CN102292551A - 用于喷射和吸取流体旋转机械用的气体的可逆系统 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了一种如下类型的用于喷射和吸取流体旋转机械(10)用的气体的系统，其包括至少一个定子壳体(12)，接收流入该机械(10)的气体的一个第一级(20)，气体在其下游从机械(10)排出的一个末级(24)，以及布置在该第一级(20)和该末级(24)之间的一个或更多中间级(32A，32B，32C)。各个级(20，24，32A，32B，32C)由单个的离心式转子(18，18A，18B，18C，18D)以及固定的导管(22A，22B，22C，22D，22E)构成，关联至此类离心式转子(18，18A，18B，18C，18D)并制造在单个定子壳体(12)上。该系统包括用于从该机械(10)吸取气体的至少一个第一蜗杆(38A，38B)和用于将气体喷射到该机械(10)中的至少一个第二蜗杆(36A，36B)。用于吸取气体的蜗杆(38A，38B)和用于喷射气体的蜗杆(36A，36B)两者都可操作地连接到该机械(10)的至少一个级(20，32A，32B，32C，24)上。因此可以以可逆的方式通过该机械(10)的至少其中一个级(20，32A，32B，32C，24)实现气体的喷射和/或吸取。

Description

用于喷射和吸取流体旋转机械用的气体的可逆系统
技术领域
本发明涉及用于喷射和吸取流体旋转机械用(尤其是离心式压缩机用)的气体的可逆系统。
背景技术
如所公知的，压缩机是能够通过使用机械能提高可压缩流体(气体)的压力的机械。在用于工业领域处理系统中的各种类型的压缩机中，有所谓的离心式压缩机，其中给予气体的能量以由于称为转子的构件的旋转而产生的离心旋转的形式提供，该旋转通常由驱动器(电动马达、蒸气涡轮机或燃气涡轮机)驱动，转子由一个或更多叶轮或离心转子组成。离心压缩机可配备仅一个转子，呈所谓的单级构造，或者配备串联布置的若干转子，因而称为多级压缩机。更精确地说，离心压缩机的级的每一个级通常由管道和导管组成，管道用于吸入要由转子压缩的气体，转子能够向气体提供动能，而导管用于将转子连接到下一个转子，其任务是将从转子排出的气体的动能转换成压力能。特别是，这些导管由第一管道部分、称为“跨桥(cross-over)”的大致U形装配件和第二管道部分组成，第一管道部分用于从转子排放，称为扩散器，第二部分用于引入后续的转子，称为返回通道。
石化工业中使用的现代多级离心式压缩机可设计有用于将气体喷射到中间级上和/或在中间级上吸取气体(也称为侧流)的系统。这些压缩机的一些典型的应用由用在致冷机循环中的机械代表，这些机械使用高分子量气体，例如丙烷和丙烯，它们根据工艺要求被喷射到中间级上或在中间级上吸取。气体的吸取或喷射通常通过制造在压缩机的定子部件中的蜗杆或涡螺进行，它们位于连续的级之间，与外部凸缘相连接。
通常，蜗杆大致成形成以便形成“螺旋形”，其围绕机械的轴线周向地延伸，并且具有适当地成形成以便最大限度减小流体动态损耗的区段。
考虑到压缩机的效率以及通常压缩机的正确操作取决于定子部件中的空气动力学损耗，喷射和吸取蜗杆必须被设计成优化其几何形状以允许气体从压缩机内部到外部凸缘(对于吸取系统)以及从外部凸缘进入压缩机(对于喷射系统)两者的正确流动。
迄今为止，设有蜗杆和用于在中间级上喷射和吸取气体的相应系统的离心式压缩机不允许在此类系统安装在单个多级压缩机壳体上时优化气体流(喷射和吸取时均不允许)。这主要是由于以下事实，即用于在中间级上喷射和吸取气体的传统系统规定对每个级均使用蜗杆，导致在使气体流入在与根据设计规定相反的方向上的系统的构件时的高头部损耗。换言之，如果使用吸取蜗杆来喷射气体，压缩机内气体的高速度使得产生高头部损耗，且反之亦然。
