CN105090064A - 一种高速直连水蒸汽压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于MVR蒸发器中用于二次水蒸气压缩的高速直连水蒸汽压缩机，包括高速电机、水蒸气压缩机和半开放联接基座，高速电机的转子的一端与水蒸气压缩机的叶轮通过拉杆、扭矩销和拉杆螺母直接联接，降低了拉杆材料要求、简化了叶轮安装过程，转子与叶轮的连接段轴上设置有对开结构的汽封、油封和轴承，汽封和油封之间设置有挡汽盘，根除了汽封泄漏蒸汽沿轴表面进入可倾瓦轴承造成润滑油进水乳化或进入磁悬浮轴承破坏电气绝缘问题，采用对开结构的汽封、油封和轴承设置在半开放联接基座的半开放空间内，可以在不拆卸设备其它部分的情况下检修和更换，大大方便了压缩机维修。

Description

一种高速直连水蒸汽压缩机

技术领域

本发明涉及机械结构技术领域，尤其是涉及一种应用于MVR蒸发器中用于水蒸气压缩的高速直连水蒸气压缩机。

背景技术

在化工、环保、食品领域广泛应用蒸发浓缩和蒸发结晶过程，蒸发浓缩和蒸发结晶过程经常采用单效蒸发器、多效蒸发器或釜式蒸发器等传统蒸发器，传统蒸发器使用鲜蒸汽作热源，对被蒸发物料进行加热使其沸腾蒸发，物料沸腾蒸发过程产生的蒸汽称二次蒸汽。多效蒸发器用前一效的二次蒸汽给下一效蒸发器作热源依次类推，单效蒸发器、釜式蒸发器或多效蒸发器的末效产生的二次蒸汽称为乏汽，乏汽需要用冷却水将其冷凝为冷凝水排放，传统蒸发器的生产过程消耗大量的水蒸气。

近年来一种新型节能蒸发器——MVR(机械式蒸汽再压缩)蒸发器开始推广应用，该蒸发器的工作原理是将蒸发器的二次蒸汽经过水蒸气压缩机压缩，使水蒸气的热焓(温度)升高，再用压缩后的水蒸气代替鲜蒸汽对物料进行加热的蒸发过程。MVR蒸发器生产过程只消耗少量的电能驱动压缩机压缩水蒸气就能保证蒸发过程连续进行。是一种环保、节能的新技术。MVR蒸发器的核心设备是水蒸气压缩机。目前广泛应用高速离心压缩机经过适当改进作水蒸气压缩机。

普通高速离心水蒸气压缩机是用普通电动机作动力，经过增速齿轮箱使高速轴转速达到1.5-3.0万转/分钟，在高速轴一端装设高速离心水蒸气压缩机叶轮、汽封、油封。增速齿轮箱外壳与高速离心水蒸气压缩机蜗壳连接使叶轮与蜗壳合理配合对水蒸气进行压缩，普通高速离心水蒸气压缩机经过增速齿轮箱增速后，齿轮箱效率降低了普通高速离心压缩机整体效率，一般普通高速离心压缩机增速齿轮箱的效率为95-90％，对于每小时蒸发量为10吨的MVR蒸发器，普通高速离心水蒸气压缩机仅增速齿轮箱的消耗约为25-45KW电能。

现有为提高高速离心压缩机电能效率，节约高速离心压缩机电耗，取消普通高速离心压缩机的增速齿轮箱的普通高速直连压缩机，但这种直连压缩机转子一端通常装设有高强度拉杆，需要用专门配套的液压装置安装叶轮，使叶轮端面与转子一端的轴端面预加很大的摩擦力用于传递扭矩，这种装配结构不仅拉杆要采用高强度材料、配置专用液压安装装置，而且安装操作复杂，扭矩传递不可靠，其次，将高速电机壳体与离心压缩机蜗壳直接联接在一起，从压缩机泄漏的水蒸气会沿轴表面流进可倾瓦轴承或磁悬浮轴承，造成轴承润滑油进水乳化或电气绝缘破坏。

