一种闭式布雷顿循环性能实验系统技术方案

本发明专利技术公开一种闭式布雷顿循环性能实验系统，包括主循环系统、气源系统、热源系统、动力系统，主循环系统包括透平机、压气机、冷却单元，压气机的入口与气源系统相连，用于通入实验气体并压缩，压气机的出口与热源系统相连，用于将压缩后的实验气体加热，透平机的入口与热源系统相连，用于对加热后的实验气体进行做功，冷却单元与透平机、压气机分别相连，用于对做功后的乏气降温，并将其返回压气机；动力系统包括启发一体式发电机，启发一体式发电机与压气机相连，用于推动压气机运转以进行压缩并在透平机做功的输出功大于压气机的耗功时进行发电。本发明专利技术可进行系统级的验证回路流动特性、传热特性、机械特性、传动特性等多种实验。传动特性等多种实验。传动特性等多种实验。

【技术实现步骤摘要】
一种闭式布雷顿循环性能实验系统


[0001]本专利技术涉及能源动力
，具体涉及一种闭式布雷顿循环性能实验系统。

技术介绍

[0002]布雷顿循环是一种典型热力学循环，它以气体为工质，先后经过绝热压缩、等压吸热、绝热膨胀及等压冷却四个过程实现能量的高效转化。与传统技术相比，闭式布雷顿循环技术具有循环效率高、功率密度大、结构紧凑、应用范围广等特点。布雷顿循环热电转换装置(后文简称“闭式循环氦气轮机”)是直接循环气冷堆实现热电转换的关键设备，通过闭式布雷顿循环将气冷堆堆芯产生的热能转化为电能。
[0003]在国内，目前尚无闭式循环氦气轮机产品的运行经验。清华大学的HTR
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10GT项目已完成氦气轮机样机建造，但由于各种原因并未投入运转，也曾开展过部件级的试验研究，设计并搭建一套验证试验件自身压缩能力的闭式系统，但是，该闭式系统只能进行冷态试验验证压气机试验件的循环动力；中科院上海高等研究院建设了布雷顿循环试验平台，该平台的透平机和压气机不同轴，透平机仅驱动发电机，重点是分析不同试验条件下的非定常相应特性，且该平台结构复杂，存在占地面积大、耗能多等问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是针对现有技术存在的以上不足，提供一种闭式布雷顿循环实验系统，可满足系统级的验证回路流动特性、传热特性、机械特性、传动特性等多种实验的要求，可进行流动特性、传热特性、机械特性、传动特性等多种实验。
[0005]解决本专利技术技术问题所采用的技术方案是：
[0006]本专利技术提供一种闭式布雷顿循环性能实验系统，其技术方案如下：
[0007]一种闭式布雷顿循环性能实验系统，包括主循环系统、气源系统、热源系统、以及动力系统，其中：
[0008]所述气源系统，用于提供实验气体；
[0009]所述主循环系统包括透平机、压气机、以及冷却单元，所述压气机的入口与所述气源系统相连，用于通入实验气体并对通入的实验气体进行压缩，压气机的出口与所述热源系统相连，用于将压缩后的实验气体通入到热源系统进行加热，所述透平机的入口与所述热源系统相连，用于对加热后的实验气体进行做功，所述冷却单元与所述透平机、所述压气机分别相连，用于对透平机中做功后输出的乏气进行降温，并将降温后的乏气输送到压气机中再次进行压缩，以实现闭式布雷顿循环；
[0010]所述动力系统包括启发一体式发电机，所述启发一体式发电机与所述压气机相连，用于推动压气机运转以进行压缩并在透平机做功的输出功大于压气机的耗功时进行发电。
[0011]优选的是，本实验系统还包括密封壳，所述透平机、所述压气机、以及所述启发一体式发电机同轴连接转速相同，且三者均设于所述密封壳内。
[0012]优选的是，所述冷却单元包括回热器和预冷器，所述回热器与所述透平机的出口相连，用于对透平机中做功后输出的乏气进行初步降温，以回收乏气的热量；所述预冷器与所述回热器相连，用于对初步降温的乏气进一步降温，预冷器还与所述压气机的入口相连，用于将进一步降温后的乏气通入到压气机进行压缩并循环；且所述回热器和所述预冷器设于所述密封壳内。
[0013]优选的是，本实验系统还包括热阱系统，所述预冷器设有冷却水入口和冷却水出口，所述热阱系统的出口通过冷却水供水管路与所述预冷器的冷却水入口相连，热阱系统的入口通过冷却水返回管路与预冷器的冷却水出口相连，用于向预冷器提供冷却水。
[0014]优选的是，所述主循环系统还包括第一旁通调节管路和第二旁通调节管路，所述第一旁路调节管路的入口端与所述压气机的出口相连，第一旁通调节管路的出口端与所述透平机的出口相连，所述第二旁路调节管路的入口端与所述压气机的出口相连，第一旁通调节管路的出口端与所述压气机的入口相连，且第一旁路调节管路和第二旁路调节管路上均设有流量调节阀和截断阀。
[0015]优选的是，所述热源系统包括反应堆模拟加热器、蓄热组件、以及压力容器，所述压力容器的入口所述压气机的出口相连，用于通入压气机压缩后的实验气体，所述反应堆模拟加热器与所述蓄热组件相连，且两者均设于所述压力容器内，用于对压力容器中的实验气体加热，所述压力容器的出口与所述透平机的入口相连，用于将加热后的实验气体通入到透平机做功。
[0016]优选的是，所述热源系统还包括挡板，所述挡板设于所述压力容器内，且竖向设置，挡板的底部和两个侧边均与压力容器相连，压力容器的入口和出口分别处于挡板的两侧，以在压力容器内部形成向上流通的进气通道和向下流通的加热通道，所述反应堆模拟加热器和所述蓄热组件处于加热通道内。
