CN104641120A - 湿气压缩机和方法 - Google Patents

Abstract

描述一种用于处理湿气的离心压缩机。离心压缩机包括：外壳和至少一个压缩机级，压缩机级包括至少一个叶轮(100)，叶轮旋转地布置在外壳中，并且设有叶轮轮毂(107)和多个叶轮叶片(111)，各个叶轮叶片具有吸力侧和压力侧。压缩机级包括至少一个微滴分散，其布置构造成促进流过压缩机级的液滴分散。

Description

湿气压缩机和方法

技术领域

本文公开的实施例大体涉及离心压缩机，并且更特别地涉及用于处理湿气的压缩机及其构件。本公开进一步涉及用于运行离心压缩机的方法，离心压缩机用于处理工作流体，即，湿气，工作流体包含液相和气相。

背景技术

压缩机典型地用来通过接收来自原动机(例如电动马达或涡轮)的功率，以及对工作流体施加压缩力，来提高工作流体中的压力。工作流体可为气体，诸如空气或二氧化碳、制冷剂等。在一些应用中，工作流体是湿气。湿气要理解为包含一部分液相的气体，例如呈微滴或悬浮微粒的形式。

污染物，特别是呈进入气体流中的液滴的形式的液体污染物，可导致离心压缩机在机械上失效。液滴可通过在气体冲击压缩机内的表面时冷凝而聚积在气体流中。液滴可击中压缩机的彼此碰撞的旋转部件(特别是压缩机叶轮)，并且形成较大的微滴。较大的微滴的一部分很可能沿压缩机的气体流方向继续，同时那些较大的微滴的其余部分粘在旋转的叶轮表面上。残留在叶轮表面上的较大的微滴将与冲击叶轮表面的新微滴聚结在一起，而且这将增大微滴的尺寸。较大的微滴最终将被气体流夹带，并且表示腐蚀性潜在风险高。此外，形成于叶轮的叶片表面上的液体膜可变得不稳定，并且导致形成大小较大的微滴，从腐蚀的角度看，这可能是非常有害的。

为了在湿气流进入离心压缩机之前减少湿气流中的液相的量，通常提供洗涤器。图1示意性地示出使用洗涤器来处理湿气的压缩机布置。整体上用参考标号1指示该布置。压缩机布置1包括离心压缩机3，其设有多个压缩机级5。各个压缩机级5包括压缩机叶轮7。压缩机叶轮7由离心压缩机3的外壳11中的公共转子轴9支承。首先通过洗涤器15处理在13处进入的湿气流。在洗涤器15中，液相在洗涤器15的底部中被分离成液体冷凝物，并且通过液体管道或冷凝物管道17从洗涤器15中移除液体冷凝物。气相从洗涤器15的顶部输送通过干气管道19，朝向压缩机3的入口。压缩气体从排出管道21输送出，而液相则由液体管道或冷凝物管道17输送到泵23，并且通过输送管道25。取决于应用的类型，液相和气体相然后可再次聚合，并且在湿流排出管道27中结合。

图2示出现有技术的压缩机3的透视图，移除了外壳的一部分，该图显示了压缩机的内部构件。在图2中示出的有代表性的现有技术的离心压缩机3中，提供了五个压缩机级，它们各自包括相应的叶轮7。可采用不同数量的级。

图3是根据图2的现有技术，沿着离心压缩机3的纵向轴线的示意性横截面。该横截面示出了三个压缩机级5。工作介质流通过入口通道19A进入第一压缩机级5，并且流过第一叶轮7。沿径向离开第一压缩机级5的叶轮7的压缩气体输送通过扩散器31和形成于压缩机外壳11中的外壳带33。气体从那里进一步流过回行通道35和带37，进入下游压缩机级后面的叶轮7中，诸如此类。

在从现有技术中了解到的一些实施例中，为了减少与液滴在压缩机级中聚积和聚结有关的问题，使用微滴捕捉器。在WO 2001/0053278中公开了这样的微滴捕捉器的示例。微滴捕捉器需要对叶轮进行特别复杂的机械加工。从压缩机外壳中移除从主要工作介质流中移除的微滴必须，并且因此需要液体移除系统。这些系统复杂且昂贵。此外，移除收集在压缩机外壳中的液体往往需要使压缩机停止。

本公开适合较高效地处理离心压缩机中的湿气的需要，以便消除或减轻与压缩机级中存在液滴有关的至少一个问题。

发明内容

本文公开了一种离心压缩机，其用于处理湿气，即，包括气相和液相的气体，例如呈在气相中扩散的微滴的形式。压缩机包括具有一个叶轮的至少一个压缩机级，其中，用布置在所述压缩机级中的适当的结合来促进微滴分散。使流过压缩机的湿气中的微滴分散可减轻或消除在气态流中存在较大微滴所引起的缺陷。在一些情况下，因而可分配用于从输送到压缩机的湿气中移除液相的洗涤器。在一些实施例中，仍然可提供洗涤器，但可分配用于捕捉压缩机中的微滴的特殊措施。在优选实施例中，既不需要洗涤器，也不需要微滴捕捉器。大体上，促进或加强微滴分散可简化压缩机的设计和运行。可在一个或多个压缩机级中提供用于促进微滴分散的措施。在优选实施例中，至少对第一压缩机级提供这样的措施。