发明内容

为了解决上述现有技术问题，本发明提供了一种应用于MVR蒸发器中用于水蒸气压缩的高速直连水蒸气压缩机，能够根除汽封泄漏蒸汽沿轴表面进入可倾瓦轴承造成润滑油进水乳化或进入磁悬浮轴承破坏电气绝缘问题，且设备装配结构简单、维修方便。

本发明的技术方案为：一种高速直连水蒸汽压缩机，包括水蒸汽离心压缩机和高速电机，所述水蒸汽离心压缩机包括蜗壳及安装于蜗壳内的叶轮，所述高速电机包括机壳、定子、转子、轴承，所述定子压装在机壳内，所述转子装设在定子内，所述转子两端固定有转轴，两端转轴由所述轴承支撑，所述机壳两端设有端盖，所述轴承分别固定在端盖中心，所述转子一端的转轴通过拉杆和拉杆螺母与叶轮固定连接，其特征在于，所述蜗壳与机壳之间通过联接基座连接成一体，所述联接基座为半开放联接基座，所述转轴与叶轮的连接段轴上从左至右还依次设置有汽封、油封，所述汽封、油封、轴承均为对开结构且均位于所述半开放联接基座的半开放空间内。

进一步地，所述转轴与叶轮还通过扭矩销联接，所述转轴连接端面设有第一扭矩销孔，所述叶轮连接端面设有第二扭矩销孔，扭矩销一端与第一扭矩销孔过渡配合安装，扭矩销另一端与第二扭矩销孔动配合安装，转轴通过扭矩销传递叶轮旋转扭矩，扭矩传递更加可靠，且由于拉杆不需要再传递扭矩，拉杆只起与叶轮固定连接的作用，拉杆螺母预紧拉力只要达到叶轮定位要求和防松动要求即可，不需要配用专用液压装置对拉杆和拉杆螺母进行安装，简化安装过程，拉杆材料也可采用普通与转轴相同的材料替代高强度材料，降低材料成本。

所述蜗壳设置有安装面板，所述叶轮设置在蜗壳安装面板内侧，所述汽封安装在安装面板的外侧，所述汽封和油封之间设有开放间隙，该开放间隙可保证汽封装卸空间宽度，方便汽封的拆卸与安装；所述汽封和油封之间轴上设置有挡汽盘，当从汽封泄露的少量水蒸汽沿轴表面喷射到挡汽盘上会改变为径向喷射，由于连接段位于半开放空间内，水蒸汽喷向设备外的空中被空气冷凝，根除了水蒸汽进入轴承使润滑油水性润滑或破坏轴承电气绝缘问题。

所述联接基座可以与蜗壳、高速电机机壳相互独立，或与蜗壳一体成型，或与高速电机机壳一体成型。联接基座结构在保障联接刚度条件下尽可能大的开放空间，一般以下半圆为基础支撑，上半圆加辅助筋板支撑，以便于检修。

进一步地，所述高速直连水蒸汽压缩机，还包括稀油站和冷却风机，稀油站为可倾瓦轴承提供强制润滑油，保证轴承良好润滑，为了减小设备的体积，可将联接基座底部作为稀油站油箱。所述风机用于冷却转子和定子。

进一步地，所述轴承为可倾瓦轴承或磁悬浮轴承，所述轴承和油封共用一个对开式轴瓦安装，下半轴瓦设有供油回油管路，供油回油管路引出与稀油站油箱连接。

所述水蒸气压缩机叶轮采用三元半开叶轮，由整体胚料经过五轴数控加工中心编程加工而成，采用三元半开叶轮水蒸汽流动损失小、压缩效率高。水蒸气压缩机蜗壳一般采用铸造蜗壳或焊接蜗壳两种。

所述定子的铁芯采用冷轧无取向硅钢片按环形绕组结构设计，缠绕环形绕组和接线后定位压装到高速电机机壳内。

所述转子为表面设有永磁体的永磁转子，永磁体外设置有碳纤维或玻璃纤维或非导磁金属保护套，永磁体通过表贴在转子表面或压装在转子表面与转子成为一整体。

本发明的有益效果为：

1、本发明由于采用了半开放联接基座，连接段轴上安装的汽封、油封、可倾瓦轴承采用对开式结构，在维修或更换汽封、油封、可倾瓦轴承时不需要象普通高速直连压缩机那样把全部设备解体，只要打开对开瓦就可以维修更换，装配简单，维修方便。

