一种高压闭式高温循环水供应装置的制作方法

1.本发明属于高温循环水供应技术领域，具体涉及一种高压闭式高温循环水供应装置。


背景技术：

2.随着环保及适航对排放的要求越来越严苛，对地面燃气轮机及航空发动机的排放要求越来越高。在地面燃气轮机及航空发动机的研制过程中，需要在试验设备上对地面燃气轮机及航空发动机的燃烧室部件的污染排放进行测试分析，指导燃烧室部件的设计工作。
3.燃烧室部件的试验设备采用烟气测量分析系统对污染排放进行测试分析，采用取样耙对排气进行取样。为了获得可信度高的测试结果，需要试验设备的烟气测量分析系统和取样耙尽可能的与国内外的污染物排放测试标准规范的要求一致。污染物排放测试标准规范要求样气的温度为160℃附近，烟气测量分析系统在燃烧室部件外部，可以设置样气保温装置满足样气的温度要求。对于典型的f级地面燃气轮机和10吨推力级航空发动机，燃烧室出口的高温烟气温度可达1400℃甚至更高，需要对取样耙进行冷却避免被高温燃气烧坏，同时需要将取到的高温样气温度降至约160℃。
4.目前常规的冷却系统，采用常温水对取样耙进行冷却，可以实现取样耙不被烧蚀，但无法保证取样耙内的高温样气降至约160℃附近并可靠的稳定住，导致烟气测试分析最终结果可信度不高。