特别地，本文公开了一种用于处理湿气的离心压缩机，所述离心压缩机设有至少一个压缩机级，压缩机级包括叶轮，叶轮旋转地布置在外壳中，并且设有叶轮轮毂多个叶轮叶片，各个叶轮叶片具有吸力侧和压力侧。压缩机级包括至少一个微滴分散布置，其构造成促进流过压缩机级的液滴分散。

根据优选实施例，微滴分散布置构造成相对于流过所述至少一个压缩机级的湿气中的气相的速度而改变液相的速度。流体的速度是向量实体，即，其可表示为具有模数和方向的向量。改变液相的速度可包括修改速度的模数，方向不变。在其它实施例中，可修改速度向量的方向，模数保持恒定。在又一个实施例中，可修改模数和向量方向两者。

修改，即，相对于气相的速度而改变液相的速度可促进两个相之间的相互作用。气相通常移动得比液相更快。当较慢的液滴与移动较快的气态流相互作用时，可实现微滴分散。微滴的尺寸将减小，从而防止或减小微滴对压缩机构件的腐蚀性损伤。不需要从工作流体中移除液相，而是可保持在其中，从而消除或减少对洗涤器和/或复杂的微滴捕捉布置的需要。如果保持这样的布置，则收集到的液体的量从而将小于现有技术的压缩机，使得压缩机运行更高效。

在一些实施例中微滴分散布置包括布置在叶轮叶片的压力侧上的微滴分离器。微滴分离器对沿着其压力侧移动的液滴施加横向于流过叶轮的湿气的主流速度方向的速度分量。同时，微滴速度的模数可减小。改变微滴速度会增大速度差(优选在模数和方向方面)，使得在气相和液相之间有分散相互作用，从而减小微滴的平均尺寸。

根据一些实施例，微滴分离器布置成至少沿着叶轮叶片的在叶轮入口和叶轮出口之间的径向延伸部。可沿着各个叶片的压力侧提供一个或多个分离器。分离器的数量优选在各个叶片上相同，但这不是强制性的。在一些实施例中，可在属于相同叶轮的不同叶片上提供不同数量的微滴分离器。例如奇数个叶片可具有一个微滴分离器，而偶数个叶片则可具有两个微滴分离器。

在一些实施例中，分离器至少布置在出口处，即，在叶轮叶片的后缘处。在这种情况下，分离器使微滴速度在压缩机叶轮的排出侧处改变。

在一些实施例中，叶轮叶片的后缘，即，在叶轮的边缘处，在叶轮出口或叶轮排出口处将限定两个不同的角：在压力侧上的第一角和在叶轮的吸力侧上的第二角。液相主要沿着叶轮的压力侧收集，因为液相的密度比气相的密度更高。因此，在排出侧上，液相将减慢，并且转移成与气态流相互作用。该相互作用促会进微滴分散，并且因而减小微滴尺寸。

微滴分离器可为叶片的压力侧上的任何表面中断，对沿着叶片的压力侧流动的流体进行速度修改。例如，微滴分离器可包括在叶片的压力侧上的凸起、瘤节、凸脊或凸块。优选地，分离器设计成尽可能多地减小分离器对整体压缩机效率的不利影响。

在一些实施例中，微滴分散布置包括定位在连续的叶轮叶片之间的多个中间辅助叶片，所述中间辅助叶片在叶轮入口和叶轮入口和叶轮出口之间的中间位置之间延伸，所述中间辅助叶片比叶轮叶片更短。沿着中间辅助叶片的压力侧移动的液相最终将越过所述中间辅助叶片的后缘，即，相对于流向的下游边缘。这将使液相流突然改变速度。

在一些实施例中，通过提供叶轮，将使液相的速度相对于气相的速度改变，叶轮在液相将聚积的区域中具有较大的半径。由于其密度较高，所以液相将聚积在轮毂侧上。在一些实施例中，至少一个叶轮的轮毂设计有比护罩更小的直径，使得在叶轮排出口处，气相将加速到比液相更高的速度。因此引起的速度差会促进微滴分散。一般而言，叶轮直径可在叶片根部和叶片尖部之前改变，使得其中液体很可能聚积(在叶轮根部附近)的叶轮区段中的排出速度将小于较接近叶片尖部的排出速度，在那里，工作流体流将仅包含或几乎仅包含其中无液滴的气体。

在一些实施例中，对叶轮的表面进行机械加工，以有利于收集其中例如在叶片压力侧上预计有大部分液相的那些区域中的液相。

一般而言，压缩机可包括任何数量的压缩机级。优选地，压缩机级的数量大于一。各个压缩机级包括至少一个叶轮。如果仅一个叶轮设有微滴分散布置，则这将优选地是第一叶轮，即，相对于工作流体方向的最上游的叶轮。不排除在不止一个叶轮中提供微滴分散布置的可能性。

至少第一叶轮优选由耐腐蚀性高的材料(例如镍基合金钢)制成，或者对叶轮覆盖特殊涂层，或者叶轮包含硬质材料插件。

尽管在上面和以下详细描述中单独地公开了各个微滴分散布置，但应理解的是，可在一个或各个压缩机级上实现不止一个微滴分散布置。

为了减小叶轮入口处的微滴直径，以及因而减小湿气入口处的叶轮的腐蚀，可在叶轮入口的上游布置固定和旋转的轴向叶片。

根据一些实施例，为了减小液滴对叶轮的表面的冲击，在一个或多个压缩机级的入口处提供湿气流涡旋布置，湿气流涡旋布置构造成在压缩机级的入口处的湿气流中产生涡旋。在一些实施例中，涡旋布置包括切向湿气流入口。这个布置会减小湿气流和旋转叶轮之间的相对速度，从而减小被液滴冲击而对叶轮引起的机械腐蚀。

