CN102817849A

CN102817849A - 喷水式蒸汽压缩机

Info

Publication number: CN102817849A
Application number: CN2012101811673A
Authority: CN
Inventors: 桑原英明; 宫武利幸; 松隈正树
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Shengang Compressor Co.,Ltd.
Priority date: 2011-06-07
Filing date: 2012-06-04
Publication date: 2012-12-12
Anticipated expiration: 2032-06-04
Also published as: JP5634948B2; KR20120135864A; JP2012251757A; KR101342792B1; CN102817849B

Abstract

本发明提供一种喷水式蒸汽压缩机，其通过具有能够准确把握补给水的温度以及吸入蒸汽的状态量的结构，能够防止喷出蒸汽变成过热蒸汽，并能够防止喷出蒸汽的量的减少。喷水式蒸汽压缩机(1)具有安装于吸气管(6)的吸气侧泄水分离器(9)、向螺旋压缩机(2)内部的压缩空间喷射补给水的喷水泵(4)、用于检测补给水的温度的给水温度计(18)以及控制补给水的喷射量的控制部(5)。控制部(5)根据在吸气侧泄水分离器(9)的下游侧的吸气管(6)中流动的吸入蒸汽的比焓、以及利用给水温度计(18)的检测值而求出的补给水的比焓，以使为了将吸入蒸汽升压至规定喷出压力而耗能所剩余的螺旋压缩机(2)的输出能和补给水的气化热量相等的方式来控制补给水的喷射量。

Description

喷水式蒸汽压缩机

技术领域

本发明涉及具备向压缩机内部的压缩空间以及与压缩机连接的吸气管内的至少任一方喷射水的给水机构的喷水式蒸汽压缩机。

背景技术

作为用于控制喷水式蒸汽压缩机中的喷水量的技术，例如有在专利文献1中记载的技术。专利文献1中记载的控制技术是如下技术：将压缩机给予蒸汽的能量中的、为了将压缩机吸入的蒸汽升压至其喷出压力而耗能后剩余的热能，作为用于使导入水(补给水)气化的蒸发潜热而消耗，并形成足以使蒸汽以一部分为液相的湿蒸汽的状态从压缩机喷出而所需量的导入水(补给水)。利用向压缩机内喷射的补给水的蒸发，可以期待生成压缩机吸入的蒸汽量以上的蒸汽。即，能够期待对从压缩机过剩输出的能量进行有效利用。

专利文献1：日本特开2010-133696号公报。

但是，在专利文献1记载的喷水量的控制中，有从压缩机喷出的蒸汽成为过热蒸汽的情况，作为利用从压缩机过剩输出的能量的控制并不够用。专利文献1记载的控制由于不是把握导入水(补给水)的温度来进行控制，因此当补给水的温度变高时，会过高评价补给水的气化热量，其结果是，补给水量不足，喷出蒸汽成为过热蒸汽。

另一方面，当向压缩机内喷射的补给水的量过多时，在过剩的补给水的影响下，压缩机吸入的蒸汽的一部分发生冷凝而使喷出蒸汽的量减少。因此，理想的是，以从压缩机过剩输出的能量和补给水的气化热量相等的方式控制补给水的量。为了把握从压缩机过剩输出的能量，需要准确把握压缩机吸入的蒸汽(压缩前的蒸汽)的状态量。这里，压缩机吸入的蒸汽多为湿蒸汽。在专利文献1中，在压缩机的吸气管中安装温度计以及压力计，但仅靠温度计和压力计，是难以把握湿蒸汽的状态量(比焓)的。

发明内容

本发明是鉴于上述实际情况而作出的，其目的在于提供一种喷水式蒸汽压缩机，该喷水式蒸汽压缩机通过具备能够准确把握补给水的温度以及吸入蒸汽的状态量的结构，能够防止喷出蒸汽成为过热蒸汽并能够减少喷出蒸汽的量。