因而在两种模式下的优化操作仅在如下情况下才可能，即如果离心式压缩机设有通过管道彼此操作地连接的多个不同的壳体，管道将压缩机壳体的出口凸缘连接到后续壳体的吸入凸缘上。换言之，当需要用于在中间级上喷射和吸取气体的可逆系统具有高效率时，必须在机器分离的情况下中断压缩，直接在处理管上实现并连接机械外的侧流。然而这意味着增加成本(用于制造该机器，放置基座等)以及更低的可靠性(较高数量的辅助装置、连接管等)。
发明内容
因此，本发明的总目标是提供用于喷射和吸取流体旋转机械用的气体的可逆系统，其能够克服现有技术的上述问题。特别是，本发明的一个目标是提供用于喷射和吸取流体旋转机械用的气体的可逆系统，其能够在喷射和吸取模式二者之下优化气体流，而不需要由通过外部管彼此连接的若干定子壳体组成的非常长的压缩序列。
本发明的另一个目标是提供用于喷射和吸取流体旋转机械用的气体的可逆系统，其是高度灵活的以获得侧流，同时具有仅设有一个定子壳体的压缩机的可靠性、简单和相对低成本的优点。
根据本发明的这些以及其它目标通过提供用于喷射和吸取流体旋转机械用的气体的可逆系统而达成，尤其是用于离心式压缩机，如权利要求1中所述。
本发明的进一步的特性和优点由从属权利要求强调，其形成本说明书的一个整体部分。
附图说明
由以下参考所附示意图的示例性而非限制性描述，根据本发明的用于喷射和吸取流体旋转机械用的气体的可逆系统的特性和优点将会更清楚，其中：
图1是普通离心式多级压缩机的部分剖切示意图，其设有单个定子壳体以及通过键连接到两个支撑套管之间的轴上的多个转子；
图2是显示根据本发明用于喷射和吸取气体的可逆系统的操作的图解，其可应用于通常的离心式多级压缩机；
图3是采用图2中所示的用于喷射和吸取气体的可逆系统的实施例的离心式多级压缩机的垂直截面示意图；且
图4是图3的离心式多级压缩机的放大细节的垂直截面图。
具体实施方式
尤其参考图1，其示意性地显示了多级型现有技术的普通离心式压缩机，其整体以标号100指示。压缩机100包括单个定子壳或壳体120，在其中旋转地安装了置于多个支撑轴套160上的轴140。多个离心式转子180键接在轴140上，一个转子180用于压缩机100的每个级。各转子180又设有大致径向延伸的多个周向叶片。因此，在壳体120上获得导管220，导管220允许可压缩流体(气体)从第一转子180的出口向后续级的第二转子输送，并如此继续，直至最终从压缩机100吸取气体。
尤其是，各此类导管220由用于从转子180排放的扩散器、也称为“跨桥”的大致U形装配件以及图1中出于简洁起见未示出的返回通道组成。
可压缩流体(气体)从入口蜗杆239进入压缩机100，其随后输送到单个级中并因而从压缩机100本身通过出口蜗杆261离开(见由箭头F1指示的路径)。
此外，其中描述的压缩机100为如下类型，其包括在定子壳体120中获得的第一蜗杆或中间喷射涡螺240和第二中间蜗杆260，第一蜗杆240用于第一侧凸缘260与导管220的流体连接，第二中间蜗杆260用于第二侧凸缘280与后续级的导管220的流体连接。取决于所讨论的系统的具体需求，从侧凸缘260和280将更多的流体流引入压缩机。
图2的图解显示了根据本发明的一个实施例的离心式压缩机10，其以完全示意性方式主要突出显示了形成压缩机10的不同的级，这些级由接收流入的气体的第一级20以及末级24代表，在末级24的下游气体从压缩机10本身排出(见由箭头F10所示的路径)。
优选连接在第一级20上游的是用于将例如来自存储储器30或来自该系统的任何其它装置的要压缩的气体吸入压缩机10的第一蜗杆或入口涡螺23。类似地，用于吸取压缩机10所压缩的气体的出口蜗杆26可操作地连接在末级24的下游。三个中间级32A，32B和32C有利地设置在压缩机10的初始级20和末级24之间，这允许增大使用压缩机10本身可获得的压缩比。
很明显的是在本文离心式压缩机10出于标示的目的而用图式表述，假定其根据具体应用可为任何其它类型，比方说例如在级的数目方面不同，或者没有设置入口蜗杆23或任何其它元件。
根据本发明的一个实施例，除了第一吸入蜗杆23和最终出口蜗杆26，压缩机10还设置了侧引入系统40以及侧面和可逆系统41A和41B，用于分别在中间级32A，32B和32C上喷射和/或吸取气体，以便在各个单个级上获得所谓的气体“侧流”。