为了进一步减小由于在由压缩机处理的工作流体中存在液相而引起的潜在腐蚀风险，根据本文公开的主题的一些实施例，提供速度控制系统。系统可构造成根据输送到离心压缩机的湿气流中的液相的量来控制离心压缩机的旋转速度。可使用例如两相流量计来直接确定液相的量。湿气流过两相流量计，然后进入压缩机。两相流量计产生信号，信号随湿气流中的液相的量改变，而且所述信号可用来控制压缩机的旋转速度。

直接测量湿气流中的液体量不是强制性的。根据其它实施例，可使用与液体量有关的参数。在由压缩机处理的工作流体中存在液相会增加驱动压缩机旋转所需的功率。因而可基于随使压缩机旋转所需的扭矩或由原动机(诸如电动马达或涡轮)吸收的功率而改变的参数，来确定液体量，原动机驱动压缩机。例如，扭矩计可用来测量对压缩机轴应用的扭矩。备选地，可测量由驱动压缩机的电动马达吸收的功率。由于是电压常数，可根据马达吸收的电流来确定马达吸收的功率。因而可基于抵抗性扭矩或马达吸收来驱动压缩机旋转的电流，来调节(即，控制)压缩机的旋转速度：如果扭矩或电流增大，指示湿气中有更多液体进入压缩机，则速度降低，以减小压缩机的潜在腐蚀性损伤。

根据另一方面，本公开还特别地涉及一种湿气压缩机，其包括外壳和布置成在外壳中旋转的至少一个或多个压缩机级，并且进一步包括速度控制系统，速度控制系统构造成根据被处理的湿气中的液相的量，或者直接或间接与液相的所述量有关的参数，来控制压缩机的旋转速度。

特别地，本公开涉及一种压缩机组件，其包括：压缩机；驱动压缩机旋转的原动机，原动机构造成以可变的旋转速度驱动压缩机；测量布置，其构造成测量与输送到所述压缩机的湿气中的液相的量有关的参数；控制器布置和构造成根据该参数来控制压缩机的旋转速度。可对具有上面公开的速度控制布置的湿气压缩机提供洗涤器，以在湿气流进入压缩机之前，移除湿气流中的液相的一部分。在另外的实施例中，除了洗涤器之外，或者不是洗涤器，可压缩机对提供液滴捕捉器，以从由压缩机处理的气态流中移除微滴。在这两种情况下，速度控制可用来在洗涤器出故障时(如果存在的话)，以及/或者在微滴捕捉器运行有缺陷的情况下，防止或减小有害的腐蚀作用。此外，由于微滴捕捉器布置在一个或多个压缩机级的内部中，所以无论如何将在叶轮的第一部分的下游(例如叶轮眼的下游)移除液滴。在液相的量增加时降低压缩机的旋转速度将保护叶轮的第一部分不受过度腐蚀。

根据另一方面，本公开涉及一种运行用于处理湿气的离心压缩机的方法，所述方法包括以下步骤：在至少一个压缩机级中处理湿气流，湿气流包含液相和气相，压缩机级包括布置成在压缩机外壳中旋转的叶轮，叶轮包括叶轮轮毂和多个叶轮叶片，各个叶轮叶片包括吸力侧和压力侧；以及使流过所述叶轮的液相微滴分散。

根据一些实施例，该方法可包括以下步骤：相对于在压缩机级中被处理的湿气流中的气相的速度而改变液相的速度。

改变速度的步骤可包括以下步骤：相对于气相的速度方向修改液相的速度方向。根据另外的实施例，相对于气相的速度而改变液相的速度的步骤可包括修改速度的模数的步骤。仍然在另外的实施例中，改变速度的步骤可包括修改速度的模数和方向两者。

在一些实施例中，可通过对叶轮的导叶的出口处和/或沿着导叶在导叶入口和导叶出口之间的中间位置上的液相施加切向速度分量，来改变速度方向。

可通过在各个叶片的后缘的两个相对的侧部上提供不同的倾斜角来对液相施加切向速度分量，使得主要聚积在叶片的压力侧上的液相将朝相邻叶片的相对的吸力侧转移。因而液相将与气态流碰撞，从而激发或加强微滴分散。

根据本文公开的方法的改进的实施例，所述方法可进一步包括以下步骤：在所述叶轮的入口处的湿气流中产生涡旋。涡旋作用诸如是为了降低工作流体相对于压缩机的旋转构件的相对速度。

在另外的实施例中，根据本公开的方法可包括以下步骤：使一个或多个压缩机叶轮的入口处的液滴分散，以防止较大的微滴冲击涡轮机的旋转构件，以及因而减小腐蚀影响。

本文公开的方法的另外的实施例包括以下步骤，根据湿气流中的液相的量或者与液相的所述量有关的参数，来调节(即，修改)压缩机的旋转速度，从而在液相的量增加时，降低旋转速度。

根据另一方面，本公开涉及一种用于运行处理湿气流的压缩机的方法，所述方法包括以下步骤：使压缩机以旋转速度旋转；测量与输送到压缩机的湿气中的液相的量有关的至少一个参数；根据所述参数来控制压缩机的旋转速度，例如如果液体量增加，则降低压缩机的旋转速度。