本发明是一种喷水式蒸汽压缩机，其特征在于，包括：压缩并喷出蒸汽的容积式压缩机；与所述压缩机连接并在内部有蒸汽流动的吸气管以及喷出管；安装于所述吸气管的吸气侧泄水分离机构；向所述压缩机内部的压缩空间以及所述吸气侧泄水分离机构的下游侧的所述吸气管内的至少任一方喷射补给水的给水机构；对由所述给水机构喷射的补给水的喷射量进行控制的控制部；以及用于检测由所述给水机构喷射的补给水的温度的给水温度计，其中，所述控制部根据在位于所述吸气侧泄水分离机构的下游侧且喷射供给补给水之前的所述吸气管中流动的吸入蒸汽的比焓、以及利用所述给水温度计的检测值而求出的补给水的比焓，以使为了将吸入蒸汽升压至规定喷出压力而耗能所剩余的所述压缩机的输出能和补给水的气化热量相等的方式来控制补给水的喷射量。

利用给水温度计，不仅能够把握补给水的温度，还可以把握补给水的状态量(比焓)。另外，当吸入蒸汽为湿蒸汽时，利用吸气侧泄水分离机构去除吸入蒸汽中的水分(液相成分)，使吸入蒸汽成为饱和干燥蒸汽。饱和干燥蒸汽的状态量(比焓)能够根据其压力值(或温度值)而予以把握。即，根据上述本发明的结构，能够准确把握补给水的温度以及吸入蒸汽的状态量，并且据此来控制补给水的喷射量，从而能够防止喷出蒸汽变成过热蒸汽，并能够防止喷出蒸汽的量的减少。

另外，在本发明中，优选的是，还具有安装于所述喷出管的喷出侧泄水分离机构，所述控制部还以在所述喷出侧泄水分离机构下游侧的所述喷出管中流动的喷出蒸汽的比焓与在所述压缩机和所述喷出侧泄水分离机构之间的所述喷出管中流动的喷出蒸汽的比焓之差变小的方式来控制补给水的喷射量。

根据该结构，能够进一步防止喷出蒸汽变成过热蒸汽，并能够防止喷出蒸汽的量的减少。

[发明效果]

根据本发明，通过在喷水式蒸汽压缩机中设置上述给水温度计以及吸气侧泄水分离机构，能够形成如下所述的喷水式蒸汽压缩机，即能够准确把握补给水的温度以及吸入蒸汽的状态量(比焓)，并且据此来控制补给水的喷射量，从而能够防止喷出蒸汽变成过热蒸汽，并能够防止喷出蒸汽的量的减少。

附图说明

图1是表示本发明一实施方式的喷水式蒸汽压缩机的框图。

符号说明：

1：喷水式蒸汽压缩机

2：螺旋压缩机

3：电动机

4：喷水泵(给水机构)

5：控制部

6：吸气管

7：喷出管

8：给水管

9：吸气侧泄水分离器(吸气侧泄水分离机构)

15：喷出侧泄水分离器(喷出侧泄水分离机构)

18：给水温度计

具体实施方式

以下，参照附图说明用于实施本发明的方式。

(喷水式蒸汽压缩机的结构)

如图1所示，喷水式蒸汽压缩机1具备压缩并喷出蒸汽的螺旋压缩机2、驱动螺旋压缩机2的电动机3、喷水泵4以及控制喷水泵4的控制部5。喷水泵4由电动机4a驱动，电动机4a由逆变器4b控制转速。喷水泵4相当于本发明的给水机构。需要说明的是，也可以是回转式、涡旋式、罗茨式等容积式压缩机，而不是螺旋式压缩机。

在螺旋压缩机2上连接有吸气管6以及喷出管7。吸气管6是用于向螺旋压缩机2供给作为压缩对象的蒸汽的路径，喷出管7是用于输送压缩后的蒸汽的路径。例如，通过螺旋压缩机2将0.1MPa、100摄氏度左右的水蒸汽压缩至0.8MPa的饱和蒸汽而喷出。需要说明的是，利用螺旋压缩机2(喷水式蒸汽压缩机1)也能够压缩使60摄氏度左右的热水减压沸腾而产生的蒸汽。