2、本发明高速电机转子一端转轴通过拉杆和拉杆螺母、扭矩销与水蒸气压缩机叶轮直接连接在一起，拉杆和拉杆螺母只起到对叶轮的定位固定和防松动作用，采用扭矩销传递叶轮旋转扭矩，简化了转子与叶轮的安装操作、取消专用液压装置，装配简单，拉杆可以采用普通材料，用普通工具安装或拆卸叶轮，降低成本，同时，采用扭矩销叶轮旋转扭矩传递更加可靠。

3、本发明采用联接基座将高速电机与高速离心压缩机隔离一段距离再联接成一体，在隔离段汽封与油封隔开一定的隔离间隙，在隔离间隙内转子轴表面设置有档汽盘，从汽封泄漏的少量水蒸气沿轴表面喷射到挡汽盘上会改变为径向喷射，由于联接段是半开放空间，水蒸气改变喷射方向后向设备外喷射并被被空气冷凝，阻断了水蒸气进入轴承的可能性，根除了汽封泄露蒸汽沿轴表面进入轴承造成润滑油进水乳化或破坏轴承电器绝缘问题。

4、本发明采用高速电机与水蒸气压缩机的叶轮直接相连技术，由于取消了增速箱，用高速电机直接驱动水蒸气压缩机，使水蒸气压缩机效率提高5-15％，使应用高速直连水蒸气压缩机的MVR蒸发器在原来节能基础上再节能5-10％。同时占地面积减小，设备质量减轻。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明连接段的放大图。

图中，1、水蒸汽离心压缩机；11、蜗壳；12、叶轮；2、高速电机；21、机壳；211、端盖；22、定子；221、环形绕组；23、转子；24、转轴；25、轴承；3、半开放联接基座；31、半开放联接基座上部；32、半开放联接基座下部；4、拉杆；5、拉杆螺母；6、扭矩销；7、连接段；71、汽封；72、挡汽盘；73、油封；74、开放间隙；75、甩油盘；8、对开式轴瓦。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步阐述，本发明的方向以图1为准。

如图1至图2所示，一种高速直连水蒸汽压缩机，包括水蒸汽离心压缩机1、联接基座3和高速电机2，水蒸汽离心压缩机1和高速电机2通过半开放联接基座3连接成一体。

所述水蒸汽离心压缩机1包括蜗壳11及安装于蜗壳11内的叶轮12，蜗壳11设有蜗壳安装面板以及设有与MVR蒸发器蒸汽管路连接的进出口，叶轮12安装在蜗壳安装面板内侧，叶轮12采用三元半开叶轮，由整体胚料经过五轴数控加工中心编程加工而成，采用三元半开叶轮水蒸汽流动损失小、压缩效率高；所述蜗壳11一般采用铸造蜗壳或焊接蜗壳两种。

所述高速电机2包括机壳21、定子22、转子23、轴承25，所述定子22铁芯采用冷轧无取向硅钢片按环形绕组结构设计，缠绕环形绕组221和接线后定位压装到高速电机2机壳21内，该结构设计可以缩短高速电机轴向长度，提高定子及环形绕组散热性能；所述转子23装设在定子22内，转子23两端固定有转轴24，转子23两端转轴由轴承支撑，所述机壳21两端设有端盖211，轴承25分别固定在两端端盖中心，所述轴承25为对开结构的可倾瓦轴承或磁悬浮轴承；所述转子23一端转轴24通过拉杆4、拉杆螺母5以及扭矩销6与叶轮12连接，所述拉杆4连接转轴24、叶轮12中心，所述扭矩销6为至少两个，转轴24端面中心两侧开设有对称的至少2个的第一扭矩销孔，叶轮12在与第一扭矩销孔对应的位置开设有对称的至少2个第二扭矩销孔，扭矩销6一端与第一扭矩销孔过渡配合安装并压装到孔底，扭矩销6另一端与第二扭矩销孔动配合安装且插入第二扭矩销孔的深度比例按叶轮12材质密度与扭矩销密度之比计算，扭矩销6通过第一扭矩销孔和第二扭矩销孔将叶轮12与转轴24连接一起。转轴24采用扭矩销6传递叶轮12旋转扭矩，拉杆4及拉杆螺母5仅用于固定连接叶轮12和转轴24以及防止叶轮12和转轴24连接松动，因此，安装时，拉杆螺母5预紧拉力只要达到叶轮12定位要求和防松动要求即可，不需要象普通叶轮安装那样用液压工具将叶轮12与拉杆4拉伸到一定拉力，采用扭矩销的连接方式简化了安装操作，且扭矩传递更为可靠，转子23驱动叶轮12转动更可靠。