[0017]优选的是，所述气源系统包括氦气源系统和抽真空系统，所述氦气源系统包括氦气贮存站、空罐、缓冲罐、低压罐、以及氦气压缩机，其中：
[0018]所述氦气贮存站通过第一管路与所述压气机的入口相连，用于提供氦气作为所述实验气体；
[0019]所述空罐、所述缓冲罐、所述低压罐均与所述第一管路相连，其中，空罐处于缓冲罐的上游，且空罐通过第二管路与所述压气机的出口相连，空罐用于调节所述实验系统的充装量，缓冲罐处于低压罐的上游，缓冲罐用于调节所述实验系统的压力波动，低压罐用于回收氦气；
[0020]所述氦气压缩机设于所述第一管路上，并处于所述缓冲罐与所述低压罐之间；
[0021]所述抽真空系统与所述压气机相连，用于对所述实验系统抽真空。
[0022]优选的是，所述气源系统还包括氮气源系统或空气供给系统，所述氮气源系统和所述空气供给系统均与所述压气机的入口相连，氮气源系统用于提供氮气作为所述实验气体，空气供给系统用于提供空气作为所述实验气体。
[0023]优选的是，本实验系统还包括试验台控制系统，所述试验台控制系统包括控制柜、测量仪表、数据采集板、以及人机界面，其中：
[0024]所述控制柜，与所述透平机、所述启发一体式发电机分别电连接，用于控制透平机、启发一体式发电机的启闭；
[0025]所述测量仪表设于所述透平机、所述压气机、以及所述压力容器上，用于检测透平机、压气机、以及压力容器的温度和/或压力和/或流量；
[0026]所述数据采集板与所述测量仪表电连接，用于接收测量仪表检测到的温度和/或压力和/或流量信号并转换为相应的温度值和/或压力值和/或流量值；
[0027]所述人机界面与所述数据采集板电连接，用于显示数据采集板转换得到的温度值和/或压力值和/或流量值
[0028]本专利技术的闭式布雷顿循环性能实验系统，可满足系统级的验证回路流动特性、传热特性、机械特性、传动特性等多种实验的要求，可进行流动特性、传热特性、机械特性、传动特性等多种实验。并且，通过将透平机、压气机、以及启发一体式发电机同轴连接设置，以及将其与回热器、预热一同设于密封壳，可以使本实验系统结构简单且紧凑，不需要设置减速装置和配套的润滑油系统，占地面积小，成本更低；通过设置氦气源系统、氮气源系统、以及空气供应系统，使得本实验系统可开展氦气、氮气、空气、以及其任一组合气体的实验，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种闭式布雷顿循环性能实验系统，其特征在于，包括主循环系统(2)、气源系统、热源系统(1)、以及动力系统(7)，所述气源系统，用于提供实验气体；所述主循环系统包括透平机(201)、压气机(202)、以及冷却单元，所述压气机的入口与所述气源系统相连，用于通入实验气体并对通入的实验气体进行压缩，压气机的出口与所述热源系统相连，用于将压缩后的实验气体通入到热源系统进行加热，所述透平机的入口与所述热源系统相连，用于对加热后的实验气体进行做功，所述冷却单元与所述透平机、所述压气机分别相连，用于对透平机中做功后输出的乏气进行降温，并将降温后的乏气输送到压气机中再次进行压缩，以实现闭式布雷顿循环；所述动力系统包括启发一体式发电机(203)，所述启发一体式发电机与所述压气机相连，用于推动压气机运转以进行压缩并在透平机做功的输出功大于压气机的耗功时进行发电。2.根据权利要求1所述的闭式布雷顿循环性能实验系统，其特征在于，还包括密封壳，所述透平机、所述压气机、以及所述启发一体式发电机同轴连接转速相同，且三者均设于所述密封壳(210)内。3.根据权利要求2所述的闭式布雷顿循环性能实验系统，其特征在于，所述冷却单元包括回热器(204)和预冷器(205)，所述回热器与所述透平机的出口相连，用于对透平机中做功后输出的乏气进行初步降温，回收乏气的热量；所述预冷器与所述回热器相连，用于对初步降温的乏气进一步降温，预冷器还与所述压气机的入口相连，用于将进一步降温后的乏气通入到压气机进行压缩并循环；且所述回热器和所述预冷器设于所述密封壳内。4.根据权利要求3所述的闭式布雷顿循环性能实验系统，其特征在于，还包括热阱系统(6)，所述预冷器设有冷却水入口和冷却水出口，所述热阱系统的出口通过冷却水供水管路与所述预冷器的冷却水入口相连，热阱系统的入口通过冷却水返回管路与预冷器的冷却水出口相连，用于向预冷器提供冷却水。5.根据权利要求3所述的闭式布雷顿循环性能实验系统，其特征在于，所述主循环系统还包括第一旁通调节管路和第二旁通调节管路，所述第一旁路调节管路的入口端与所述压气机的出口相连，第一旁通调节管路的出口端与所述透平机的出口相连，所述第二旁路调节管路的入口端与所述压气机的出口相连，第一旁通调节管路的出口端与所述压气机的入口相连，且第一旁路调节管路和第二旁路调节管路上均设有流量调节阀(206)和截断阀。6.根据权利要求1
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5任一项所述的闭式布雷顿循环性能实验系统，其特征在于，所述热源系统包括反应堆模拟加热器(101)、蓄热组件(102)、以及压力容器(...

【专利技术属性】
技术研发人员：于沛，姚鸿帅，刘亚光，堵树宏，黄晨，李亚飞，李杰，汪俊，
申请(专利权)人：中国核电工程有限公司，
类型：发明
国别省市：