一種燃氣輪機用氣體燃料控制閥流量特性試驗系統及方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于燃機技術領域，特別是涉及一種燃氣輪機用氣體燃料控制閥流量特性試驗系統及方法。適用被試閥門存在臨界和亞臨界兩種工作狀態以及采用調節被試閥門背壓改變被試閥門工作狀態，實現被試閥門流量特性精確標定的方法。
【背景技術】
[0002]目前，國內10MW以上功率等級的燃氣輪機用氣體燃料流量控制閥幾乎全部采用進口產品，燃機成套企業采購閥門進廠后，又因該類試驗所需氣源的壓力和流量都很大，且流量變化范圍寬，使得流量難以精確計量，因而無法完成專門的流量特性標定試驗，需要閥門裝機后在機組上通過機組調試來摸索閥門的流量特性，風險比較大，而且成本也很高。
[0003]在實際應用時，由于燃氣輪機氣體燃料調節系統進口壓力基本是恒定的，隨著燃氣輪機的啟動直至額定狀態，燃料流量控制閥通常有兩種工作狀態，一種是臨界狀態，另一種是亞臨界狀態。其中臨界狀態通常出現在燃氣輪機的啟動過程中，此時燃料的質量流量和體積流量都很小，而當燃機運行在額定狀態時，燃料流量控制閥通常工作在亞臨界狀態，且燃料的質量流量和體積流量又都很大。通常燃氣輪機從啟動到額定負荷狀態，燃料的質量流量變化范圍小則數十倍，多則近百倍，而氣體流量計精確計量的范圍通常只有十幾倍，于是給流量的精確調節和計量都帶來很大困難。尤其是燃氣輪機啟動的初始階段，燃料控制閥的開度很小，又工作在臨界狀態，很小的開度變化會引起很大的流量變化，其流量特性對燃氣輪機的啟動安全至關重要。因此，在這兩種工作狀態下閥門流量特性都必須進行準確的試驗標定。

【發明內容】

[0004]針對上述存在的技術問題，本發明提供一種燃氣輪機用氣體燃料控制閥流量特性試驗系統及方法，即通過在流量計下游設置一個背壓調節閥，調節試驗壓力，使流量計的體積流量保持在流量計最佳工作范圍內，同時成倍數提高流量控制閥流量特性精確標定的流量范圍。
[0005]本發明的目的是通過以下技術方案來實現的:
[0006]—種燃氣輪機用氣體燃料控制閥流量特性試驗系統，包括連接在被試控制閥上的進氣管路和出氣管路，在進氣管路上依次設置供氣壓力調節閥、溫度測量裝置I和壓力測量裝置I，供氣壓力調節閥端連接壓縮空氣管路，壓力測量裝置I端連接被試控制閥進氣口端；出氣管路上一側設置壓力測量裝置Π、流量計、溫度測量裝置Π和背壓調節閥，壓力測量裝置Π端連接被試控制閥出氣口端，背壓調節閥靠近排氣口端。
[0007]進一步地，所述出氣管路的排氣口端還設置有消音器。
[0008]—種所述的燃氣輪機用氣體燃料控制閥流量特性試驗系統的試驗方法，包括如下步驟:
[0009](1)標定試驗前，首先，完全關閉被試控制閥，完全打開供氣壓力調節閥和背壓調節閥，使被試控制閥的進口壓力為壓縮空氣的供氣壓力，出口直通大氣；
[0010](2)試驗時，按0.5 %?5 %的步長，按0.5 %遞增，逐漸增加被試控制閥的開度，按預設的百分比開度特征點位置停留并記錄被試控制閥的開度、進出口壓力、溫度以及流量數據；
[0011](3)當流量計測得的體積流量達到滿量程的10%?90%，最佳為50%?80%時，開始按0.5%?5%的步長，按0.5%遞減，逐漸關小背壓調節閥的開度，每關小一次停留3s以上，待各項參數穩定后繼續關小，提高被試控制閥的出口壓力，當流量計測得的體積流量開始下降時，再根據實際情況，按0.5%?5%的步長，按0.5%遞增，逐漸增加試控制閥的開度，按事先設計的百分比開度特征點位置停留并記錄被試控制閥的開度，進出口壓力、溫度以及流量等數據；
[0012](4)通過調節供氣壓力調節閥的開度，模擬被試控制閥即燃料調節系統不同的供氣壓力，再進行第(2)和第(3)步試驗，直至在背壓調節閥完全打開的情況下，被試控制閥無法進入臨界狀態；
[0013](5)整理試驗數據，繪制被試控制閥的流量特性曲線，并給出質量流量計算公式Gm= f(GCV，Pl，P2，Tl，T2，k)，式中GCV為燃料控制閥即被試控制閥的開度，P1，P2分別為被試控制閥前后的絕對壓力，ΤΙ，T2分別為被試控制閥前后的介質溫度，k為修正系數。
[0014]本發明的有益效果為:
[0015]本發明不僅解決了氣體燃料流量控制閥流量特性試驗方法，而且有效地解決了氣體燃料流量控制閥流量特性精確標定的問題。本發明方法還可為氣體燃料流量控制閥國產化科研過程提供測試、試驗手段。本發明為相關設備設計研制以及試驗方法提供了理論依據。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發明的結構示意圖。
[0017]圖中:1.供氣壓力調節閥，2.溫度測量裝置I，3.壓力測量裝置I，4.被試流量控制閥，5.壓力測量裝置Π，6.體積流量計，7.溫度測量裝置Π，8.背壓調節閥，9.消音器，10.排氣口。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細描述。
[0019]實施例1:如圖1所示，本發明一種燃氣輪機用氣體燃料控制閥流量特性試驗系統，包括連接在被試控制閥4上的進氣管路和出氣管路，在進氣管路上依次設置供氣壓力調節閥1、溫度測量裝置12和壓力測量裝置13，供氣壓力調節閥1端連接壓縮空氣管路，壓力測量裝置13端連接被試控制閥4進氣口端；出氣管路上一側設置壓力測量裝置Π 5、流量計6、溫度測量裝置Π 7和背壓調節閥8，壓力測量裝置Π 7端連接被試控制閥4出氣口端，背壓調節閥8靠近排氣口 10端。
[0020]所述出氣管路的排氣口10端還設置有消音器9。
[0021]眾所周知，除了專門設計的質量流量計以外，幾乎所有的流量計直接測量的都是介質的當時溫度、壓力下的體積流量。當介質為氣體時，需根據理想氣體狀態方程和修正系數計算出ISO標準大氣條件下的體積流量，該體積流量與ISO標準大氣條件下密度的乘積便是介質的質量流量，即公式(1)。而氣體燃料流量控制閥在使用時需要其調節的也正是介質的質量流量，根據質量流量與體積流量關系公式(1)，可知當質量流量給定時，體積流量與介質的密度成反比關系。
[0022]Gm = p.Gv(1)
[0023]式中，Gm為介質質量流量
[0024]p為介質密度
[0025]Gv為介質的體積流量
[0026]在整個標定試驗過程中，為了精確計量介質的體積流量，可令介質的體積流量保持在一定的范圍內，并使該范圍完全處于流量計的最佳測量范圍內。比如，某流量計的最佳測量范