阀与所述控制装置连接。
[0009]进一步地，所述高压氢气出口设置有第一压力传感器，所述低压氢气吸入口设置有第二压力传感器，所述第一压力传感器与所述第二压力传感器与所述控制装置连接；所述控制装置接收所述第一压力传感器采集的高压氢气出口处的第一压力信号以及第二压力传感器采集的低压氢气吸入口处的第二压力信号，当高压氢气出口处的第一压力大于或等于第一压力阈值时，控制所述高压卸载阀开大，并关闭所述低压加载阀；当高压氢气出口处的第一压力小于所述第一压力阈值时，控制所述高压卸载阀关闭，并控制所述低压加载阀开大；当低压氢气吸入口处的第二压力大于或等于第二压力阈值时，控制所述旁通阀关小；当低压氢气吸入口处的第二压力小于第二压力阈值时，控制所述旁通阀开大。
[0010]进一步地，所述预冷装置包括箱体、法兰、第一换热模块、第二换热模块、液氮冷却入口、氮气排出口、液氮低温接插件、低温饱和氢接插件、低温高压氢接插件、低温氢气接插件以及透平膨胀机；所述箱体为一端开口，另一端封闭的结构，所述法兰设置于所述箱体的开口端，所述第一换热模块、第二换热模块以及透平膨胀机设置于所述箱体内，所述低温饱和氢接插件、低温高压氢接插件、低温氢气接插件以及液氮低温接插件设置于所述法兰上；所述第一换热模块与所述常温高压管路连接，所述常温高压管路输送的常温高压氢气经所述第一换热模块进行换热处理之后分为两路，其中一路气体进入第二换热模块进行降温形成低温高压氢气，另一路气体进入所述透平膨胀机形成低温低压氢气之后再进入所述第二换热模块进行复温形成常温低压氢气；所述液氮冷却入口、氮气排出口通过管路与所述液氮低温接插件连接，经所述液氮冷却入口通入的液氮用于为所述第一换热模块进行冷却。
[0011]进一步地，所述第一换热模块包括第一换热器、第二换热器以及第三换热器，所述第二换热模块包括第四换热器以及第五换热器，所述第一换热器、第二换热器、第三换热器、第四换热器以及第五换热器依次通过管路连接；所述预冷装置还包括低温饱和氢阀、低温高压氢阀、低温氢气阀、液氮低温阀、透平入口阀以及低温氢气旁通阀；所述液氮低温阀设置于所述液氮冷却入口与氮气排出口连接的管路上，所述透平入口阀设置于所述透平膨胀机与所述第三换热器之间的管路上，所述低温氢气接插件通过
管路与所述透平膨胀机以及第四换热器连接，所述低温氢气阀设置于所述低温氢气接插件与所述第四换热器之间的管路上，所述第五换热器的低温测与复温侧通过管路连接，所述低温氢气旁通阀设置于所述第五换热器的低温测与复温侧之间的管路上，所述低温高压氢接插件通过管路与所述第五换热器的低温侧连接，所述低温高压氢阀设置于所述低温高压氢接插件与所述第五换热器的低温侧之间的管路上，所述低温饱和氢接插件与所述第五换热器的复温侧通过管路连接，所述低温饱和氢阀设置于所述低温饱和氢接插件与所述第五换热器的复温侧之间的管路上；所述低温高压氢接插件与所述低温高压绝热管路连接，所述低温氢气接插件与所述低温低压绝热管路连接，所述低温饱和氢接插件与所述氢气绝热管路连接；所述低温饱和氢阀、低温高压氢阀、低温氢气阀、液氮低温阀、透平入口阀以及低温氢气旁通阀与所述控制装置连接；初始时，所述控制装置控制所述低温氢气旁通阀开启，经所述第五换热器输出的低温高压氢气进入所述第五换热器的复温侧，与所述透平膨胀机输出的气体汇合，再经所述第四换热器、第三换热器、第二换本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于两相膨胀机的性能测试系统，其特征在于，包括气源装置、预冷装置、测试冷箱以及控制装置，所述气源装置通过常温高压管路以及常温低压管路与所述预冷装置连接，所述预冷装置通过低温高压绝热管路、低温低压绝热管路、氢气绝热管路与所述测试冷箱连接，所述常温高压管路上设置有常温高压阀门，所述常温低压管路上设置有常温低压阀门，所述常温高压阀门和所述常温低压阀门均与所述控制装置连接，待测两相膨胀机设置于所述测试冷箱中；所述气源装置提供常温高压氢气经所述常温高压管路输送至所述预冷装置进行换热处理，生成低温高压氢气并通过低温高压绝热管路输送至所述测试冷箱，所述低温高压氢气经所述待测两相膨胀机作用转化为低温低压氢气和低温低压饱和氢气，并分别经所述低温低压绝热管路和氢气绝热管路输送至所述预冷装置进行热交换生成常温低压氢气，经过所述常温低压管路返回至所述气源装置。