CN103775353A

CN103775353A - 一种能够实现系列化发展的单级高速离心压缩机及方法

Info

Publication number: CN103775353A
Application number: CN201410017302.XA
Authority: CN
Inventors: 陶林
Original assignee: Potential Plus (beijing) Technology Co Ltd
Current assignee: Potential Plus (beijing) Technology Co Ltd
Priority date: 2014-01-15
Filing date: 2014-01-15
Publication date: 2014-05-07

Abstract

本发明公开了一种能够实现系列化发展的单级高速离心压缩机及方法,本发明的单级高速离心压缩机由固定连接在一起的离心压缩机本体、增速箱、电机以及其他辅助设备构成，本发明通过离心压缩机转速、离心压缩机的可调进口导叶安装角和可调径向叶片扩压器安装角三者联调，用单台离心压缩机实现不同的压比，通过这三者联调能够实现离心压缩机的系列化发展，同时保证离心压缩机在较宽的工况范围内具有较高的效率。

Description

一种能够实现系列化发展的单级高速离心压缩机及方法

技术领域

本发明涉及一种能够实现系列化发展的单级高速离心压缩机及方法,属于压缩机技术领域。

背景技术

目前，离心式压缩机广泛地应用于石油化工、冶金、电力、纺织、电力、军工等工业领域。目前还在运行使用的传统的低速多级离心式鼓风机存在着体积大、质量重、流量调节性能差、效率低、能耗大、维护不便等缺陷。随着三元流理论在离心式压缩机设计上的应用，单级高速离心式压缩机已经逐步取代了低速多级离心式压缩机，它具有体积小、重量轻、效率高、节约能源、性能调节范围广泛和自动化水平高等特点，在工业领域内具有广泛的应用前景。

单级高速离心压缩机的最重要特点是效率高和性能调节范围广。通常在单级高速离心压缩机的转速恒定以及额定压比不变的情况下，流量调节范围能够达到45%～100%，同时保证大部分工况下具有较高的效率。目前国内外各大鼓风机生产厂商均采用可变几何的方式进行流量调节，主要包括可调进口导叶、可调扩压器以及出口蝶阀调节等。然而，这种变几何的调节方式存在以下问题：①无法在保证流量范围不变的情况下，大幅的改变离心压缩机的压比，方便地实现不同压比产品的系列化发展；②流量调节范围小，难于保证压缩机在不同运行工况下都具有较高的效率。因此，亟需寻求一种快捷实现离心压缩机系列化发展的方法，达到降低离心压缩机生产成本及提高离心压缩机全工况下效率的双重目的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够克服上述技术问题的能够实现系列化发展的单级高速离心压缩机及方法，本发明是要提供一种宽工作范围以及能便捷系列化的单级高速离心压缩机，可以解决现有的离心压缩机无法覆盖较大的压比范围的缺点，同时还能实现不同压比离心压缩机的系列化。

本发明的一种能够实现离心压缩机系列化发展的方法，其关键在于通过离心压缩机转速、离心压缩机的可调进口导叶安装角和可调径向叶片扩压器安装角三者联调，用单台离心压缩机实现不同的压比，通过这三者联调能够实现离心压缩机的系列化发展，同时保证离心压缩机在较宽的工况范围内具有较高的效率。

本发明的一种能够实现系列化发展的单级高速离心压缩机由固定连接在一起的离心压缩机本体、增速箱、电机以及其他辅助设备构成，所述离心压缩机本体由可绕转轴旋转的可调进口导叶、离心叶轮、可绕转轴旋转的可调径向叶片扩压器、蜗壳组成。

所述可绕转轴旋转的可调进口导叶设置在所述单级高速离心压缩机的进口；所述单级高速离心压缩机的离心叶轮采用半开式叶轮或闭式叶轮；所述可绕转轴旋转的可调径向叶片扩压器设置在所述单级高速离心压缩机的离心叶轮出口；所述电机为能够实现不同转速的变频电机。

