CN106989066A - 一种间冷式多级轴流压气机及其工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种间冷式多级轴流压气机及其工作方法，动叶的下端与轮毂相连接，静叶的上端与机匣相连接，静叶的下端与轮毂活动连接，机匣上设有若干冷气进气环腔及若干冷气排气环腔，机匣内开设有若干第一内冷流道及若干第二内冷流道，静叶片内设有第三内冷流道，一个静叶对应一个冷气进气环腔、一个冷气排气环腔、一个第一内冷流道及一个第二内冷流道，冷气进气环腔的冷却介质出口依次经对应第一内冷流道、对应静叶中的第三内冷流道及对应第二内冷流道与对应冷气排气环腔的冷却介质入口相连通，该多级轴流压气机及其工作方法能够降低压气机功耗，并且能够有效的避免工作介质的压力损耗。

Description

一种间冷式多级轴流压气机及其工作方法
技术领域
本发明涉及一种多级轴流压气机及其工作方法，具体涉及一种间冷式多级轴流压气机及其工作方法。
背景技术
压气机在化学工业和能源行业中广泛使用，它是布雷顿循环系统、远程气体输送系统以及化工系统中为气态或超临界态流体增加压力的重要的旋转机械设备。在采用多级轴流压气机，对气态或超临界态流体增压的过程中，流体的温度会相应升高，而温度的升高导致流体进一步被压缩的功耗增大。在超临界二氧化碳临界点附近，压缩二氧化碳所需功耗随温度升高迅速增加，若能采用适合的方法降低流体的温度，可以大大降低压缩功耗，提升循环系统的效率。为了降低压缩功耗，研究人员提出了间冷技术，即为：将流体在大型压气机的低压压气机出口引出进行冷却，冷却后再将流体送至高压压气机的进口，由高压压气机对流体进行提升压力。现有压气机的间冷技术所需空间较大，结构复杂，所以仅能应用于电站燃气轮机或舰船燃气轮机的低压压气机和高压压气机之间。上述技术，虽能在一定程度上减少高压压气机的功耗，但不能用于降低低压压气机功耗，而且流体流经间冷通道时会还必然带来一定的压力损耗。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种间冷式多级轴流压气机及其工作方法，该多级轴流压气机及其工作方法能够降低压气机功耗，并且能够有效的避免工作介质的压力损耗。
为达到上述目的，本发明所述的间冷式多级轴流压气机包括机匣、轮毂、若干动叶及若干静叶，各动叶与各静叶沿工作介质流通的方向依次交错分布，且动叶的下端与轮毂相连接，静叶的上端与机匣相连接，静叶的下端与轮毂活动连接，机匣上设有若干冷气进气环腔及若干冷气排气环腔，机匣内开设有若干第一内冷流道及若干第二内冷流道，静叶片内设有第三内冷流道，一个静叶对应一个冷气进气环腔、一个冷气排气环腔、一个第一内冷流道及一个第二内冷流道，冷气进气环腔的冷却介质出口依次经对应第一内冷流道、对应静叶中的第三内冷流道及对应第二内冷流道与对应冷气排气环腔的冷却介质入口相连通。
轮毂的侧面设有若干环形凹槽，其中，一个环形凹槽对应一个静叶，静叶的下端内嵌于对应环形凹槽内。
第一内冷流道的横截面为方形、梯形、多边形、圆形或椭圆形；
第二内冷流道的横截面为方形、梯形、多边形、圆形或椭圆形；
第三内冷流道的横截面为方形、梯形、多边形、圆形或椭圆形。
第一内冷流道为直通道结构、折转通道结构、突扩结构、突缩结构、肋结构、冲击腔室结构或冲击套筒结构；
第二内冷流道为直通道结构、折转通道结构、突扩结构、突缩结构、肋结构、冲击腔室结构或冲击套筒结构；
第三内冷流道为直通道结构、折转通道结构、突扩结构、突缩结构、肋结构、冲击腔室结构或冲击套筒结构。
沿工作介质流通的方向，各静叶的尺寸逐渐减小。
沿工作介质流通的方向，各动叶的尺寸逐渐减小。
本发明所述的间冷式多级轴流压气机的工作方法包括以下步骤：