所述转轴24与叶轮12的连接段7轴上从左至右依次安装有汽封71、挡汽盘72、油封73，汽封71采用对开结构沉入蜗壳安装板外侧，汽封71用于防止蜗壳内的水蒸汽内漏，档汽盘用于将从汽封71泄露出来的少量水蒸汽挡住，阻止水蒸汽沿轴表面进入轴承25内，所述汽封71和油封73之间设置有开放间隙74，开放间隙可保证汽封装卸空间宽度，方便汽封的拆卸与安装；所述油封73安装在轴承25端面用于防止润滑油泄露，所述汽封71、油封73均为对开结构，采用对开结构可以在不拆卸其他部分的情况下检修和更换汽封71、油封73、可倾瓦轴承，大大方便了设备检修。

所述半开放联接基座3位于蜗壳11与机壳21之间，蜗壳11与高速电机转子23保持高精度同轴度，所述连接段7位于半开放联接基座3上部空间内，所述半开放联接基座上部31为开放式圆形结构，上半圆用辅助筋板支撑，下半圆用于支撑连接段，半开放联接基座下部32为封闭式基座，可同时作为高速电机2的基座使用，所述半开放联接基座3可以与蜗壳11、高速电机机壳21独立，或与蜗壳11一体成型，或与高速电机机壳21一体成型。由于连接段7位于连接基座上部开放结构内，当少量的水蒸汽从汽封71泄露出来沿轴表面喷射到挡汽盘72上被改变喷射方向后喷向设备外面进而被空气冷凝，完全阻止水蒸汽进入轴承25的可能性，根除了汽封71泄露蒸汽沿轴表面进入轴承25造成润滑油进水乳化或破坏磁悬浮轴承电器绝缘问题。

本发明由于采用了半开放联接基座3，且连接段7轴上安装的汽封71、油封73、轴承25均采用对开式结构，在维修或更换汽封71、油封73、可倾瓦轴承时不需要象普通高速直连压缩机那样把全部设备解体，只要打开对开瓦就可以维修更换。

进一步地，所述联接基座上部圆形结构的长度即蜗壳安装面至机壳21安装面的距离按汽封71厚度+开放间隙74+油封73厚度+轴承回油间隙+轴承宽度确定，开放间隙74应保证汽封71装卸空间宽度，该距离可以使得半开放联接基座3体积尽量达到最小同时可以满足方便更换或维修汽封71、油封73、轴承25的要求。

所述高速直连水蒸汽压缩机，还包括稀油站，稀油站为轴承25提供强制润滑油，保证轴承25良好润滑和冷却；进一步地，为了减小设备体积，可以将联接基座下部设计为稀油站油箱，可倾瓦轴承和油封73共用一个对开式轴瓦8安装，供油回油管路从下半轴瓦引出至稀油站油箱；进一步地，所述油封73和轴承25之间还可以设有甩油盘75，甩油盘可防止润滑油沿转轴24流至转子23内。

所述高速电机机壳21内还设置有冷却风机，高速电机2通过冷风冷却高速电机定子22和高速电机转子2323。

高速电机2通过高频变频器提供200-500Hz高频电源，驱动高速电机工作，高频变频器电源驱动高速电机旋转，转速一般在15000-30000转/分钟；高速电机转子23带动水蒸汽离心压缩机1叶轮12在蜗壳11内高速旋转，MVR蒸发器的二次蒸气通过高速离心压缩机蜗壳进口进入高速离心压缩机，高速旋转的叶轮12对水蒸气进行压缩，使水蒸气的热焓增加，达到MVR蒸发器加热蒸汽温度要求，然后从高速离心压缩机蜗壳出口排出供MVR蒸发器作蒸发热源，使MVR蒸发器连续蒸发。

