技术摘要：
本发明揭示了一种压缩机和膨胀机综合实验系统，包括动力单元、被测试验段、充放气单元、换热单元等；所述实验系统具备压缩机和膨胀机实验能力，适用于空气、二氧化碳、氮气等稳定介质性能实验，有效地拓展了试验台测试范围；所述实验系统具备高效换热系统，能够满足压  全部
背景技术：
随着经济的发展，国家对节能减排日益看重，以风能、太阳能为主的可再生能源得 到大力发展。但可再生能源在大规模推广利用过程中存在很多问题，比如间歇性和波动性 等。为了解决上述问题，可以采用电力储能技术，其中压缩空气储能具有不受地理条件限 制、储能效率高、适用于各种类型电站、对环境友好、可回收废热余热等优点，具有广阔的市 场前景。 压缩空气储能系统所用压缩和膨胀子系统，在设计过程中需要考虑多种因素，如 气动部件的性能保证、单级/多级变工况特性等，因此有必要开展压缩和膨胀子系统气动、 机械性能实验与检测，了解其内部流动与传热耦合规律，从而满足压缩空气储能系统高效 宽工况的需求，解决空气储能压缩系统中的关键科学问题。目前，传统的实验与检测平台仅 仅针对压缩机或膨胀机，需要搭建两套实验系统才能满足压缩空气储能系统对压缩机和膨 胀机的实验需求，经济性较差。
技术实现要素：
针对现有技术的上述缺点和不足，本发明的目的在于提供一种压缩机和膨胀机综 合实验系统，该综合实验系统具备压缩机和膨胀机实验能力，适用于空气、二氧化碳、氮气 等稳定介质的性能实验，有效地拓展了试验台测试范围；此外，该综合实验系统具备高效换 热单元，能够满足被测压缩机或膨胀机对不同进气参数的要求，从而真实模拟流动状态，揭 示其内部流动-传热耦合机理。 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案： 一种压缩机和膨胀机综合实验系统，至少包括一动力单元、一被测试验段、一充放 气单元和一换热单元，其中所述被测试验段为一被测压缩机或一被测膨胀机，且所述被测 试验段与所述动力单元传动连接，其特征在于， --所述被测试验段，包括第一通气口和第二通气口，当所述被测试验段为一被测 压缩机时，所述第一通气口为被测压缩机的进气口，所述第二通气口为被测压缩机的排气 口；当所述被测试验段为一被测膨胀机时，所述第一通气口为被测膨胀机的排气口，所述第 二通气口为被测压缩机的进气口； --所述换热单元，至少包括一换热器、一供给泵、一储热罐、一储冷罐和一流量调 节阀，其中， 5 CN 111595605 A 说　明　书 2/7 页 所述换热器包括第一换热侧和第二换热侧，所述第一换热侧中的气体与第二换热 侧中的换热介质之间进行热交换， 所述第二换热侧的第一端口通过管路依次经所述供给泵、储热罐、储冷罐、流量调 节阀与所述第二换热侧的第二端口连通， 所述储热罐内设置一用于加热换热流体的电加热器，所述储热罐、储冷罐之间还 通过管路形成一循环回路，所述循环回路上至少设置一循环泵和一循环开关阀； --所述充放气单元，至少包括一放气稳压罐和一充气稳压罐，其中， 所述被测试验段的第一通气口通过管路至少依次经一整流装置、一流量计、一第 一节流阀组与所述放气稳压罐的第一通气口连通， 所述被测试验段的第二通气口通过管路至少依次经所述换热器的第一换热侧、一 第二节流阀组与所述充气稳压罐的第一通气口连通， 所述充气稳压罐的第二通气口通过一连通管路与所述放气稳压罐的第二通气口 连通，且所述连通管路上至少设置一回路开关阀和一第一止回阀，所述第一止回阀允许所 述充气稳压罐中的高压气体单方向地流入所述放气稳压罐； 所述放气稳压罐上还设置一带有放气调节阀的放气管路，所述放气管路的末端与 大气连通； 所述充气稳压罐上还设置一带有充气调节阀的充气管路，所述充气管路与一高压 气源连通。 