CN102287355A

CN102287355A - 气体压缩系统及方法

Info

Publication number: CN102287355A
Application number: CN2011102201020A
Authority: CN
Inventors: 田国光; 贺凯悉; 危松江; 彭建颂; 纪芳静
Original assignee: XIAN JIAODA SER TURBO-MACHINERY EQUIPMENT Co Ltd
Current assignee: XIAN JIAODA SER TURBO-MACHINERY EQUIPMENT Co Ltd
Priority date: 2011-08-02
Filing date: 2011-08-02
Publication date: 2011-12-21

Abstract

本发明提供了一种气体压缩系统及方法。其中，该气体压缩系统包括顺次连接的多轴高压缸装置、电机、增速机以及单轴低压缸装置。其中，电机为双输出电机，该电机通过电机轴的第一输出端直接驱动多轴高压缸装置。电机轴的第二输出端驱动增速机，进而驱动单轴低压缸装置。通过本发明，解决了现有技术轴系复杂且运行不稳定、效率较低、气体外泄及气动轴向力较大、能耗高及制造成本高的问题，从而达到了轴系较简单且提高运行的稳定性、效率较高、气体外泄减少及气动轴向力减少、能耗低及降低制造成本的效果。

Description

气体压缩系统及方法

技术领域

本发明涉及合成氨技术领域，特别地，涉及一种气体压缩系统。此外，本发明还包括应用上述气体压缩系统进行气体压缩的气体压缩方法。

背景技术

目前的合成氨工艺空气压缩系统，国内厂家普遍采用的模式为：双轴电机通过两个增速机分别带动低压缸及高压缸对空气进行压缩。在这种模式中，低压缸共有六级，高压缸共有七级。低压缸及高压缸均为单轴离心压缩机，每个离心压缩机均采用直线元素三元叶轮。空气总共经过一十三级的压缩。其中，空气经低压缸前三级叶轮压缩后，经冷却器冷却后进入到低压缸后三级叶轮压缩；空气再依次经高压缸前三级叶轮压缩、冷却器冷却后进入到后四级叶轮压缩。

采用上述模式存在如下缺点：

一、空气压缩系统通过电机两端的两个增速机分别带动低压缸及高压缸运行，低压缸与高压缸的轴承跨距均较大，整个轴系运行的稳定性不高；

二、低压缸及高压缸的离心压缩机均采用的直线元素三元叶轮效率较低；

三、在低压缸六级的布局中，第一级叶轮及第四级的叶轮分别布置在整个低压缸的两端，这样的布局方式会造成气体的外泄较多，且气动轴向力也较大；

四、空气经低压缸前三级叶轮压缩后，经冷却器冷却后进入到后三级叶轮压缩。在这个过程中，空气压缩过程为多变压缩，较耗功。同理，空气经高压缸前三级叶轮压缩后，经冷却器冷却后进入到后四级叶轮压缩，同样比较耗功；

五、高压缸七级叶轮的转速均相等，效率较低。同时，每个叶轮的进气方式为径向进气，进气压力损失较大，且气体分布不均匀。

发明内容

本发明目的在于提供一种气体压缩系统及方法，以解决现有技术轴系复杂且运行不稳定、效率较低、气体外泄及气动轴向力较大、能耗高及制造成本高的技术问题。

为实现上述目的，根据本实用新型的一个方面，提供了一种气体压缩系统，该系统包括包括顺次连接的多轴高压缸装置、电机、增速机以及单轴低压缸装置，其中，电机为双输出电机；电机通过电机轴的第一输出端直接驱动多轴高压缸装置；电机经电机轴的第二输出端驱动增速机，进而驱动单轴低压缸装置。

进一步地，多轴高压缸装置包括一传动装置；传动装置包括一主动轴；电机轴的第一输出端驱动传动装置的主动轴。

进一步地，传动装置还包括多个从动轴；主动轴通过齿轮驱动从动轴；从动轴为双输出轴。

进一步地，多轴高压缸装置还包括多个第一叶轮；从动轴的输出端直接连接并驱动第一叶轮；第一叶轮为闭式叶轮。

进一步地，多个第一叶轮通过管道顺次连接，形成多级高压缸；多个第一叶轮之间均设置有第一冷却器。

进一步地，单轴低压缸装置包括一传动轴；增速机通过第一输出轴驱动传动轴。

进一步地，单轴低压缸装置还包括多个第二叶轮；传动轴直接连接并驱动第二叶轮；第二叶轮均为闭式叶轮；多轴高压缸装置还包括多个第一叶轮；多个第一叶轮通过管道顺次连接，形成多级高压缸；第一叶轮及第二叶轮均为全可控涡三元流叶轮。