根据系统的要求，可逆喷射和/或吸取系统41A和41B有利地允许在与它们相关联的相应中间级32B和32C中喷射或吸取来自特别连接通道C1，C2，C3和C4的更多数量的气体，和/或从此类中间级32B和32C吸取气体——以低于从压缩机10流出可获得的最大压力的给定中间压力——从而将其发送至特定的系统或存储储器，该系统或存储储器在图2中用数字34A和34B图形化表示(同样见图3和图4)。
此类可逆喷射和/或吸取系统41A和41B有利地且优选地关联到多级离心式压缩机10的其中一些中间级32B和32C上，如本文所述的实施例的情况一样，但它们可关联到压缩机10本身的全部级上，或者仅关联到末级24和/或初始级20上，或者它们也可安装在单级型离心式压缩机上，或其它元件上，而不会背离由本发明所限定的保护范围。
在本发明的一个优选实施例中，为了允许气体的侧流的正确的操作(就整体效率而言)，在喷射到压缩机10中和从压缩机10吸取时，各可逆系统41A和41B包括相应的喷射蜗杆36A和36B以及相应的吸取蜗杆38A和38B。各中间级32A-32C因而有利地设有安装在单个定子壳体12内的第一吸取蜗杆38A-38B以及第二喷射蜗杆36A-36B。各蜗杆36A-36B以及38A-38B与相应的出口侧凸缘43A，43B，43C和43D成流体连通。
上述喷射蜗杆36A-36B以及吸取蜗杆38A-38B以如下方式设计，使得仅在气体沿相应的蜗杆被设计用于的方向通过该蜗杆时才有低液力损耗系数。这允许即使在没有隔离阀的情况下也以令人满意的方式使用根据本发明的用于喷射和吸取气体的各可逆系统41A-41B，即，具有简单地连接到用于从存储储器34A-34B或从该系统的特定装置吸入和吸取气体的相应管道上的凸缘43A-43D。
图3显示了图2的离心式压缩机10的垂直剖面，其中特别可观察到从入口凸缘50进入压缩机10的可压缩流体(气体)然后被引入入口蜗杆23。气体从入口蜗杆23被引向压缩机10的级20、32A、32B、32C和24，然后其被压缩机10本身排放通过出口蜗杆26(见由箭头F10所示的路径)。
在图3中所述的实施例中，压缩机10包括单个定子壳或壳体12，定子部件或隔膜13固定在其上，且轴14旋转地安装在其内部，轴14置于多个支撑轴套16上。
各个级20、32A、32B、32C以及24分别包括离心式转子18、18A、18B、18C和18D，以及导管22A、22B、22C、22D和22E，这些导管允许可压缩流体(气体)向给定级的转子的出口输送，流向后续级的转子，并如此继续，直至可压缩的流体本身从压缩机10排出。导管22A、22B、22C、22D和22E以这样的方式成形，以便将转子18、18A、18B、18C和18D中获得流体的速度的增加转化成压力的增加。
有利的是，本文描述的压缩机10包括隔膜13中获得的第一喷射蜗杆35，其用于布置在导管22A下游的第一侧凸缘43的流体连接。此第一喷射蜗杆35径向地朝向轴14延伸，并用于在第一转子18的下游从系统或外部存储储器33A引入更多的流体流。
因此，流体穿过第二转子18A，流过导管22B并到达第三转子18B。此导管22B包括可逆喷射和/或吸取系统41A，其具有图4中更详细描述的吸取蜗杆38A和喷射蜗杆36B。
随后，流体通过第三转子18B并流过导管22C。此导管22C关联至可逆喷射和/或吸取系统41B，该系统由吸取蜗杆38B和喷射蜗杆36B组成，吸取蜗杆38B用于吸取一部分过程流体，而喷射蜗杆36B构造成在转子18B的下游喷射更多的流体流。
在通过导管22C后，流体流过第四转子18C并因而通过导管22D，从而在没有喷射或吸取更多气体的情况下到达最后的转子18D，流体从转子18D通过导管22E到达出口蜗杆26，从而通过凸缘51从机器10流出。
图4显示了图3的压缩机10的放大细节，其中可尤其观察到导管22A、转子18A、导管22B以及后续的转子18B、18C和18D。