本发明的上述压缩机和膨胀机综合实验系统，具备压缩机和膨胀机实验能力，适 用于空气、二氧化碳、氮气等稳定介质性能实验，有效地拓展了试验台测试范围；所述实验 系统能够满足压缩机或膨胀机对不同进气参数的要求，从而真实模拟流动状态，揭示其内 部流动-传热耦合机理；当所述实验系统开展压缩机实验时，动力单元切换为电动机状态， 利用高速齿轮箱达到压缩机试验段所需转速，通过充放气单元和换热单元调节试验段进出 口压力和温度，利用节流装置调节试验段排气压力和流量，实现试验段实验测试；当所述实 验系统开展膨胀机实验时，动力单元切换为发电机状态，利用高速齿轮箱由膨胀机转速减 速到发电机所需转速，通过节流装置调节膨胀机试验段进出口压力和流量，利用换热单元 调节试验段进气温度，实现试验段实验测试。 作为本发明的一种优选方案，所述动力单元至少包括一变频器、一电动发电机和 一高速齿轮箱，其中，所述变频器优选为四象限变频器，所述变频器一侧与电网连接、另一 侧与电动发电机连接，所述电动发电机通过所述高速齿轮箱与所述被测试验段传动连接， 且所述高速齿轮箱的动力输入轴和动力输出轴上均设置有测扭器，各所述测扭器均为非接 触式测扭器并集成有转速传感器，利用所述测扭器测量所述被测试验段的输入功率或输出 功率。 进一步地，当所述被测试验段为一被测压缩机时，所述电动发电机切换为电动机 模式，电网通过所述变频器向所述电动发电机供电，所述电动发电机通过所述高速齿轮箱 驱动所述被测试验段；当所述被测试验段为一被测膨胀机时，所述电动发电机切换为发电 机模式，所述被测试验段通过所述高速齿轮箱驱动所述电动发电机通过所述变频器向电网 供电。 作为本发明的一种优选方案，所述整流装置包括扩压段、稳压段和收敛段，并设置 6 CN 111595605 A 说　明　书 3/7 页 有整流栅以减少气流的涡动，从而提升所述被测试验段进出口的流场品质。 作为本发明的一种优选方案，所述充放气单元中，所述放气管路上还设置有消音 器，所述充气管路上还设置一第二止回阀，所述第二止回阀允许气体单方向地由所述高压 气源通过所述充气管路通向所述充气稳压罐；所述充气调节阀用于压缩机实验过程中补 气，膨胀机实验过程中供气；所述放气调节阀用于压缩机实验过程中放气和退喘，膨胀机实 验过程中放气。 作为本发明的一种优选方案，所述换热单元中，所述储热罐和储冷罐内的换热流 体为导热油等储热介质。 作为本发明的一种优选方案，所述系统还设置有滑油单元，所述滑油单元至少包 括一滑油站，所述滑油站通过管路与所述动力单元、被测试验段中的各轴承部件连通，用以 向各轴承部件供应滑油，保证各旋转部件的稳定运行。 作为本发明的一种优选方案，当所述系统切换为压缩机实验测试模式时，所述被 测试验段设置为一被测压缩机，此时，开启所述回路开关阀，所述被测试验段的第一通气口 形成为被测压缩机的进气口、第二通气口形成为被测压缩机的排气口，被测压缩机的排气 口通过管路依次经所述换热器的第一换热侧、第二节流阀组、充气稳压罐、回路开关阀、第 一止回阀、放气稳压罐、第一节流阀组、流量计、整流装置与被测压缩机的进气口连通，形成 一闭式气体循环；压缩机实验过程中，通过调节所述第一节流阀组、第二节流阀组的开度， 实现被测压缩机不同压力和流量工况下的实验需求；当被测压缩机的进口压力偏低时，通 过减小所述放气调节阀的开度，增大所述充气调节阀的开度，以提高被测压缩机的进口压 力；当被测压缩机的进口压力偏高时，通过减小所述充气调节阀的开度，增大所述放气调节 阀的的开度，以降低被测压缩机的进口压力；当被测压缩机进入喘振状态时，开启所述退喘 放气阀。 