在下面公开特征和实施例，并且在所附权利要求中进一步阐述特征和实施例，所附权利要求形成本描述的组成部分。以上简要描述阐述了本发明的各种实施例的特征，以便使得可更好地理解以下详细描述，以及使得可更好地理解本发明对本领域的贡献。当然存在将在本文描述，以及将在所附权利要求中阐述的本发明的其它特征。就此而言，在详细说明本发明的若干实施例之前，要理解的是，本发明的各种实施例在其应用方面不局限于以下描述中阐述的或者图中示出的构件的结构和布置的细节。本发明能够有其它实施例，而且可按各种方式实践和执行本发明。还要理解的是，本文采用的措词和术语是为了描述，而不应被视为限制。

因而，本领域技术人员将理解，本公开所基于的概述可容易地用作设计用于本发明的若干目的的其它结构、方法和/或系统的基础。因此，重要的是认为权利要求包括这样的等效结构，它们不偏离本发明的精神和范围。

附图说明

将容易地获得本发明的公开的实施例及其伴随而来的许多优点，因为当结合附图考虑时，通过参照以下详细描述，公开的实施例变得更好理解，其中：

图1示出根据现有技术的压缩机布置的示意图，压缩机布置包括上面描述的洗涤器；

图2示出上面描述的有代表性的现有技术的离心压缩机的透视剖面图；

图3示出图2的压缩机的简明横截面；

图4示意性地表示本文公开的一些实施例的运行原理；

图5示意性地示出大液滴的分散过程；

图6和7分别在横截面和根据图6的线VII-VII的正视图中示意性地示出液相在离心压缩机叶轮中聚积的方式；

图8至11示意性地示出微滴分散布置的实施例；

图12示出压缩机叶轮的正视图，压缩机叶轮设有凹槽，凹槽用于促进液相沿着叶轮叶片的压力侧的收集；

图13示出根据本文公开的主题的一个实施例的离心压缩机中的两个按顺序布置的级的示意性横截面；

图14A和14B示出根据本文公开的一个实施例，布置在压缩机级的入口处的轴向定子和转子叶片的根据线XIV-XIV的横截面和正视图；

图15显示入口湿气流速度和涡旋产生布置对流速的作用的示意性向量图；

图16和17示出在压缩机级的入口处，或者在所述入口的上游(例如在入口气室处)的涡旋产生布置的实施例；

图18示出用于根据由压缩机处理的湿气流中的液相的量来控制压缩机的旋转速度的系统的框图；

图19示出旋转速度与液体含量的示意图；

图20示出用于根据湿气流中的液相的量来控制压缩机的旋转速度的系统的另一个实施例的框图；

图21示出图20的系统中的旋转速度与扭矩的示意图。

具体实施方式

示例性实施例的以下详细描述参照了附图。不同图中的相同参考标号标识相同或相似的元件。另外，图不必按比例绘制。以下详细描述也不限制本发明。本发明的范围而是由所附权利要求限定。

说明书中对“一个实施例”、“实施例”或“一些实施例”的引用意味着结合实施例来描述的特定的特征、结构或特性包括在本文公开的主题的至少一个实施例中。因而，在说明书的各处出现“在一个实施例中”或“在实施例中”的短语未必引用相同的实施例(一个或多个)。另外，特定的特征、结构或特性可按任何适当的方式结合在一个或多个实施例中。

图4示意性地示出在本公开中描述的一些实施例的运行之下的原理。在图4中，示意性地示出用于离心压缩机的压缩机叶轮。参考标号100在整体上表示叶轮。在这个视图中，叶轮100是带护罩的叶轮。带护罩的叶轮100包括叶轮轮毂103、形成于叶轮眼107中的叶轮护罩105，以及布置在叶轮轮毂103和叶轮护罩105之间的叶片109。111指示叶轮入口，并且113指示叶轮出口，即，叶轮排出口。在其它实施例中，叶轮可为开放式的，即，不设护罩。

进入叶轮入口111的湿气流包含微滴D，如图4中示意性地显示的那样。微滴D表示湿气的液相。参考标号Vl指示液相的速度向量，即，进入叶轮100的微滴D的液相的速度向量。Vg指示湿气的气相的速度。由于液相的惯量较高，速度Vl通常略微小于速度Vg。当气体流进入叶轮100时，速度差增大，分别是因为液相和气体相的惯量不同。

两个相之间的速度差用来激发或促进液滴的分散，以及减小各个微滴的体积，使得它们对压缩机的构件潜在腐蚀作用基本减小。图4示意性地显示在叶轮排出侧处，液相速度Vl和气相速度Vg之间的差显著增大。由于这个速度差，形成液相的微滴如示意性地显示的那样分散成与入口微滴D相同的较小尺寸的出口微滴(标为d)。

图5示意性地示出由速度差引起的微滴分散的可行机构。在图5的左边，用图示出三个可行的分散机构。第一分散机构被指示为“袋式分散”。气态流冲击较大的微滴D，并且使其变形成像DX中指示的袋那样，直到袋最终破裂，形成多个较小的微滴。

第二分散机构被指示为“剥离分散”。气态流冲击较大的微滴D，并且流过其中，从较大的微滴D中剥离出较小的微滴。

第三分散机构被指示为“毁灭性分散”。气态流冲击较大的微滴D，并且使其爆炸成多个较小的微滴。

根据一些实施例，至少第一叶轮，即，第一压缩机级的叶轮(或者唯一的叶轮，在一级压缩机的情况下)，设计成诸如为了改进或提高叶轮中的微滴分散，使得流过压缩机的微滴的尺寸足够小，以避免或限制压缩机的机械构件的腐蚀性现象。为了提高微滴分散作用，采取修改或改变液相的速度的措施。应理解的是，可将同一多级压缩机的不止一个叶轮设计成提高微滴分散。

