CN105782117B - 一种离心压缩机扩稳装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种离心压缩机扩稳装置，该装置为外置式，在其两侧设分别用于与离心压缩机前盖板、吸气管道无缝连接的第一法兰盘、第二法兰盘，所述第一法兰盘、第二法兰盘平行设置，且两法兰盘的中间部位设有垂直于法兰盘的主流管道；所述主流管道与外部供气的进气管道连通。所述主流管道沿内壁面的圆周方向开设有多个喷射孔，在喷射孔的外壁面设置有集气腔，集气腔上设有与进气管道接通的接口；外部压缩气流从进气管道进入集气腔，接着通过圆周方向布置的喷射孔进入压缩机主流管道，所述喷射孔的设置使得气体从径向进入，沿流道内表面切线方向喷出。本发明离心压缩机扩稳装置结构简易、便于安装拆卸、能够有效拓宽离心压缩机工作裕度。

Description

一种离心压缩机扩稳装置
技术领域
本发明属于压缩机技术领域，具体涉及一种离心压缩机扩稳装置。
背景技术
离心压缩机作为一种流体机械，广泛应用于炼油、化工、冶金和制冷空调等领域。离心压缩机具有一定的稳定工作范围，当压缩机运行在非稳定工况时，性能将大大恶化，进一步可能会导致压缩机失速和喘振，甚至造成机器不能正常工作，最终造成重大事故。因此离心压缩机的发展趋势要求其具有更宽广的工作范围。
针对离心压缩机稳定工作范围这一特性，研究者进行了诸多研究，如通过压缩机进气导叶、扩压器调节和壳体开槽等技术来达到拓宽其稳定工作范围等。原有离心压缩机的自抽吸结构，喷入主流的能量不足以最大可能的改善内部流动状况，扩稳能力受到限制；中国专利文献CN 101660543A公开了一种转子叶尖被动射流的扩稳方法，通过在风扇/压气机机匣的修型，使转子叶尖前缘形成一个局部的加速区，从而实现与转子叶尖射流类似的效果，虽然在结构方面较易实现，但由于其整体结构在制造后即不再改变，由于通道结构本身制作完成后即始终处于通道开启状态，其在压缩机稳定工况下也同样会改变压缩机内部流动，尤其是多种复杂工况下运行时其现象尤为严重，往往会造成压缩机性能的较大下降；中国专利文献CN 103953560 A公开了一种压缩机扩稳系统以及应用于该系统的压缩机机构，通过在压缩机机壳盖板上开孔、布置集气腔，加工制作复杂，不利于推广应用。
发明内容
针对上述不足，本发明提供了一种结构简易、便于安装拆卸、有效拓宽离心压缩机工作裕度的离心压缩机扩稳装置。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种离心压缩机扩稳装置，该装置为外置式，在其两侧设为分别用于与离心压缩机前盖板、吸气管道无缝连接的第一法兰盘、第二法兰盘，所述第一法兰盘、第二法兰盘平行设置，且两法兰盘的中间部位设有垂直于法兰盘的主流管道；所述主流管道与外部供气的进气管道连通。
优选的，所述主流管道沿内壁面的圆周方向开设有多个喷射孔，在喷射孔的外壁面设置有集气腔，集气腔上设有与进气管道接通的接口；
外部压缩气流从进气管道进入集气腔，接着通过圆周方向布置的喷射孔进入压缩机主流管道，所述喷射孔的设置使得气体从径向进入喷射孔，然后沿喷射孔流道出口处的内表面切线方向喷入所述主流管道。
优选的，相邻喷射孔出口处之间的隔板设置为倾斜状，多个倾斜状的隔板沿主流管道的圆周方向均匀排布，且此多个隔板的旋向相同。
优选的，所述喷射孔设为使喷入的气流入射速率逐渐提高的渐缩结构，即喷射孔沿径向逐渐缩小，且喷射孔自其入口至其出口之间呈由主流管道径向向主流管道轴向逐渐弯曲的圆滑过渡的圆弧状。
优选的，所述隔板的倾斜角度可调节，调节范围为-60°～+80°，其中大于0°的角度表示气体喷入主流管道的方向与叶轮旋转方向相同，小于0°的角度表示气体喷入主流管道的方向与叶轮旋转方向相反。
进一步的，所述隔板的调节范围为-60°～-30°。
更进一步的，所述隔板的调节范围为-45°。
进一步的，所述喷射孔的出口紧靠与离心压缩机前盖板无缝连接的第一法兰盘。
本发明的有益效果在于：