进一步地，压缩机实验过程中，关闭所述换热单元中的循环开关阀、循环泵及所述 储热罐内的电加热器，打开所述流量调节阀，此时，所述储热罐中的换热流体处于低温状 态，所述储热罐中的低温换热流体在所述供给泵的作用下，经所述换热器的第二换热侧通 入所述储冷罐；当被测压缩机的进口温度偏低时，减小所述流量调节阀的开度；当被测压缩 机的进口温度偏高时，增大所述流量调节阀的开度；压缩机实验结束后，关闭所述流量调节 阀，打开所述循环开关阀，启动所述循环泵，从而降低换热流体温度。 作为本发明的一种优选方案，当所述系统切换为膨胀机实验测试模式时，所述被 测试验段设置为一被测膨胀机，此时，关闭所述回路开关阀，所述被测试验段的第一通气口 形成为被测膨胀机的排气口，所述第二通气口形成为被测压缩机的进气口，被测膨胀机的 进气口通过管路经所述换热器的第一换热侧、第二节流阀组与所述充气稳压罐连通，被测 膨胀机的排气口通过管路经所述整流装置、流量计、第一节流阀组与所述放气稳压罐连通； 膨胀机实验过程中，通过调节所述第一节流阀组、第二节流阀组的开度，实现被测膨胀机不 同压力和流量工况下的实验需求。 进一步地，膨胀机实验过程中，关闭所述换热单元中的循环开关阀、循环泵，打开 所述储热罐内的电加热器，此时换热流体处于高温状态，所述储热罐内的高温换热流体通 过所述供给泵从储热罐来到换热器，经过换热器加热空气降温后进入储冷罐；当被测膨胀 机进口温度偏低时，增大流量调节阀开度；当被测膨胀机进口温度偏高时，减小流量调节阀 7 CN 111595605 A 说　明　书 4/7 页 开度；膨胀机实验结束后，关闭流量调节阀，打开循环开关阀，启动循环泵，从而降低换热流 体温度。 与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明提出的压缩机和膨胀机综合实 验系统，具备压缩机和膨胀机实验能力，适用于空气、二氧化碳、氮气等稳定介质性能实验， 有效地拓展了试验台测试范围；本发明提出的压缩机和膨胀机综合实验系统，具备高效换 热系统，能够满足压缩机或膨胀机对不同进气参数的要求，从而真实模拟流动状态，揭示其 内部流动-传热耦合机理；本发明提出的压缩机和膨胀机综合实验系统，所用变频器为四象 限变频器，膨胀机实验过程中，变频器输入电流是从变频器流向电网，具备回馈电网的能 力。 附图说明 图1为本发明的压缩机和膨胀机综合实验系统示意图。 图2为本发明的压缩机和膨胀机综合实验系统中压缩机实验测试示意图。 图3为本发明的压缩机和膨胀机综合实验系统中膨胀机实验测试示意图。 在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中： 1-四象限变频器、2-电动发电机、3/5-测扭器、4-高速齿轮箱、6-被测试验段、7-整 流装置、8-流量计、9/10-节流阀组A、11-放气稳压罐、12-放气调节阀、13-消音器、14/17-止 回阀、15-回路开关阀、16-充气稳压罐、18-充气调节阀、19-高压气源或空压机、20/21-节流 阀组B、22-换热器、23-供给泵、24-储热罐、25-循环泵、26-储冷罐、27-流量调节阀、28-循环 开关阀、29-退喘阀、30-滑油站。