技术实现要素：

5.本发明提供一种高压闭式高温循环水供应装置，解决常规的冷却系统采用常温水对取样耙进行冷却，存在温度不稳定导致烟气测试分析最终结果可信度不高的问题。
6.本发明提供一种高压闭式高温循环水供应装置，包括：高温水箱1、电加热器21、高压水泵2、溢流阀3、冷却器7和冷却器后背压阀8；
7.所述高温水箱1上预留有高温水出水口、高温水回水口、氮气注入口和一次注水口；所述氮气注入口用于充入氮气，将高温水箱1内的压力加压至第一预设压力；所述电加热器21安装在所述高温水箱1内部，用于所述装置启动前加热通过所述一次注水口注入的常温水至第一预设温度；
8.所述高温水箱1的高温水出水口与所述高压水泵2的入水口连接，所述高压水泵2用于将高温水增压至第二预设压力，所述第二预设压力大于所述第一预设压力，且满足取样耙6取样处的压力要求；
9.所述高压水泵2的两路出水口，一路连接溢流管路，将加压后的高温水回流至高温水箱1中，另一路连接循环管路，所述循环管路包括套设在取样耙6上的水套和冷却器7；所述溢流管路上设置有所述溢流阀3，用于调节高压水泵2向取样耙6的供水压力；所述冷却器7通过冷却器后背压阀8与高温水箱1的高温水回水口连接；所述冷却器后背压阀8用于保持
循环管路的压力达到第二预设压力。
10.可选的，所述第一预设压力为0.4mpa，所述第二预设压力为2.5-3.5mpa。
11.可选的，所述冷却器7用于将所述水套流出的高温水降温至第一预设温度。
12.可选的，所述第一预设温度为120℃-160℃。
13.可选的，所述高温水箱1的顶部布置有液位仪23，用于监控液面高度。
14.可选的，还包括：流量计4和调节阀5；
15.所述流量计4和调节阀5安装在所述循环管路上，用于计量和调节供给取样耙6上的水套的高温水。
16.可选的，所述高温水箱1顶部设有放气安全阀22防止超压，安全阀排气引至安全阀放气路13。
17.可选的，所述冷却器7的低温侧接收常温水。
18.本发明提供一种高压闭式高温循环水供应装置，高温水箱中充入氮气加压产生120℃-160℃高温水，利用惰性气体的可压缩特性营造一个可变的水膨胀空间，惰性气体可吸收水温变化时水的体积膨胀，避免固定的膨胀空间带来的水压不稳定问题；在高温水箱出水口后管路上配置高压水泵对高温水加持高压，在循环水回水管路冷却器出口处配置一台背压可调阀门，保持高压水泵和背压可调阀门之间的取样耙管路中的循环水始终为高压，并且压力可调；在循环水回水管路上配置冷却器，降低通过燃气分析系统取样耙后温度升高的循环水，可使整个系统长时间运行；本发明提供的高压闭式高温循环水供应装置结构简单、控制原理简单，高温水箱及加热元件不承受高压可以降低设备成本，取样耙管路高温水压力高(2.5-3.5mpa)，可持续长时间运行，满足燃气轮机及航空发动机试验设备的烟气测量分析系统的特殊使用需求。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1是本发明的高压闭式高温循环水供应装置的原理示意图；
21.图2是本发明的高温水箱示意图；
22.附图标记说明：
23.1-高温水箱；
24.2-高压水泵；
25.3-溢流阀；
26.4-流量计；
27.5-调节阀；
28.6-取样耙；
29.7-冷却器；
30.8-冷却器后背压阀；
31.9-一次注水路开关阀；
32.10-氮气注入路开关阀；
33.11-氮气路；
34.12-常温水路；
35.13-安全阀放气路；
36.21-电加热器；
37.22-放气安全阀；
38.23-液位仪。
具体实施方式
39.下面结合附图对本发明提供的高压闭式高温循环水供应装置进行解释说明。
40.参见附图1～2，本发明提供一种高压闭式高温循环水供应装置，通过采用氮气加压高温水箱，产生120℃-160℃高温水；在水箱出水口后配置一台高温高压水泵，在水箱回水口之前配置一台可调背压阀门，维持高温水在取样耙管路中的高压，满足试验需求。整套系统可以持续不断的提供120℃-160℃高温高压水，同时具有系统结构简单、控制原理简单、高温水箱体积小、高温水压力可调等特点，满足燃气轮机及航空发动机试验设备的烟气测量分析系统的使用要求。
41.本发明提供的高压闭式高温循环水供应装置，包括：
42.高温循环水路，设备有高温水箱1、压力安全阀、高温水出水管道，高压水泵2、溢流阀3、流量计4、调节阀5、冷却器7、冷却器后背压阀8、回水管道；
43.氮气注入路，设置有氮气注入路开关阀10和氮气进气管道；
44.一次注水路，设置有一次注水路开关阀9和注水管道。
45.高温水箱1内部安装一台电加热器21，用于装置启动前加热高温水箱1内的低温液态水，将水温加热到120℃-160℃。
46.高温水箱1顶部设有放气安全阀22防止超压，放气安全阀22排气引至安全阀放气路13，高温水箱1顶部还布置有液位仪23监控液面高度，确保液位高度在安全范围内，确保高温水箱安全可靠。
47.如图2所示，高温水箱1预留有高温水出水口、高温水回水口、氮气注入口和一次注水口。高温水箱1通过高温水出水口与出水管道相接，通过高温水回水口与回水管道相接，通过一次注水口与一次注水管道相接，通过氮气注入口与氮气管道相接，优选地，充入氮气后使水箱内的压力达到第一预设压力(例如0.4-0.6mpa，确保160℃时，高温水依然为液态水。
48.在高温水箱中充入氮气加压产生120℃-160℃高温水，利用惰性气体的可压缩特性营造一个可变的水膨胀空间，惰性气体可吸收水温变化时水的体积膨胀，避免固定的膨胀空间带来的水压不稳定问题。
49.高温水箱1出水管道与高压水泵2连接，高压水泵2耐温大于200℃，高压水泵2将高温水加压至2.5-3.5mpa后输送给下游管道。
50.考虑到取样耙6直接插到燃烧室部件出口处进行取样，由于燃烧室出口的排气压力很高，达到第二预设压力(一般在2.5-3.5mpa)，而取样耙6的水套为了强化换热，内层壁很薄(一般在2-3mm厚)，本发明将取样耙水套内层壁内侧的样气和外侧的循环水压力尽可
能控制在相当的水平，使得内层壁主要承受温度载荷而较少受到应力载荷，保护了水套，同时，通过仅对循环水路的压力进行提升，而避免对高温水箱1内的压力提升太高，也简化了结构，提高了装置安全性。
51.高压水泵下游管道一分为二，一条分支路通过溢流阀与高温水箱连接用于调节管路压力及流量，另一支路通过管道依次与流量计和流量调节阀连接，计量和调节进入取样耙的高温水流量。
52.计量调节后，所需流量的高温水进入取样耙水套，与采样烟气进行间壁式换热，温度升高。
53.经过取样耙后温度升高的高温水进入到冷却器中，将温度降低到120℃-160℃，可选地，所述冷却器可为管壳式换热器，板式换热器，空冷换热器等。
54.冷却器出水口后布置一台背压可调阀憋压，此阀门与前面的高压水泵配合使用保持高温水在取样耙管路中的高压，满足试验需求。可调阀应选择能承受较大压差的阀门，优选地，选择单座阀，保持前面管路的压力始终为高压，并且保证前面的管道压力灵活可调。
55.经过冷却器7冷却和冷却器后背压阀8降压后的循环水回水通过回水管道最终回到高温水箱中，完成一个高温水循环。
56.一次注水管道上配置开关阀，在初始时，向水箱中注入适量纯水，在高压闭式高温循环水供应装置正常工作过程中，无需注水。
57.图1是本发明的高压闭式高温循环水供应装置的原理示意图，水源从常温水路12取水(所注入水须为经过处理后的软水)，经一次注水路开关阀9注入高温水箱1。通过氮气路11和氮气注入路开关阀10充入氮气，将高温水箱1加压至0.4mpa。试验前，通过电加热器21将注入的常温水加热至120℃-160℃。
58.高温水循环流程如下：高温水箱1出水口通过管道与一台高压水泵2连接，通过高压水泵2对高温循环水进行增压至取样耙6要求的压力。高压水泵2后的高温水管路一分为二，一路通过溢流管路上的溢流阀3调节取样耙6的供水压力，最终溢流水回流至高温水箱1中，另一路通过流量计4和调节阀5的计量和调节供给取样耙6。从取样耙水套6流出的高温水回流至高温水箱1之前，先通过冷却器7将温度降至120℃-160℃，冷却器7出水口设有冷却器后背压阀8，保持前面管路的压力始终为高压。经过冷却器7冷却和冷却器后背压阀8调压后循环水压力降低，回水通过回水管道最终回到高温水箱1中，完成一个高温水循环。