图6示出沿着包含叶轮轴线的平面的示意性截面。在图6中示出单个叶轮叶片109。叶轮叶片109具有前缘或入口边缘109A，以及后缘或出口边缘109B。叶轮叶片100从根部部分103R形成，在那里，叶轮叶片100与轮毂103合并，朝向尖部部分109T。当叶轮100是带护罩的叶轮时，叶片109的尖部部分109T连接到叶轮护罩105。

由于液相的惯量比气相更高，所以液相趋向于聚积在轮毂103的表面(即，轮毂103的、叶片109从中凸出的表面)上的由LH指示的区域中。

图7示出根据图6中的线VI-VI的叶轮100的正视图。各个叶轮叶片109示意性地表示为简单的线，但应理解的是，实际上，叶片具有图7中未表示的厚度。

在图7中，叶轮叶片109的压力侧和吸力侧分别被指示为109P和109S。由于液相的惯量比气相更高，所以液相趋向于聚积在各个叶轮叶片109的压力侧109P上的LB中。

湿气的速度在限定在两个连续的叶轮叶片109之间的导叶的整个横截面中是不同的。气相具有较高的速度，而液相则具有较低的速度。实际上，流速沿着导叶的高度可变，并且沿着所述导叶的宽度可变，如由图6和7中示意性地表示的速度向量指示的那样。当在图6的横截面中看叶轮时，从尖部区域109T移向根部区域109R，速度逐渐降低。此外，当从吸力侧移动到压力侧时，在图7的正视图中看叶轮，速度减小。

液相和气相之间的速度差被用来促进微滴分散。为了对存在于湿气流中的微滴有充分的分散作用，至少在压缩机的第一叶轮离心中提供微滴分散布置。微滴分散布置可具有不同的构造，并且基于不同的现象。将在下面公开一些可行的微滴分散布置。在图中描述和示出的各个布置采用了若干可行特征和措施中的一个来促进微滴分散。如根据以下描述将变得显而易见的那样，以及如压缩机设计领域的技术人员将理解的那样，本文公开的两个或更多个简单的微滴分散布置可结合起来形成较复杂且可能较高效的微滴分散布置。

图8示意性地示出根据本公开的微滴分散布置的第一实施例。图8表示根据叶轮100的轴线方向的正视图。叶轮100包括叶轮叶片109。根据这个实施例，各个叶轮叶片109的出口或后缘部分在形状上设置成使得出口角(即，叶轮叶片109的压力侧109P上的排出角)不同于吸力侧109S上的排出角。排出角被定义为形成于径向方向和切向于叶片109的后缘或排出口边缘的方向之间的角。在图8中，叶片109的压力侧上的排出角被指示为αP，并且叶片109的吸力侧上的排出角被指示为αS。两个角彼此不同。排出角表示流出叶轮100的湿气的速度向量的方向。因此，沿着叶轮叶片109的吸力侧109S离开的主要气态流具有速度Vg，速度Vg在模数和方向上与液相的速度Vl不同，液相沿着叶片109的压力侧109P收集。两个向量速度之间的模数差和方向差会加强对液滴的分散作用。

在图9中显示微滴分散接合的不同实施例。这里再次在正视图中显示叶轮叶片100。对至少一些且优选所有叶轮叶片109提供微滴分离器120。这些分离器可呈从相应的叶轮叶片109延伸的凸出部的形式。由于出于上面论述的原因，液相趋向于聚积在叶轮叶片109的压力侧109P上，所以微滴分离器120布置在各个叶轮叶片109的压力侧109P上。如以图9中的示例的方式所显示的那样，可沿着叶轮叶片109的压力侧109P提供一个或多个微滴分离器120。

当沿着叶轮叶片109的压力侧100P移动的微滴冲击在微滴分离器120上时，它们从压力侧109P朝叶轮100的相应的导叶的中心转移。微滴的速度模数和速度方向被改变。使得微滴横向于气相的速度方向在两个连续的叶轮叶片109之间的导叶中移动。气相和液相之间的速度差(模数和方向)使微滴分散。

在图10中示意性地显示微滴分散布置的另一个实施例，图10在沿着包含叶轮100的轴线A-A的平面的截面中示出叶轮109。这个实施例中的叶轮轮毂103的半径RH小于叶轮护罩105的半径RS。如果未护罩叶轮100，即，如果未提供叶轮护罩105，则半径RS将表示叶轮叶片109的最大半径，即，叶片109的排出口或后缘109B的沿径向最外点或尖部的径向尺寸。

流过叶轮100的工作介质的速度由叶轮的速度确定。叶轮半径越大，工作介质的排出速度也越大。由于在图10的实施例中，叶轮100的径向尺寸在叶轮轮毂和叶轮护罩之间改变，在叶轮排出侧处的工作介质的速度也将在叶轮轮毂和叶轮护罩之间改变。更特别地，在轮毂侧上的叶轮排出口处的工作介质的速度将小于在护罩区域中的叶轮排出口处的工作介质的速度。由于液相将趋向于聚积在轮毂侧上，所以这个径向尺寸差将激发液相(速度Vl)和气相(速度Vg)之间的速度差，气相加速到基本高于液相的速度。这个速度差会激发或加强微滴分散。