所述转子23为表面设有永磁体的永磁转子，永磁体外侧设置有碳纤维或玻璃纤维或非导磁金属保护套，永磁体通过表贴在转子表面或压装在转子表面与转子成为一整体。

所述汽封71可采用迷宫轴封或碳换轴封等。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本发明技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种高速直连水蒸汽压缩机，包括水蒸汽离心压缩机(1)和高速电机(2)，所述水蒸汽离心压缩机(1)包括蜗壳(11)及安装于蜗壳内的叶轮(12)，所述高速电机(2)包括机壳(21)、定子(22)、转子(23)、轴承(25)，所述定子(22)压装在机壳(21)内，所述转子(23)装设在定子(22)内，所述转子(23)两端固定有转轴，两端转轴由所述轴承支撑，所述机壳(21)两端设有端盖(211)，所述轴承(25)分别固定在端盖中心，所述转子(23)一端的转轴(24)通过拉杆(4)和拉杆螺母(5)与叶轮(12)固定连接，其特征在于，所述蜗壳(11)与机壳(21)之间通过联接基座连接成一体，所述联接基座为半开放联接基座(3)，所述转轴(24)与叶轮(12)的连接段(7)轴上从左至右还依次设置有汽封(71)、油封(73)，所述汽封(71)、油封(73)、轴承(25)均为对开结构且均位于所述半开放联接基座(3)的半开放空间内。

2.根据权利要求1所述的高速直连水蒸汽压缩机，其特征在于，所述转轴(24)与叶轮(12)还通过扭矩销(6)连接，所述转轴(24)连接端面设有第一扭矩销孔，所述叶轮(12)连接端面设有第二扭矩销孔，扭矩销(6)一端与第一扭矩销孔过渡配合安装，扭矩销(6)另一端与第二扭矩销孔动配合安装，转轴(24)通过扭矩销传递叶轮旋转扭矩。

3.根据权利要求1所述的高速直连水蒸汽压缩机，其特征在于，所述蜗壳(11)设置有安装面板，所述叶轮(12)设置在蜗壳安装面板内侧，所述汽封(71)安装在安装面板的外侧，所述汽封(71)和油封(73)之间设置有开放间隙(74)。

4.根据权利要求3所述的高速直连水蒸汽压缩机，其特征在于，所述汽封(71)和油封(73)之间转轴(24)上设有挡汽盘(72)。

5.根据权利要求1所述的高速直连水蒸汽压缩机，其特征在于，所述联接基座为与蜗壳(11)、高速电机机壳(21)相互独立，或与蜗壳(11)一体成型，或与高速电机机壳(21)一体成型。

6.根据权利要求1所述的高速直连水蒸汽压缩机，其特征在于，还包括为轴承(25)提供强制润滑油的稀油站和用于冷却转子和定子的冷却风机，所述稀油站包括油箱，油箱为联接基座的底部。

7.根据权利要求6所述的高速直连水蒸汽压缩机，其特征在于，进一步地，所述轴承(25)为可倾瓦轴承或磁悬浮轴承，所述轴承(25)和油封(73)共用一个对开式轴瓦(8)安装，下半轴瓦设有供油回油管路，供油回油管路引出与稀油站油箱连接。

8.根据权利要求1所述的高速直连水蒸汽压缩机，其特征在于，所述叶轮(12)采用三元半开叶轮，由整体胚料经过五轴数控加工中心编程加工而成，所述蜗壳(11)采用铸造蜗壳或焊接蜗壳。

9.根据权利要求1所述的高速直连水蒸汽压缩机，其特征在于，所述定子(22)的铁芯采用冷轧无取向硅钢片按环形绕组结构设计，缠绕环形绕组和接线后定位压装到高速电机机壳内。

10.根据权利要求1所述的高速直连水蒸汽压缩机，其特征在于，所述转子(23)为表面设有永磁体的永磁转子，永磁体外配置有为碳纤维或玻璃纤维或非导磁金属保护套，永磁体通过表贴在转子表面或压装在转子表面与转子成为一整体。