本发明通过离心压缩机转速、离心压缩机的可调进口导叶安装角和可调径向叶片扩压器安装角这三者联调能够实现离心压缩机的系列化发展，同时保证在离心压缩机整个工况范围内具有较高的效率和实现节能。本发明的优点是：①相对于其他产品，在相同的流量范围内，本发明可以使离心压缩机运行在不同的压比水平；解决了现有的离心压缩机无法覆盖较大的压比范围以及变工况效率偏低的问题，利用单台机器实现了不同的增压比。②仅仅通过离心压缩机电机变频调速、可调进口导叶和可调径向叶片扩压器，在保持离心压缩机本体不变的前提下即可实现离心压缩机的系列化发展，极大地缩短了离心压缩机的研发周期，降低了研发和制造成本；③通过可调进口导叶和可调径向叶片扩压器联调，有效增加了离心压缩机流量调节范围，同时保证大部分工况下离心压缩机具有较高的效率；因此，本发明具有较强的实用价值和现实意义。

附图说明

图1为本发明所述一种能够实现系列化发展的单级高速离心压缩机的整体结构示意图；

图2为本发明所述一种能够实现系列化发展的单级高速离心压缩机的可调进口导叶结构示意图；

图3为本发明所述一种能够实现系列化发展的单级高速离心压缩机的可调径向叶片扩压器结构示意图；

图4为本发明所述一种能够实现系列化发展的单级高速离心压缩机进气流量变化时离心叶轮进出口气流速度矢量图；

图5为本发明所述一种能够实现系列化发展的单级高速离心压缩机压比变化时离心叶轮进出口气流速度矢量图。

图1中：可调进口导叶1；可调进口导叶旋转轴2；离心叶轮3；可调径向叶片扩压器旋转轴4；蜗壳5；可调径向叶片扩压器6；悬臂轴7；增速箱8；电机9；

图4中：离心叶轮进口气流绝对速度C1；离心叶轮进口气流相对速度W1；离心叶轮进口圆周速度U1；离心叶轮出口气流绝对速度C2；离心叶轮出口气流相对速度W2；离心叶轮出口圆周速度U2；实心箭头为大流量工况，空心箭头为小流量工况；

图5中：离心叶轮进口气流绝对速度C1；离心叶轮进口气流相对速度W1；离心叶轮进口圆周速度U1；离心叶轮出口气流绝对速度C2；离心叶轮出口气流相对速度W2；离心叶轮出口圆周速度U2；实心箭头为低压比工况，空心箭头为高压比工况。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

如图1所示，可调进口导叶1通过可调进口导叶旋转轴2连接在壳体上，可以绕可调进口导叶旋转轴2正反旋转，其正反方向定义如图2所示。离心叶轮3通过过盈配合或三角轴配合的方式安装在悬臂轴7上。离心叶轮3可以绕悬臂轴7高速旋转。离心叶轮3出口装有可调径向叶片扩压器6，通过可调径向叶片扩压器旋转轴4连接在壳体上，可以绕可调径向叶片扩压器旋转轴4正反方向旋转，其正反方向定义如图3所示。悬臂轴7的另外一端和增速箱8相连。增速箱8的另一端和电机9联接。所述电机9为能够实现不同转速的变频电机。

根据欧拉方程式，离心叶轮3旋转时传递给单位质量气体的能量可以由下述的公式（1）确定。气体获得的能量越高，能达到的压比就越高。式中C1u、C2u分别为叶轮进出口气流绝对速度在圆周速度方向的分量，如图4所示。在实际运行过程中流量降低时，通过可变几何调节的方式通过调整可调进口导叶1的安装角，改变离心叶轮3进口的绝对气流速度C1的方向，从而保证离心叶轮3进口相对速度W1依然顺着叶片流动。由于流量降低，离心叶轮3出口的C2u有一定增加。由于C1u、C2u的同时增加，由式（1）可以得出气流获得能量基本保持不变。此外，离心叶轮3出口绝对气流速度C2方向改变，可调径向叶片扩压器6的安装角度也需要适当调整，以适应来流的方向，保证运行在高效点。至此，实现了在保证压比不变的情况下，改变流量同时保证机器运行在高效区。但可以看出传统的方法由于没有电机9，无法大幅度提升压比，不能方便地实现不同压比产品的系列化发展。根据公式（1），利用电机9提高离心叶轮3转速能显著提高压比。当离心压缩机压比提升之后，通过调节可调进口导叶1和可调径向叶片扩压器6即可以实现流量调整。因此，通过离心压缩机转速、可调进口导叶安装角和可调径向叶片扩压器安装角三者联调，就能用单台离心压缩机实现不同的压比，同时保证离心压缩机在较宽的工况范围内具有较高的效率。