图11示出微滴分散布置的另一个实施例。图11示出设有多个叶轮叶片109的叶轮100的正视图。叶轮叶片109从叶轮入口111延伸到叶轮出口113。在各对按顺序布置的叶轮叶片109之间提供至少一个中间辅助叶片122。各个中间辅助叶片122比叶轮叶片109更短。这表示中间辅助叶片122从叶轮入口111到沿着相应的叶轮叶片109之间的导叶的中间位置形成，而不到达叶轮出口113。收集在中间辅助叶片122的压力侧上的液滴或液体膜将在主要工作介质流中混合，从而在沿着中间辅助叶片122的压力侧移动的所述液相一到达相应的中间辅助叶片122的后缘122B，就激发微滴分散。

应理解的是，结合图8至11所描述的微滴分散布置的四个实施例可彼此组合。例如，基于排出角的修改，使得各个叶片的压力侧和吸力侧具有不同的排出角，图8的布置可结合使用沿着叶轮叶片109的形成的微滴分离器。参照图10所公开的叶轮轮毂和叶轮护罩之间的径向尺寸差也可与图8和9中一个或另一个布置或两个布置结合，而且另外可在所有三个所述布置中提供中间辅助叶片122。

为了提高图8中示出的微滴分散布置的效率，收集叶轮叶片109的压力侧上的尽可能多的液相的量将是有用的。在图12中，示出叶轮100的可行实施例，其改进了叶轮在那方面的行为。在叶轮100的轮毂侧上，即，沿着叶轮轮毂103的面朝叶轮的入口侧的表面，提供凹槽125。这些凹槽大体从叶轮100的入口朝出口形成，并且相对于径向方向倾斜，使得它们将沿着相应的叶轮叶片109的压力侧结束。因而收集在叶轮100的轮毂侧上的微滴将被凹槽125导引向叶轮叶片109的压力侧109P且收集在其上，在那里，可提供最有效的微滴分散布置，从而减少沿着叶轮100的轮毂侧表面移动的液相的量。

图13示出其中两个按顺序布置的压缩机级130、131设计有不同的径向尺寸的实施例。第一压缩机级130包括第一叶轮100X，并且第二压缩机级131包括第二叶轮100Y。第一叶轮100X具有径向尺寸R1，它大于第二压缩机级131的第二叶轮100Y的径向尺寸R2。两个叶轮以相同的角速度旋转，因为它们支承在相同的轴上。但是，第一叶轮100X的出口处的圆周速度大于第二叶轮100Y的出口处的速度，因为第一叶轮的直径比第二叶轮更大。由于主要在第一压缩机级中执行微滴分散，所以对第一压缩机级设计有较大的直径将提高微滴分散的效率。实际上，液相和气相之间的速度差将随着流过压缩机的工作流体的速度提高而增大。

使用较大的第一压缩机级可与上面公开的一个或多个微滴分散布置结合。

为了防止在第一压缩机级的入口处形成液体层，根据可行实施例，可在第一压缩机级的入口处提供轴向叶片布置。在图14A和14B中示意性地显示这种实施例。参考标号100再次指示第一压缩机级的叶轮。在叶轮入口前面，布置一组定子叶片131，它们固定到压缩机外壳133上。在相对于工作流体的速度的定子叶片131的上游，布置转子叶片135，所述转子叶片135约束到支承压缩机叶轮100的轴137上。图14B示出根据该组转子叶片或转子叶片135的线XIV-XIV的正视图。进入压缩机的液滴在机械上被定子叶片131和转子叶片135的共同作用分散。在第一叶轮上游的这个分散作用可用来减小微滴对叶轮眼和/或第一压缩机叶轮的叶轮叶片的前缘的腐蚀作用。

根据本文公开的主题的另一个实施例，可通过对第一叶轮的入口处的湿气速度起作用，来减小第一压缩机级中的叶轮眼由于工作流体中存在液滴而引起的腐蚀。图15A示出示意性地叶轮(速度U1)和湿气流(C1)的向量速度。向量W1表示湿气相对于叶轮的相对速度。相对速度越大，液滴对叶轮的表面、特别是对叶轮眼和/或叶轮叶片的前缘的腐蚀作用就越大。

通过在进入叶轮的湿气中引入涡旋作用，湿气和叶轮之间的相对速度将降低。图15B中示意性地显示了这一点，在图15B中，相同参考标号用来指示与图15A中相同的速度向量。U1再次表示叶轮的速度向量，C1表示进入湿气的速度向量，并且W1是表示湿气相对于叶轮的速度的速度向量。通过在湿气速度中引入涡旋分量(其由向量S表示)，湿气和叶轮之间的相对速度降低，并且因此对叶轮的腐蚀作用减小。

可通过使用图16中示意性地示出的切向入口来引入涡旋作用。气体以与叶轮的速度不垂直的速度方向(即，非轴向方向)，进入第一压缩机级。这个旋转运动由螺旋形入口通道140施加，湿气沿着螺旋形入口通道140输送到第一压缩机级中。

图17示出沿着包含压缩机的轴线的平面的横截面，该压缩机具有用于在湿气流中产生涡旋作用的不同布置。在这个实施例中，在第一压缩机级130的上游提供入口管150，在那里布置有第一叶轮100。在入口管150中提供固定叶片152的布置。固定叶片152倾斜，使得将对进入压缩机级130的湿气施加切向速度分量。