特别是，导管22B包括第一管道部分19A、技术上也称为“跨桥”的大致U形中间装配件19B和第二管道部分19C，第一管道部分用于从转子18A排放，称为扩散器，第二部分19C用于引入后续的转子18B，称为返回通道。
在图3和图4中描述的有利的实施例中，吸取蜗杆38A在扩散器19A的端部通过连接通道C1成流体连通，该连接通道C1以这样的方式成形，以便促进从导管22B流出的流体流最小化流体动态损耗。
喷射蜗杆36A同样又有利且优选地在装配件19B的下游通过连接通道C2成流体连通，该连接通道C2以这样的方式成形，以便促进流向导管22B的进入流体流最小化流体动态损耗。蜗杆36A和38A两者分别连接到壳体12的两个分离的凸缘43A和43B上。凸缘43A和43B又可通过相应的阀44A和44B(见图2和3)与系统的其余部分或储器34A隔离，并朝向系统的其余部分或储器34A，所述其余部分或储器34A相对于压缩机10布置在外部。
在一个有利的实施例中，后续的导管22C包括扩散器29A，中间装配件或跨桥29B以及返回通道29C。
有利的是，同样在导管22C中，吸取蜗杆38A在扩散器29A的端部处通过连接通道C3成流体连通，该连接通道C3以这样的方式成形，以便促进从导管22C流出的流体流最小化流体动态损耗。
相反喷射蜗杆36B在返回通道29C的下游(而不是在中间装配件的下游，如蜗杆36A的情形)通过连接通道C4成流体连通，该连接通道C4以这样的方式成形，以便促进流向导管22C的进入流体流最小化流体动态损耗。
应该观察到连接通道C1，C2和C3，C4可有利地沿相应的导管22B和22C通向任何其它位置，因此，就其涉及的目的而言，图4的描述不是限制性的，而仅相对于本发明的优选实施例为示例性的。
蜗杆38B和36B两者分别连接到壳体12的两个分离的凸缘43C和43D上。凸缘43C和43D又可通过相应的阀44C和44D(见图2和3)与系统的其余部分或储器34B隔离，并朝向系统的其余部分或储器34A，该其余部分或储器34B相对于压缩机10布置在外部。
通过各可逆系统41A-41B的气体的“侧流”的控制可半自动地执行，或者优选地通过特别的致动和控制系统自动执行。
在一个特别有利的实施例中，蜗杆38A、36A、38B和36B的建构可通过给模块化隔膜13提供多个件而发生，这些件至少部分地提供成上述蜗杆可在其侧表面上。因此，这些侧表面可使用传统机床以简单而便宜的方式加工。
在一个有利的实施例中(见图4)，根据本发明的各个级32A和32B的隔膜13分别由中间隔膜13A和13B、偏转隔膜13C和13D以及装配隔膜13E和13F组成。中间隔膜13A和13B以及装配隔膜13E和13F固定在定子壳体12上，而偏转隔膜13C和13D通过锚定元件或定子叶片15固定在中间隔膜13A和13B上。在此情况下，第一级41A的喷射蜗杆36A和吸取蜗杆38A设于中间隔膜13A和13B中，而第二级41B的喷射蜗杆36B和吸取蜗杆38B根据可用的空间在装配隔膜13F中获得。
明显地，根据特定的结构或使用要求，此类蜗杆和/或隔膜可用其他系统或操作方法制造。
应该铭记蜗杆大体上是大致“螺旋形的”构件，围绕机械周向地延伸(如之前所提及)，但此类蜗杆也可构造成根据特定的结构或使用要求获得不同的形状或截面。
因而已经观察到根据本发明的用于喷射和吸取流体旋转机械用的气体的可逆系统是如何达成之前列出的目标的。实际上，此类系统可用于获得具有侧喷射的离心式压缩机，以便在吸取气体以及将气体喷入该机械时都具有最优的空气动力学效率，以及具有单个定子壳体的压缩机在成本和可靠性方面的必然优点，和具有若干分离的壳体的压缩机在整体效率方面的必然优点。
本发明的用于喷射和吸取流体旋转机械用的气体的可逆系统因而构想为能进行各种修改和变型，它们都落入本发明概念的范围内；此外，所有的细节均可用技术上等价的元件进行替代。在实践中，所使用的材料以及形状和尺寸可根据技术要求而变化。
因此，本发明的保护范围由所附权利要求限定。

Claims (11)