在吸气管6上安装有吸气侧泄水分离器9。并且在吸气侧泄水分离器9和螺旋压缩机2之间的吸气管6上从上游侧开始依次安装有吸入蒸汽压力计10、吸入蒸汽温度计11以及吸入蒸汽流量计12。若在螺旋压缩机2中进入大量的液体(泄水)，则会发生腐蚀。通过在吸气管6安装吸气侧泄水分离器9，能够防止来自吸入侧的液体(泄水)的流入。

在喷出管7上安装有喷出侧泄水分离器15。并且在螺旋压缩机2和喷出侧泄水分离器15之间的喷出管7上从上游侧开始依次安装有第一喷出蒸汽温度计13和第一喷出蒸汽压力计14，在比喷出侧泄水分离器15靠下游侧的喷出管7上从上游侧开始依次安装有第二喷出蒸汽压力计16和第二喷出蒸汽温度计17。

另外，在螺旋压缩机2上连接有给水管8。在给水管8上安装有喷水泵4。在喷水泵4和螺旋压缩机2之间的给水管8上安装有补给水流量计19，在比喷水泵4靠上游侧的给水管8上安装有给水温度计18。需要说明的是，也可以在比喷水泵4靠下游侧的给水管8上安装给水温度计18。进而，由于只要能够利用给水温度计18检测出补给水的温度即可，因此，给水温度计18不是必须安装在给水管8上。

在本实施方式中，虽然仅向螺旋压缩机2的压缩空间喷射供给补给水，但并不限于该方式。例如，也可以向吸气侧泄水分离器9的下游侧的吸入蒸汽流量计12和螺旋压缩机2之间的吸气管6内喷射供给补给水。该情况下，吸入蒸汽流量计12和螺旋压缩机2之间的吸气管6上连接给水管8的前端。即，使用喷水泵4，向螺旋压缩机2的压缩空间以及吸气侧泄水分离器9的下游侧(并且是压力计、温度计、流量计等计量仪器的下游侧)的吸气管6内的至少任一方喷射供给补给水。需要说明的是，螺旋压缩机2的压缩空间指的是，彼此啮合的一对外内螺旋转子和收容螺旋转子的壳体之间的空间。另外，补给水既可以是热水，也可以是常温水。例如，可以将工厂的排出蒸汽冷凝而得到的冷凝水用作补给水。

控制部5用于控制利用喷水泵4向螺旋压缩机2的压缩空间喷射的补给水的喷射量。在本实施方式中，来自吸入蒸汽压力计10、吸入蒸汽温度计11、吸入蒸汽流量计12、第一喷出蒸汽温度计13、第一喷出蒸汽压力计14、第二喷出蒸汽压力计16、第二喷出蒸汽温度计17、给水温度计18以及补给水流量计19的各测定值信号、以及电动机3的转速信号被输入控制部5。另外，来自控制部5的信号被输入逆变器4b以控制喷水泵4的转速(喷出量)。

(喷水量的控制)

下面，对控制部5进行的补给水的喷射量控制进行说明。

首先，对本发明的前提进行描述。螺旋压缩机2(以及电动机3)使用相对于所压缩的蒸汽的量以及压力具有足够大的容量(输出)的压缩机，但过剩的输出将喷出蒸汽形成过热蒸汽。在上述的专利文献1(日本特开2010-133696号公报)中记载了对向螺旋压缩机2的压缩空间等喷射的补给水的喷射量进行控制以不使喷出蒸汽变成过热蒸汽的技术。但是，专利文献1记载的控制技术如在“背景技术”中所记载那样，还不足以完全解决上述问题。以下，对本发明的本实施方式的喷射量控制进行描述。

利用下式来计算在控制部5进行的补给水的喷射量Gp(例如单位为kg/h)。

QL＝Lg-Qs………(式1)

Gp＝QL/HL………(式2)

Lg：螺旋压缩机的蒸汽压缩动力(kJ/h)

Qs：将吸入蒸汽压缩至喷出压力下的饱和干燥蒸汽的作功量(kJ/h)

QL：为了将吸入蒸汽升压至喷出压力而耗能后剩余的输出能(kJ/h)

HL：为了将1kg的补给水形成为喷出压力下的饱和干燥蒸汽而所需的热量(kJ/kg)