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述气源装置包括氢气压缩机、油分离装置、缓冲罐、高压氢气出口以及低压氢气吸入口，所述高压氢气出口与所述常温高压管路连接，所述低压氢气吸入口与所述常温低压管路连接，所述低压氢气吸入口还与所述氢气压缩机通过输入管路连接，所述氢气压缩机与所述油分离装置连接，所述油分离装置与所述缓冲罐连接，所述高压氢气出口与所述油分离装置通过输出管路连接，所述缓冲罐通过加载管路与所述输入管路连接，所述油分离装置通过卸载管路与所述加载管路连接，所述氢气压缩机将低压氢气吸入口吸入的常温低压氢气进行处理，产生的常温高压氢气经所述油分离装置进行除油除杂处理以及缓冲罐缓冲调节之后通过所述高压氢气出口排出。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述气源装置还包括高压卸载阀、低压加载阀以及旁通阀；所述高压卸载阀设置于所述卸载管路上，所述旁通阀的一端连接于所述输出管路上，另一端连接于所述加载管路上，所述低压加载阀设置于所述加载管路上并位于所述旁通阀在加载管路上的连接端与卸载管路在加载管路上的连接端之间；所述高压卸载阀、低压加载阀以及旁通阀与所述控制装置连接。4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述高压氢气出口设置有第一压力传感器，所述低压氢气吸入口设置有第二压力传感器，所述第一压力传感器与所述第二压力传感器与所述控制装置连接；所述控制装置接收所述第一压力传感器采集的高压氢气出口处的第一压力信号以及第二压力传感器采集的低压氢气吸入口处的第二压力信号，当高压氢气出口处的第一压力大于或等于第一压力阈值时，控制所述高压卸载阀开大，并关闭所述低压加载阀；当高压氢气出口处的第一压力小于所述第一压力阈值时，控制所述高压卸载阀关闭，并控制所述低压加载阀开大；当低压氢气吸入口处的第二压力大于或等于第二压力阈值时，控制所述旁通阀关小；当低压氢气吸入口处的第二压力小于第二压力阈值时，控制所述旁通阀开大。5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述预冷装置包括箱体、法兰、第一换热模块、第二换热模块、液氮冷却入口、氮气排出口、液氮低温接插件、低温饱和氢接插件、低温高压氢接插件、低温氢气接插件以及透平膨胀机；所述箱体为一端开口，另一端封闭的结构，所述法兰设置于所述箱体的开口端，所述第一换热模块、第二换热模块以及透平膨胀机设置于所述箱体内，所述低温饱和氢接插件、低温高压氢接插件、低温氢气接插件以及液氮低温接插件设置在所述法兰上；
所述第一换热模块与所述常温高压管路连接，所述常温高压管路输送的常温高压氢气经所述第一换热模块进行换热处理之后分为两路，其中一路气体进入第二换热模块进行降温形成低温高压氢气，另一路气体进入所述透平膨胀机形成低温低压氢气之后再进入所述第二换热模块进行复温形成常温低压氢气；所述液氮冷却入口、氮气排出口通过管路与所述液氮低温接插件连接，经所述液氮冷却入口通入的液氮用于为所述第一换热模块进行冷却。6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述第一换热模块包括第一换热器、第二换热器以及第三换热器，所述第二换热模块包括第四换热器以及第五换热器，所述第一换热器、第二换热器、第三换热器、第四换热器以及第五换热器依次通过管路连接；所述预冷装置还包括低温饱和氢阀、低温高压氢阀、低温氢气阀、液氮低温阀、透平入口阀以及低温氢...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙耕，
申请(专利权)人：北京大臻科技有限公司，
类型：发明
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