1.一种如下类型的用于喷射和吸取流体旋转机械(10)用的气体的系统，其包括至少一个定子壳体(12)；接收流入所述机械(10)的所述气体的一个第一级(20)；一个末级(24)，所述气体在所述末级下游从所述机械(10)排出；以及布置在所述第一级(20)和所述末级(24)之间的一个或更多中间级(32A，32B，32C)，各个级(32A，32B，32C)由单个离心式转子(18，18A，18B，18C，18D)以及固定导管(22A，22B，22C，22D，22E)组成，关联至所述离心式转子(18，18A，18B，18C，18D)且制造在所述单个定子壳体(12)上，其特征在于，其包括用于从所述机械(10)吸取气体的至少一个第一蜗杆(38A，38B)和用于将气体喷射到所述机械(10)中的至少一个第二蜗杆(36A，36B)，用于吸取气体和用于喷射气体的两个蜗杆(38A，38B)、(36A，36B)均以如下方式可操作地连接到所述机械(10)的至少一个级(20，32A，32B，32C，24)上，以便允许以可逆的方式通过所述机械(10)的所述至少一个级(20，32A，32B，32C，24)喷射和/或吸取所述气体。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，用于吸取气体的所述第一蜗杆(38A，38B)和用于喷射气体的所述第二蜗杆(36A，36B)在所述定子壳体(12)上彼此邻近安装。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，用于吸取所述气体的所述第一蜗杆(38A，38B)在所述导管(22B，22C)的扩散器(19A，29A)的末端处通过连接通道(C1，C3)成流体连通，所述连接通道以这样的方式成形，以便促进朝向所述导管(22B，22C)的进入流体的流动，从而最小化流体动态损耗。
4.根据权利要求1到3的任一项所述的系统，其特征在于，用于喷射所述气体的所述第二蜗杆(36A，38B)在所述导管(22B)的装配件(19B)的下游通过连接通道(C2)成流体连通，所述连接通道以这样的方式成形，以便促进朝向所述导管(22B)的进入流体的流动，从而最小化流体动态损耗。
5.根据权利要求1到3的任一项所述的系统，其特征在于，用于喷射所述气体的所述第二蜗杆(36B)在所述导管(22C)的返回通道(29C)的下游通过连接通道(C4)成流体连通，所述连接通道以这样的方式成形，以便促进朝向所述导管(22C)的进入流体的流动，从而最小化流体动态损耗。
6.根据任一前述权利要求所述的系统，其特征在于，用于吸取气体的所述第一蜗杆(38A，38B)和用于喷射气体的所述第二蜗杆(36A，36B)以这样的方式设计，以便仅在所述气体根据蜗杆被设计用于的方向通过用于吸取气体的蜗杆(38A，38B)和/或用于喷射气体的蜗杆(36A，36B)时具有低的液力损耗系数。
7.根据任一前述权利要求所述的系统，其特征在于，用于吸取气体的所述第一蜗杆(38A，38B)和用于喷射气体的所述第二蜗杆(36A，36B)分别连接到由所述单个定子壳体(12)隔开的两个凸缘(43A，43B，43C，43D)上。
8.根据任一前述权利要求所述的系统，其特征在于，用于吸取气体的所述第一蜗杆(38A，38B)和用于喷射气体的所述第二蜗杆(36A，36B)制造在构件(13A-13F)的侧表面上，所述构件将装配到一起以形成所述定子壳体(12)的隔膜(13)。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述凸缘(43A，43B，43C，43D)与所述系统的其余部分隔离，并朝向所述系统的所述其余部分，所述系统的所述其余部分相对于所述机械(10)通过相应的阀(44A，44B，44C，44D)布置在外部。
10.一种流体旋转机械(10)，其特征在于，包括根据任一前述权利要求用于喷射和吸取气体的系统(41A，41B)。
11.根据权利要求10所述的流体旋转机械(10)，其特征在于，其包括离心式压缩机。
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