包含在湿气中的液相的腐蚀作用随着压缩机速度提高而增大，即，压缩机旋转速度越高，工作流体中的液滴引起的腐蚀风险就越大。

根据实施例，为了减小可能存在于湿气流中的液滴的腐蚀作用，控制压缩机的速度，使得当湿气流中的液相的量增加时，叶轮的旋转速度降低。

图18示出用于根据输送到压缩机的工作流体中的液体含量来控制压缩机旋转速度的系统的第一实施例的框图。在图18的示意图中，压缩机整体上被指示为200。发动机(例如电动马达121)驱动压缩机旋转。电动马达201可为以电子的方式控制的可变速马达。可提供速度控制器211来控制电动马达201和压缩机200的旋转速度。驱动轴203将电动马达201连接到压缩机200上。湿气馈送通过入口管205。可沿着导管205布置两相流量计207。两相流量计207产生信号，该信号提供关于流过其中的液相的量的信息。由流量计207产生的信号输送(线路209)到速度控制器211。速度控制器211进而通过降低马达的旋转速度来控制马达201的速度，并且因而在输送到压缩机200的湿气流中的液相的量增加时，降低压缩机200的旋转速度。

图19示意性地示出随工作流体液相量(Lq)(在横轴上报告它的量)改变的压缩机(在竖轴上)的角速度的示意图。当液体量增加时，压缩机的旋转速度减小。在图19的示意性示例中，压缩机200的旋转速度以连续的非线性方式改变。可使用不同的控制功能，例如可设想到旋转速度逐步改变而非连续改变。另外，曲线的倾角可不同，而且可为例如线性的。

图20示出对压缩机提供速度控制、随与输送到压缩机的湿气流中的液体的量有关的参数改变的不同的系统的框图。相同的参考标号指示如图18中那样的相同或等效的部件。在这个实施例中，间接地确定液体的量。系统基于这样的认识：存在于湿气中的液相使必须对压缩机转子施加的扭矩增大，以使其保持旋转。因此，增加湿气流中的液相的量将提高驱动压缩机200所需的功率。

图20中显示的系统基于对驱动压缩机200旋转所需的扭矩的检测。扭矩计213检测马达201对压缩机轴施加的扭矩，并且扭矩计213测得的扭矩作为输入信号提供给速度控制器211。可调节信号，然后信号输送到速度控制器211，如果需要的话。图21示出压缩机旋转速度(在竖轴上)随扭矩计213检测到的扭矩(在横轴(T)上报告它)改变。当测得的扭矩增大时，控制旋转速度，诸如为了使旋转速度降低，这种增大的扭矩是因为存在于输送到压缩机200的湿气中的液相的量增加。

控制可如图21中显示的那样是连续的，或者逐步的。曲线的倾角和形状可不同于图21中显示的曲线，例如可使用线性曲线。

在另外的实施例(未显示)中，可使用不同的参数来控制压缩机的随湿气流中的液相的量直接或间接地改变的旋转速度。例如由电动马达201吸收的电流可用作与驱动压缩机旋转所需的扭矩成比例的参数，所述扭矩又与湿气流中的液相的量成比例。

一般而言，控制压缩机的速度，以便在检测到两相流中的液体量增加时降低速度。在一些实施例中，可提供表示由压缩机处理的湿气中的液体量极限的阈值。如果阈值未被超过，则将以标准速度驱动压缩机。如果液体量(直接或间接地测量)超过阈值，则根据与工作流体中的液体量有关的检测到的参数，来调节速度能，即，使其逐渐降低。

虽然已经在图中显示以及在上面特别详细完全地描述以及结合若干个示例性实施例来详细说明了本文描述的主题的公开的实施例，但本领域普通技术人员将理解，许多修改、改变和省略是可行的，而不会在实质上偏离本文阐述的新颖教导、原理和概念以及所附权利要求中陈述的主题的优点。因此，公开的发明的恰当范围应仅由所附权利要求的最宽解释确定，以便包含所有这样的修改、改变和省略。另外，根据备选实施例，任何过程或方法步骤的顺序或次序可改变或重新排列。

Claims (30)

1. 一种用于处理湿气的离心压缩机，所述湿气包括液相和气相，所述离心压缩机包括：

外壳；

至少一个压缩机级，其包括至少一个叶轮，所述叶轮旋转地布置在所述外壳中，并且设有叶轮轮毂和多个叶轮叶片，各个叶轮叶片具有吸力侧和压力侧；

其中，所述至少一个压缩机级包括至少一个微滴分散布置，所述微滴分散布置构造成促进流过所述压缩机级的液滴分散。

2. 根据权利要求1所述的离心压缩机，其特征在于，所述微滴分散布置构造成相对于流过所述至少一个压缩机级的所述湿气中的所述气相的速度而改变所述液相的速度。

3. 根据权利要求1或2所述的离心压缩机，其特征在于，所述微滴分散布置构造成相对于所述气相的速度方向修改所述液相的速度方向。

4. 根据前述权利要求中的任一项所述的离心压缩机，其特征在于，所述微滴分散布置包括在所述叶轮叶片的压力侧上的微滴分离布置，所述微滴分离器对沿着所述叶轮叶片的所述压力侧移动的液滴施加横向于所述湿气流的与所述叶轮相交的主流速度方向的速度分量。