1)、本发明喷气孔设为渐缩结构，即喷射孔沿径向的尺寸逐渐缩小，采用高于喷气孔处压力的压缩气体通过减缩喷气孔后产生较大的冲击动能，吹散叶轮近壁面的分离涡等低能量团，改善叶轮内部流动状况；且在喷射孔的出口处设为配合气体沿切向即主流管道的内表面切线方向即流道的轴向喷出的圆弧状，使得从外部进来的压缩空气从径向进气，而从流道内表面切线方向喷出并沿着主流管道内壁面流动。
本发明充分利用喷射后的气体沿着主流内壁流动的影响，增加喘振裕度，提高扩稳能力；另外倾斜状隔板的设置使得喷入的气流可以产生一定的预旋，即通过改变隔板的倾斜角度改变喷入叶轮进口的气流，使喷入气流产生偏离轴向的预旋；气流喷入的方向与叶轮旋转方向相同为正预旋，气流喷入的方向与叶轮旋转方向相反时为反预旋；可更大程度的提高扩稳能力。
2)、本发明中喷气孔的出口紧靠与离心压缩机前盖板无缝连接的第一法兰盘，以保证喷入的气流尽快进入离心压缩机叶轮的工作区域，实现扩稳效果。
3)、现有的扩稳装置需要在前盖板上进行开孔、开槽或者添加集气腔等装置，加工制作复杂；本发明的离心压缩机扩稳装置为外置式，安装操作方便，在基本不影响现有压缩机结构的情况下，通过在离心压缩机前盖板前加入此扩稳装置，与离心压缩机前盖板和吸气管道无缝连接，管道损失最小。
本申请使得扩稳技术成为一个独立的装置，可有效改善压缩机的稳定工况范围、便于工程化应用和推广，具有很大的经济效益和社会效益。
附图说明
图1为本发明扩稳装置的结构简示图。
图2为本发明扩稳装置与离心压缩机前盖板安装后的结构示意图。
图3为本发明喷射孔的放大图。
图4为本发明图2中A-A向的剖视图。
图中标注符号的含义如下：
1-前盖板 10-第一法兰盘 20-第二法兰盘 30-主流管道
301-喷射孔 302-隔板 303-集气腔 40-进气管道
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1、2所示，为一种离心压缩机扩稳装置，该装置为外置式，在其两侧设为分别用于与离心压缩机前盖板1、吸气管道无缝连接的第一法兰盘10、第二法兰盘20，所述第一法兰盘10、第二法兰盘20平行设置，且两法兰盘的中间部位设有垂直于法兰盘的主流管道30；所述主流管道30与外部供气的进气管道40连通。
具体的，所述主流管道30沿内壁面的圆周方向开设有多个喷射孔301，在喷射孔301的外壁面设置有集气腔303，集气腔303上设有与进气管道40接通的接口；外部压缩气流从进气管道40进入集气腔303，接着通过圆周方向布置的喷射孔301进入压缩机主流管道30，所述喷射孔301的设置使得气体从径向进入喷射孔301，然后沿喷射孔301流道出口处的内表面切线方向喷入所述主流管道30。
作为一种优选的实施方案，如图4所示，相邻喷射孔301出口处之间的隔板302设置为倾斜状，多个倾斜状的隔板302沿主流管道30的圆周方向均匀排布，且此多个隔板302的旋向相同；外部压缩气流从进气管道40进入集气腔303，接着气体以从径向进入、通过圆周方向布置的喷气孔301进入压缩机主流管道30。
如图3所示，所述喷射孔301设为使喷入的气流入射速率逐渐提高的渐缩结构，即喷射孔301沿径向的尺寸逐渐缩小，根据文丘里效应，这种结构能尽可能的提高喷射空气的入射速度；并且喷射孔301自其入口至其出口之间呈由主流管道30径向向主流管道30轴向逐渐弯曲的圆滑过渡的圆弧状。
多个隔板302之间的倾斜角度在圆周上互相匹配，使得喷入的气流在流经喷气孔301的流通面积逐渐缩小的同时产生预旋，即通过改变隔板的倾斜角度改变喷入叶轮进口的气流，使喷入气流产生偏离轴向的预旋。大程度的提高扩稳能力；气流喷入的方向与叶轮旋转方向相同为正预旋，气流喷入的方向与叶轮旋转方向相反时为反预旋。同时所述隔板302的倾斜角度可调节，调节范围为-60°～+80°，其中大于0°的角度表示气体喷入主流管道30的方向与叶轮旋转方向相同，小于0°的角度表示气体喷入主流管道30的方向与叶轮旋转方向相反。