进一步地，第二叶轮之间通过管道顺次连接，形成多级低压缸；且每个第二叶轮之后均连接有第二冷却器；多个第一叶轮之间均设置有第一冷却器；第一冷却器及第二冷却器均设置有水汽分离器；多级低压缸与多级高压缸连通。

进一步地，第二叶轮包括低压缸第一级叶轮及低压缸第二级叶轮；低压缸第一级叶轮及低压缸第二级叶轮直接安装于传动轴的两端，且低压缸第一级叶轮远离增速机；其它第二叶轮安装于低压缸第一级叶轮及低压缸第二级叶轮之间。

进一步地，电机轴的第一输出端通过第一挠性联轴器联接并驱动多轴高压缸装置；电机轴的第二输出端通过第二挠性联轴器联接并驱动增速机的第二输出轴；增速机的第一输出轴通过第三挠性联轴器联接并驱动单轴低压缸装置。

根据本发明的另一方面，还提供了一种应用上述气体压缩系统进行气体压缩的气体压缩方法，该方法包括如下步骤：气体经单轴低压缸装置的各个第二叶轮加压，且均经各个第二冷却器进行冷却后，得到第一压缩气体；第一压缩气体经多轴高压缸装置的各个第一叶轮加压，且均经多个第一叶轮之间设置的第一冷却器进行冷却后，得到第二压缩气体；第二压缩气体从多轴高压缸装置中输出。

进一步地，气体均经各个第二冷却器进行冷却的过程中，经各个第二冷却器设置的水汽分离器分离析出气体带有的水分，从而得到第一压缩气体。

进一步地，第一压缩气体均经各个第一冷却器进行冷却的过程中，第一压缩气体均经各个第一冷却器设置的水汽分离器分离析出第一压缩气体带有的水分，从而得到第二压缩气体。

本实用新型具有以下有益效果：

气体压缩系统轴系较简单且提高运行的稳定性、效率较高、气体外泄减少及气动轴向力减少、能耗低及降低制造成本的效果。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的气体压缩系统的结构示意图；以及

图2是本发明优选实施例的气体压缩方法的流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

参见图1，本实用新型的气体压缩系统包括顺次连接的多轴高压缸装置1、电机3、增速机5以及单轴低压缸装置7。其中，电机3为双输出电机，该电机3通过电机轴的第一输出端31直接驱动多轴高压缸装置1。电机轴的第二输出端33驱动增速机5，进而驱动单轴低压缸装置7。

多轴高压缸装置1包括一传动装置11、多个第一叶轮及连接于第一叶轮之间的多个第一冷却器。其中，传动装置11包括一主动轴111及多个从动轴，该主动轴111通过齿轮驱动从动轴。本实用新型的从动轴为双输出轴。该从动轴的输出端直接连接并驱动多个第一叶轮。该第一叶轮为闭式叶轮。第一叶轮之间通过管道顺次连接，形成多级高压缸。每个第一叶轮之间均设置有第一冷却器。

具体地，如图1所示，多轴高压缸装置1的第一叶轮的个数为四个，包括高压缸第一级叶轮131、高压缸第二级叶轮133、高压缸第三级叶轮135及高压缸第四级叶轮137。从动轴包括第一从动轴115及第二从动轴117。高压缸第一级、第二级叶轮131、133分别安装于第二从动轴117的两个输出端。高压缸第三级、第四级叶轮135、137分别安装于第一从动轴115的两个输出端。高压缸第一级、第二级、第三级、第四级叶轮131、133、135、137通过管道顺次连接，形成多级高压缸。多级低压缸通过管道与多级高压缸连通。

第一冷却器包括高压缸第一级、第二级、第三级冷却器151、153、155。其分别安装于高压缸第一级、第二级、第三级、第四级叶轮131、133、135、137之间。

多轴高压缸装置实现运行的过程为：电机3的电机轴的第一输出端31通过第一挠性联轴器联拉并直接驱动多轴高压缸装置1中传动装置11的主动轴111。主动轴111通过齿轮同时驱动第一从动轴115及第二从动轴117。该第一、第二从动轴115、117直接驱动高压缸第一级、第二级、第三级、第四级叶轮131、133、135、137运行。