5. 根据前述权利要求中的任一项所述的离心压缩机，其特征在于，所述微滴分离器布置成至少沿着所述叶轮叶片的在叶轮入口和叶轮出口之间的径向延伸部。

6. 根据前述权利要求中的任一项所述的离心压缩机，其特征在于，所述微滴分离器至少布置在所述叶轮叶片的叶轮出口端处。

7. 根据前述权利要求中的任一项所述的离心压缩机，其特征在于，所述微滴分散布置包括定位在连续的叶轮叶片之间的多个中间辅助叶片，所述中间辅助叶片在叶轮入口和所述叶轮入口和叶轮出口之间的位置之间延伸，所述中间辅助叶片比所述叶轮叶片更短。

8. 根据前述权利要求中的任一项所述的离心压缩机，其特征在于，所述至少一个微滴分散布置包括可变的叶轮外径。

9. 根据前述权利要求中的任一项所述的离心压缩机，其特征在于，各个叶轮叶片具有根部部分、尖部部分和在所述叶轮的所述出口处的后缘，所述后缘从所述尖部部分沿径向向内相对于所述根部部分倾斜。

10. 根据前述权利要求中的任一项所述的离心压缩机，其特征在于：所述叶轮包括叶轮护罩；所述叶轮护罩具有大于所述叶轮轮毂的直径的直径；并且所述叶轮叶片具有从外部护罩边缘延伸到外部轮毂边缘的后缘，所述叶轮叶片的所述后缘朝从所述叶轮护罩到所述叶轮轮毂的叶轮轴线倾斜。

11.根据前述权利要求中的任一项所述的离心压缩机，其特征在于，所述叶轮轮毂包括设置在连续的叶轮叶片之间的多个凹槽，所述凹槽构造成将所述液滴引导向各个相应的叶轮叶片的所述压力侧。

12. 根据前述权利要求中的任一项所述的离心压缩机，其特征在于，所述离心压缩机包括多个压缩机级，各个压缩机级包括相应的叶轮，其中，所述至少一个压缩机级由所述微滴分散布置组成，所述至少一个压缩机级是所述多个压缩机级中最上游的一个。

13. 根据前述权利要求中的任一项所述的离心压缩机，其特征在于，所述最上游压缩机级的所述叶轮比后面的压缩机级具有更大的直径。

14. 根据前述权利要求中的任一项所述的离心压缩机，其特征在于，所述离心压缩机包括多个定子轴向叶片和布置在所述至少一个压缩机级的所述叶轮的入口处的多个转子轴向叶片。

15. 根据前述权利要求中的任一项所述的离心压缩机，其特征在于，所述定子轴向叶片相对于所述湿气的流向布置在所述转子轴向叶片的下游。

16. 根据前述权利要求中的任一项所述的离心压缩机，其特征在于，导叶式涡旋入口气室布置在所述至少一个压缩机级的上游。

17. 根据前述权利要求中的任一项所述的离心压缩机，其特征在于，在所述至少一个压缩机级的所述入口处提供湿气流涡旋布置，所述湿气流涡旋布置构造成在所述压缩机级的所述入口处的所述湿气流中产生涡旋。

18. 根据前述权利要求中的任一项所述的离心压缩机，其特征在于，所述涡旋布置包括切向湿气流入口。

19. 根据前述权利要求中的任一项所述的离心压缩机，其特征在于，所述离心压缩机包括速度控制系统，所述速度控制系统构造成根据输送通过所述离心压缩机的湿气流的所述液相的量来控制所述离心压缩机的旋转速度。

20. 根据前述权利要求中的任一项所述的离心压缩机，其特征在于，所述速度控制系统包括：两相流量计，其构造成检测输送到所述离心压缩机的湿气流中的液相的量；以及控制器，其构造成基于在所述湿气流中检测到的所述液相的量来控制所述离心压缩机的旋转速度。

21. 根据前述权利要求中的任一项所述的离心压缩机，其特征在于，所述控制器布置成用于控制驱动所述离心压缩机的可变速度的电动马达的速度。

22. 根据前述权利要求中的任一项所述的离心压缩机，其特征在于，所述速度控制系统包括：用于检测随施加到压缩机轴上的扭矩改变的参数的装置，以及构造成基于所述参数来控制所述离心压缩机的旋转速度的控制器。

23. 根据前述权利要求中的任一项所述的离心压缩机，其特征在于，所述叶轮叶片具有后缘，所述后缘在所述叶片的所述压力侧上形成第一排出角，以及在所述叶片的所述吸力侧上形成第二排出角，所述第一排出角和所述第二排出角彼此不同。

24. 一种运行用于处理湿气的离心压缩机的方法，所述方法包括以下步骤：

在至少一个压缩机级中处理湿气流，所述湿气流包含液相和气相，所述至少一个压缩机级包括旋转地布置在压缩机外壳中的叶轮，所述叶轮包括叶轮轮毂和多个叶轮叶片，各个叶轮叶片包括吸力侧和压力侧；

使流过所述叶轮的液相微滴分散。

25. 根据权利要求24所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：相对于在所述压缩机级中被处理的所述湿气流的所述气相的速度而改变所述液相的速度。

26. 根据权利要求24或25所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：相对于所述气相的速度方向修改所述液相的速度方向。

27. 根据权利要求24、25或26所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：在所述叶轮的入口处的所述湿气流中产生涡旋。

28. 根据权利要求24至27中的任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：使所述叶轮的入口处的液滴分散。

29. 根据权利要求24至28中的任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：在所述至少一个压缩机级的所述入口处提供导叶式涡旋入口气室，以及对在所述压缩机级中被处理的所述湿气流中产生涡度。

30. 根据权利要求24至29中的任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：根据所述湿气流中的液相的量来调节所述压缩机的旋转速度，当液相的量增加时，降低所述旋转速度。