所述进气管道40连接有外部供气的动力空压机，且动力空压机的排气压力大于压缩机的排气压力，进气管道40也可连接压缩机的排气压力作为气源，保证气源的进气压力大于主流通道30中的气体压力即可。
其中，多个喷射孔301可沿圆周均匀布置，也可非均匀布置。
应当说明的是，所述喷射孔301的出口紧靠与离心压缩机前盖板1无缝连接的第一法兰盘10，以保证喷入的气流尽快进入离心压缩机叶轮的工作区域，实现扩稳效果。
下面结合附图对本发明的扩稳装置做进一步详细的说明。
首先，将本扩稳装置通过左右两侧的第一法兰盘10、第二法兰盘20分别与离心压缩机前盖板1、吸气管道对应无缝连接，在两法兰盘之间设的是吸气的主流管道30，主流管道30与外部供气的进气管道40连通，通过外部喷气以有效增大离心压缩机的稳定工作范围。
其中，所述主流管道30沿内壁面的圆周方向开设有多个喷射孔301(喷射孔301靠近前盖板1一侧)，在各个喷射孔301之间的圆周上均匀设置了倾斜角度为-45°的隔板302；在喷射孔301的外壁面上设置有集气腔303，集气腔303上设有与进气管道40接通的接口；
喷气孔301设为渐缩结构，即喷气孔301沿径向的尺寸逐渐缩小，根据文丘里效应，这种结构能尽可能的提高喷射空气的入射速度；并且喷射孔301自其入口至其出口之间呈由主流管道30径向向主流管道30轴向逐渐弯曲的圆滑过渡的圆弧状，稳定工况。
当本扩稳装置工作时，外部压缩气流从进气管道40进入集气腔303，接着通过圆周方向布置的喷气孔301出口喷出进入压缩机主流管道30。研究表明，主动或被动的喷射能够有效的控制转子内部流动，拓宽压缩机的稳定工作裕度，从而本装置通过喷气有效增大了离心压缩机的稳定工作范围。

Claims (7)

1.一种离心压缩机扩稳装置，其特征在于：该装置为外置式，在其两侧设为分别用于与离心压缩机前盖板(1)、吸气管道无缝连接的第一法兰盘(10)、第二法兰盘(20)，所述第一法兰盘(10)、第二法兰盘(20)平行设置，且两法兰盘的中间部位设有垂直于法兰盘的主流管道(30)；所述主流管道(30)与外部供气的进气管道(40)连通；
所述主流管道(30)沿内壁面的圆周方向开设有多个喷射孔(301)，在喷射孔(301)的外壁面设置有集气腔(303)，集气腔(303)上设有与进气管道(40)接通的接口；
外部压缩气流从进气管道(40)进入集气腔(303)，接着通过圆周方向布置的喷射孔(301)进入压缩机主流管道(30)，所述喷射孔(301)的设置使得气体从径向进入喷射孔(301)，然后沿喷射孔(301)流道出口处的内表面切线方向喷入所述主流管道(30)。
2.根据权利要求1所述的一种离心压缩机扩稳装置，其特征在于：相邻喷射孔(301)出口处之间的隔板(302)设置为倾斜状，多个倾斜状的隔板(302)沿主流管道(30)的圆周方向均匀排布，且此多个隔板(302)的旋向相同。
3.根据权利要求1或2所述的一种离心压缩机扩稳装置，其特征在于：所述喷射孔(301)设为使喷入的气流入射速率逐渐提高的渐缩结构，即喷射孔(301)沿径向逐渐缩小，且喷射孔(301)自其入口至其出口之间呈由主流管道(30)径向向主流管道(30)轴向逐渐弯曲的圆滑过渡的圆弧状。
4.根据权利要求2所述的一种离心压缩机扩稳装置，其特征在于：所述隔板(302)的倾斜角度可调节，调节范围为-60°～+80°，其中大于0°的角度表示气体喷入主流管道(30)的方向与叶轮旋转方向相同，小于0°的角度表示气体喷入主流管道(30)的方向与叶轮旋转方向相反。
5.根据权利要求4所述的一种离心压缩机扩稳装置，其特征在于：所述隔板(302)的调节范围为-60°～-30°。
6.根据权利要求5所述的一种离心压缩机扩稳装置，其特征在于：所述隔板(302)的调节范围为-45°。
7.根据权利要求3所述的一种离心压缩机扩稳装置，其特征在于：所述喷射孔(301)的出口紧靠与离心压缩机前盖板(1)无缝连接的第一法兰盘(10)。
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