(Lg的求法)

利用吸气压力(吸入蒸汽压力计10的检测值Ps)、喷出压力(第一喷出蒸汽压力计14的检测值Pd)、螺旋压缩机2的内部容积比、螺旋压缩机2的理论吸气体积等，在控制部5内计算螺旋压缩机2的蒸汽压缩动力Lg。需要说明的是，螺旋压缩机2的理论吸气体积通过螺旋压缩机2平均旋转一次所吸入的体积乘以螺旋压缩机2的转速(根据电动机3的转速信号求得)而计算出。

需要说明的是，既可以在螺旋压缩机2(电动机3)的消耗电力上乘以一定的效率来计算蒸汽压缩动力Lg，也可以根据螺旋压缩机2(电动机3)的电流值来计算蒸汽压缩动力Lg。

(Qs的求法)

将吸入蒸汽压缩至喷出压力下的饱和干燥蒸汽的作功量通过规定喷出压力(例如0.8Mpa)下的饱和干燥蒸汽的比焓hd0(kJ/kg)与吸入蒸汽的比焓hs(kJ/kg)之差乘以吸入蒸汽的质量流Gc(kg/h)来计算。

(比焓hs的求法)

首先，由于在吸气管6安装有吸气侧泄水分离器9，因此，当压缩对象的吸入蒸汽为湿蒸汽时，藉由通过吸气侧泄水分离器9来去除吸入蒸汽中的水分(液相成分)，使吸入蒸汽成为饱和干燥蒸汽。即使没有成为完全(干燥度100)的饱和干燥蒸汽，也成为基本上饱和的干燥蒸汽。需要说明的是，在压缩对象的吸入蒸汽为过热蒸汽时，则保持过热蒸汽。即，通过了吸气侧泄水分离器9的吸入蒸汽成为饱和干燥蒸汽或过热蒸汽。

控制部5根据吸入蒸汽压力计10的检测值Ps以及吸入蒸汽温度计11的检测值Ts来求出作为压缩对象的吸入蒸汽的比焓hs。需要说明的是，当吸入蒸汽为饱和干燥蒸汽时，控制部5根据吸入蒸汽压力计10的检测值Ps或吸入蒸汽温度计11的检测值Ts来求出吸入蒸汽的比焓hs(kJ/kg)。这样，通过在吸气管6安装吸气侧泄水分离器9，压缩对象的吸入蒸汽成为饱和干燥蒸汽或过热蒸汽，能够根据来自吸入蒸汽压力计10以及吸入蒸汽温度计11的信号准确把握其状态量(比焓)。

需要说明的是，吸入蒸汽的质量流Gc根据螺旋压缩机2的转速求出。也可以根据吸入蒸汽流量计12的检测值计算Gc。吸入蒸汽的密度根据来自吸入蒸汽压力计10以及吸入蒸汽温度计11的信号而计算出。

(HL的求法)

为了将1kg补给水形成为喷出压力下的饱和干燥蒸汽而所需的热量HL是规定喷出压力(例如0.8Mpa)下的饱和干燥蒸汽的比焓hd0(kJ/kg)与补给水的比焓hL(kJ/kg)之差。控制部5根据给水温度计18的检测值TL来求出补给水的比焓hL。这样，能够利用给水温度计18来把握补给水的状态量(比焓)。

这样，控制部5以使为了将吸入蒸汽升压至规定的喷出压力而耗能后剩余的螺旋压缩机2的输出能QL与补给水的气化热量相等的方式来计算补给水的喷射量Gp。于是，控制部5对喷水泵4以成为喷射量Gp的方式输出信号。利用补给水流量计19监控来自喷水泵4的喷射量，以成为喷射量Gp的方式来控制喷水泵4的转速。

根据本实施方式的喷水量控制，能够利用控制部5准确把握补给水的温度以及吸入蒸汽的状态量。并且据此来控制补给水的喷射量，从而能够防止喷出蒸汽变成过热蒸汽，并能够防止喷出蒸汽的量的减少。即，根据压缩机的输出中的将所供给的蒸汽压缩至规定压力后所剩余的能量，能够在不减少所吸入的蒸汽的情况下从补给水最大限度地生成新的蒸汽，因此能够有效利用能量，并能够使压缩机的温度不过度上升。