单轴低压缸装置7包括一传动轴71、多个第二叶轮及连接于对应第二叶轮之后的第二冷却器。其中，增速机5的第一输出轴51通过第三挠性联轴器联接并驱动单轴低压缸装置7中的传动轴71。该传动轴71直接连接并驱动多个第二叶轮。

该第二叶轮为闭式叶轮。多个第二叶轮之间通过管道顺次连接，形成多级低压缸。第二叶轮包括低压缸第一级叶轮731及低压缸第二级叶轮733。低压缸第一级叶轮731及低压缸第二级叶轮733直接安装于传动轴71的两端，且低压缸第一级叶轮731远离增速机5。其它第二叶轮安装于低压缸第一级叶轮731及低压缸第二级叶轮733之间。

具体地，如图1所示，单轴低压缸装置7的第二叶轮的个数为四个，包括顺次安装于传动轴71的低压缸第二级叶轮733、低压缸第三级叶轮735、低压缸第四级叶轮737及低压缸第一级叶轮731。且低压缸第一级731远离增速机5。低压缸第一级、第二级、第三级及第四级叶轮731、733、735、737通过管道顺次连接，形成多级低压缸。

第二冷却器包括低压缸第一级、第二级、第三级及第四级冷却器751、753、755、757。该低压缸第一级、第二级、第三级及第四级冷却器751、753、755、757分别安装于低压缸第一级、第二级、第三级及第四级叶轮731、733、735、737之后。

单轴低压缸装置7实现运行的过程为：电机3的电机轴的第二输出端33通过第二挠性联轴器联接并驱动增速机5的第二输出轴53；增速机5的第一输出轴51通过第三挠性联轴器联接并驱动单轴低压缸装置7中的传动轴71。传动轴71直接同时驱动安装于该传动轴71上的低压缸第一级、第二级、第三级、第四级叶轮731、733、735、737运行。

本发明上述实施例中的第一叶轮及第二叶轮均为“全可控涡”三元叶轮。每个第一冷却器及每个第二冷却器均带有水汽分离器，以便于将冷却后的气体中带有的水分离析出来。

本发明的上述实施例实现气体压缩的全过程为：已过滤的气体经进口导叶采用轴向进气方式进入到低压缸第一级叶轮731进行加压，加压后经低压缸第一级冷却器751冷却；再依次经过低压缸第二级叶轮733加压、低压缸第二级冷却器753冷却、低压缸第三级叶轮735加压、低压缸第三级冷却器755冷却、低压缸第四级叶轮737加压及低压缸第四级冷却器757冷却。气体从低压缸第四级冷却器757经进口导叶轴向进气到高压缸第一级叶轮131加压，再流经高压缸第一级冷却器151冷却之后进入高压缸第二级叶轮133再次加压；之后，气体进入高压缸第二级冷却器153冷却后再进入高压缸第三级叶轮135加压；气体自高压缸第三级叶轮135出来后流入高压缸第三级冷却器155冷却，再进入高压缸第四级叶轮137加压之后从气体出口输出。

本发明的上述实施方式中，气体采用径向进气的方式进入到低压缸第二级叶轮733、低压缸第三级叶轮735、低压缸第四级叶轮737；及气体均分别采用轴向进气的方式进入到高压缸第二级叶轮133、高压缸第三级叶轮135、高压缸第四级叶轮137。

请结合参见图2，本发明上述气体压缩系统实现气体压缩的步骤如下：

S1，气体经单轴低压缸装置7的各个第二叶轮加压，且均经各个第二冷却器75进行冷却后，得到第一压缩气体；

因为各个第二冷却器设置有水汽分离器，当气体经各个第二冷却器进行冷却后，水汽分离器分离析出气体带有的水分，从而得到第一压缩气体。

S3，第一压缩气体经多轴高压缸装置1的各个第一叶轮加压，且均经多个第一叶轮之间设置的第一冷却器进行冷却后，得到第二压缩气体；

因为各个第一冷却器也设置有水汽分离器，当第一压缩气体经各个第一冷却器进行冷却后，水汽分离器分离析出第一压缩气体带有的水分，从而得到第二压缩气体。

S5，第二压缩气体从多轴高压缸装置1中输出。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种气体压缩系统，其特征在于，包括顺次连接的多轴高压缸装置(1)、电机(3)、增速机(5)以及单轴低压缸装置(7)，其中，