W＝C2uU2－C1uU1 公式(1)

本发明的基本工作原理是：离心叶轮3高速旋转，在离心叶轮3进口处形成低压区，其压力低于环境压力。在压差的驱动下，气体通过可调进口导叶1改变气流角之后被吸入离心叶轮3。通常可调进口导叶1的开度为正角度，气流通过可调进口导叶1之后产生正预旋。如图5所示，根据离心叶轮3的压比变化时进出口气流速度矢量图分析可知，在同样的流量下，正预旋有利于降低离心叶轮3进口处叶尖的相对马赫数，提高离心叶轮3的效率。在高压比的情况下效果尤为明显。此外，对于含有蒸汽的气体，进口预旋有利于去除气体中的液滴，防止液滴进入离心叶轮3造成结构上的破坏。离心叶轮3高速旋转对低压气体做功。在离心力的作用下，高温高压高速的气体通过离心叶轮3排出，进入可调径向叶片扩压器6进行减速增压，进一步将气流的动能转化为压力能，随后高压低速的气体流入蜗壳5排出。电机9通过增速箱8来驱动离心叶轮3对气体进行压缩。当用户需要提升压比但又要保证流量基本不变时。此时通过电机9改变转速，提升离心叶轮3的转速。转速增大导致离心叶轮3出口的压力和流量都会上升。为保持压力不变而减小流量，需要同时减少可调进口导叶1的开度，使其角度为更大的正值，形成正预旋而降低流量。此时，由于转速增加，导致离心叶轮3出口绝对气流速度方向发生改变，如图4所示。离心叶轮3出口的气流角度不再和可调径向叶片扩压器6的角度匹配，导致进口冲角增大。此时需调整可调径向叶片扩压器6的角度，使其达到最佳冲角，保证离心压缩机的工作范围和效率。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明公开的范围内，能够轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明权利要求的保护范围内。

Claims

1.一种能够实现离心压缩机系列化发展的方法，其特征在于，通过离心压缩机转速、离心压缩机的可调进口导叶安装角和可调径向叶片扩压器安装角三者联调，用单台离心压缩机实现不同的压比，通过这三者联调能够实现离心压缩机的系列化发展，同时保证离心压缩机在较宽的工况范围内具有较高的效率。

2.一种能够实现系列化发展的单级高速离心压缩机，其特征在于，包括：固定连接在一起的离心压缩机本体、增速箱、电机，所述离心压缩机本体由可绕转轴旋转的可调进口导叶、离心叶轮、可绕转轴旋转的可调径向叶片扩压器、蜗壳组成；

所述可绕转轴旋转的可调进口导叶设置在所述单级高速离心压缩机的进口；所述可绕转轴旋转的可调径向叶片扩压器设置在所述单级高速离心压缩机的离心叶轮出口。

3.根据权利要求2所述的一种能够实现系列化发展的单级高速离心压缩机，其特征在于，所述电机为能够实现不同转速的变频电机。

4.根据权利要求2所述的一种能够实现系列化发展的单级高速离心压缩机，其特征在于，所述单级高速离心压缩机的离心叶轮采用半开式叶轮。

5.根据权利要求2所述的一种能够实现系列化发展的单级高速离心压缩机，其特征在于，所述单级高速离心压缩机的离心叶轮采用闭式叶轮。