这里，优选的是，利用控制部5进一步控制补给水的喷射量，以使在比喷出侧泄水分离器15靠下游侧的喷出管7中流动的喷出蒸汽的比焓hdH(kJ/kg)与在比喷出侧泄水分离器15靠上游侧的喷出管7中流动的喷出蒸汽的比焓hdL(kJ/kg)之差变小。需要说明的是，存在比焓hdH≥比焓hdL的关系。如果比焓hdH与比焓hdL之差到规定的阈值后还增大，则向降低喷水泵4的转速的方向进行控制以减少喷射量。由此，向比焓hdH与比焓hdL之差减小的方向变化，喷出蒸汽接近于饱和干燥蒸汽。而如果比焓hdH与比焓hdL之差到规定的阈值后还减小，则返回使喷水泵4的转速成为喷射量Gp的控制。

利用控制部5，根据第一喷出蒸汽温度计13的检测值Td以及/或者第一喷出蒸汽压力计14的检测值Pd来求出喷出侧泄水分离器15的上游侧的喷出蒸汽的比焓hdH(kJ/kg)，并且，利用控制部5，根据第二喷出蒸汽压力计16的检测值Ph以及/或者第二喷出蒸汽温度计17的检测值Th来求出喷出侧泄水分离器15的下游侧的喷出蒸汽的比焓hdL。

需要说明的是，将喷出侧泄水分离器15的上游侧的喷出蒸汽作为饱和干燥蒸汽或过热蒸汽来求出比焓hdL(kJ/kg)。另一方面，喷出侧泄水分离器15的下游侧的喷出蒸汽藉由通过喷出侧泄水分离器15而成为饱和干燥蒸汽或过热蒸汽。

若螺旋压缩机2的吸气压力、喷出压力等变动，则喷射量Gp也变动。如果将补给水发生气化的量设为Ge(kg/h)，则来自喷出侧泄水分离器15的泄水量为Gp-Ge。虽然优选准确把握该泄水量Gp-Ge，但难以测定Gp-Ge。因此，代替基于泄水量Gp-Ge的喷射量控制，转而进行基于比焓hdH与比焓hdL之差的喷射量控制。根据该喷射量控制，能够使喷出蒸汽更接近饱和干燥蒸汽，其结果是，能够进一步防止喷出蒸汽变成过热蒸汽，并能够防止喷出蒸汽的量的减少。

以上对本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不限于上述实施方式，只要是在权利要求的范围中，就可以进行各种变更并加以实施。

Claims

1.一种喷水式蒸汽压缩机，其特征在于，包括：

压缩并喷出蒸汽的容积式压缩机；

与所述压缩机连接并在内部有蒸汽流动的吸气管以及喷出管；

安装于所述吸气管的吸气侧泄水分离机构；

向所述压缩机内部的压缩空间以及所述吸气侧泄水分离机构的下游侧的所述吸气管内的至少任一方喷射补给水的给水机构；

对由所述给水机构喷射的补给水的喷射量进行控制的控制部；以及用于检测由所述给水机构喷射的补给水的温度的给水温度计，

所述控制部根据在位于所述吸气侧泄水分离机构的下游侧且喷射供给补给水之前的所述吸气管中流动的吸入蒸汽的比焓、以及利用所述给水温度计的检测值而求出的补给水的比焓，以使为了将吸入蒸汽升压至规定喷出压力而耗能所剩余的所述压缩机的输出能与补给水的气化热量相等的方式来控制补给水的喷射量。

2.根据权利要求1所述的喷水式蒸汽压缩机，其特征在于，

还具有安装于所述喷出管的喷出侧泄水分离机构，

所述控制部还以在所述喷出侧泄水分离机构下游侧的所述喷出管中流动的喷出蒸汽的比焓与在所述压缩机和所述喷出侧泄水分离机构之间的所述喷出管中流动的喷出蒸汽的比焓之差变小的方式来控制补给水的喷射量。