所述电机(3)为双输出电机；

所述电机(3)通过电机轴的第一输出端(31)直接驱动所述多轴高压缸装置(1)；

所述电机(3)经所述电机轴的第二输出端(33)驱动所述增速机(5)，进而驱动所述单轴低压缸装置(7)。

2.根据权利要求1所述的气体压缩系统，其特征在于，

所述多轴高压缸装置(1)包括一传动装置(11)；

所述传动装置(11)包括一主动轴(111)；

所述电机轴的所述第一输出端(31)驱动所述传动装置(11)的所述主动轴(111)。

3.根据权利要求2所述的气体压缩系统，其特征在于，

所述传动装置(11)还包括多个从动轴；

所述主动轴(111)通过齿轮驱动所述从动轴；

所述从动轴为双输出轴。

4.根据权利要求3所述的气体压缩系统，其特征在于，

所述多轴高压缸装置(1)还包括多个第一叶轮；

所述从动轴的输出端直接连接并驱动所述第一叶轮；

所述第一叶轮为闭式叶轮。

5.根据权利要求4所述的气体压缩系统，其特征在于，

多个所述第一叶轮通过管道顺次连接，形成多级高压缸；

多个所述第一叶轮之间均设置有第一冷却器。

6.根据权利要求1所述的气体压缩系统，其特征在于，

所述单轴低压缸装置(7)包括一传动轴(71)；

所述增速机(5)通过第一输出轴(51)驱动所述传动轴(71)。

7.根据权利要求6所述的气体压缩系统，其特征在于，

所述单轴低压缸装置(7)还包括多个第二叶轮；

所述传动轴(71)直接连接并驱动所述第二叶轮；

所述第二叶轮均为闭式叶轮；

所述多轴高压缸装置(1)还包括多个第一叶轮；

多个所述第一叶轮通过管道顺次连接，形成多级高压缸；

所述第一叶轮及所述第二叶轮均为全可控涡三元流叶轮。

8.根据权利要求7所述的气体压缩系统，其特征在于，

所述第二叶轮之间通过管道顺次连接，形成多级低压缸；

且每个所述第二叶轮之后均连接有第二冷却器；

多个所述第一叶轮之间均设置有第一冷却器；

所述第一冷却器及所述第二冷却器均设置有水汽分离器；

所述多级低压缸与所述多级高压缸连通。

9.根据权利要求8所述的气体压缩系统，其特征在于，

所述第二叶轮包括低压缸第一级叶轮(731)及低压缸第二级叶轮(733)；

所述低压缸第一级叶轮(731)及所述低压缸第二级叶轮(733)直接安装于所述传动轴(71)的两端，且所述低压缸第一级叶轮(731)远离所述增速机(5)；

其它所述第二叶轮安装于所述低压缸第一级叶轮(731)及所述低压缸第二级叶轮(733)之间。

10.根据权利要求1所述的气体压缩系统，其特征在于，

所述电机轴的所述第一输出端(31)通过第一挠性联轴器联接并驱动所述多轴高压缸装置(1)；

所述电机轴的所述第二输出端(33)通过第二挠性联轴器联接并驱动所述增速机(5)的第二输出轴(53)；

所述增速机(5)的第一输出轴(51)通过第三挠性联轴器联接并驱动所述单轴低压缸装置(7)。

11.一种应用权利要求1至10中任意一项所述的气体压缩系统进行气体压缩的气体压缩方法，其特征在于，该气体压缩方法包括如下步骤：

气体经单轴低压缸装置(7)的各个第二叶轮加压，且均经各个第二冷却器进行冷却后，得到第一压缩气体；

所述第一压缩气体经多轴高压缸装置(1)的各个第一叶轮加压，且均经多个所述第一叶轮之间设置的第一冷却器进行冷却后，得到第二压缩气体；

所述第二压缩气体从所述多轴高压缸装置(1)中输出。

12.根据权利要求11所述的气体压缩方法，其特征在于，所述气体均经各个所述第二冷却器进行冷却的过程中，

经各个所述第二冷却器设置的水汽分离器分离析出所述气体带有的水分，从而得到所述第一压缩气体。

13.根据权利要求11或12所述的气体压缩方法，其特征在于，所述第一压缩气体均经各个所述第一冷却器进行冷却的过程中，

所述第一压缩气体均经各个所述第一冷却器设置的所述水汽分离器分离析出所述第一压缩气体带有的水分，从而得到所述第二压缩气体。