冷气进气环腔输出的冷却介质依次经对应第一内冷流道、对应静叶中的第三内冷流道及对应第二内冷流道进入到对应冷气排气环腔中，实现对静叶及机匣的冷却，工作介质流经轮毂与机匣之间的通道，其中，动叶对工作介质进行做功，使工作介质的温度及压力升高，工作介质与静叶及机匣进行换热，通过冷却介质与工作介质进行换热，使工作介质的温度降低。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的间冷式多级轴流压气机及其工作方法在具体操作时，机匣内开设有若干第一内冷流道及若干第二内冷流道，静叶内设有第三内冷流道，冷气进气环腔输出的冷却介质依次经对应第一内冷流道、对应静叶中的第三内冷流道及对应第二内冷流道进入到对应冷气排气环腔中，实现对静叶及机匣的冷却，工作介质在流经时，通过与静叶及机匣进行换热，降低工作介质的温度，对下一级压气机叶片而言，在质量、流量不变的情况下，可以降低该级压气机的压缩功耗，降低该级压气机的压缩功耗，对于多级压气机而言，本发明可以极大的降低多级压缩整体的功耗，提高压气机和循环系统的效率，同时不需要额外的空间来放置冷却结构，避免工作介质的压力损耗，避免传统技术只能降低高压压气机的压缩功耗的缺陷，可广泛用于单轴或多轴的间冷式多级轴流压气机中。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的工作原理图。
其中，1为动叶、2为轮毂、3为静叶、4为冷气排气环腔、5为机匣、6为第三内冷流道、7为冷气进气环腔、8为第一内冷流道、9为第二内冷流道。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参考图1，本发明所述的间冷式多级轴流压气机包括机匣5、轮毂2、若干动叶1及若干静叶3，各动叶1与各静叶3沿工作介质流通的方向依次交错分布，且动叶1的下端与轮毂2相连接，静叶3的上端与机匣5相连接，静叶3的下端与轮毂2活动连接，机匣5上设有若干冷气进气环腔7及若干冷气排气环腔4，机匣5内开设有若干第一内冷流道8及若干第二内冷流道9，静叶3片内设有第三内冷流道6，一个静叶3对应一个冷气进气环腔7、一个冷气排气环腔4、一个第一内冷流道8及一个第二内冷流道9，冷气进气环腔7的冷却介质出口依次经对应第一内冷流道8、对应静叶3中的第三内冷流道6及对应第二内冷流道9与对应冷气排气环腔4的冷却介质入口相连通。
轮毂2的侧面设有若干环形凹槽，其中，一个环形凹槽对应一个静叶3，静叶3的下端内嵌于对应环形凹槽内；第一内冷流道8的横截面为方形、梯形、多边形、圆形或椭圆形；第二内冷流道9的横截面为方形、梯形、多边形、圆形或椭圆形；第三内冷流道6的横截面为方形、梯形、多边形、圆形或椭圆形。
第一内冷流道8为直通道结构、折转通道结构、突扩结构、突缩结构、肋结构、冲击腔室结构或冲击套筒结构；第二内冷流道9为直通道结构、折转通道结构、突扩结构、突缩结构、肋结构、冲击腔室结构或冲击套筒结构；第三内冷流道6为直通道结构、折转通道结构、突扩结构、突缩结构、肋结构、冲击腔室结构或冲击套筒结构。
沿工作介质流通的方向，各静叶3的尺寸逐渐减小；沿工作介质流通的方向，各动叶1的尺寸逐渐减小。
本发明所述的间冷式多级轴流压气机的工作方法包括以下步骤：
冷气进气环腔7输出的冷却介质依次经对应第一内冷流道8、对应静叶3中的第三内冷流道6及对应第二内冷流道9进入到对应冷气排气环腔4中，实现对静叶3及机匣5的冷却，工作介质流经轮毂2与机匣5之间的通道，其中，工作介质对动叶1做功，使工作介质的温度及压力升高，工作介质与静叶3及机匣5进行换热，使工作介质的温度高。
本发明通过对静叶3及机匣5的冷却，使机匣5内壁表面、静叶3表面与工作介质接触面的温度明显低于工作介质的温度，实现对工作介质的换热，从而降低工作介质的温度，工作介质每流经过一列动叶1，动叶1会对工作介质进行做功，使工作介质的温度及压力升高，工作介质每经过一列静叶3，都能通过热交换的方式降低工作介质的温度参数。对下一级压气机叶片来说，在质量流量不变的情况下，可以降低该级压气机的进口温度；对于多级压气机来说，每级静叶3都采用上述间冷方案，则可以极大的降低多级压缩功整体的功耗，提高压气机和循环系统的效率，在实际使用时，可以将间冷吸收的热量合理利用，以进一步提高系统的效率。
本发明不影响及限制工作介质的流动，不需要额外的空间，可用于单轴或多轴、单缸或多缸的间冷式多级轴流压气机，能够适用于地面电站燃气轮机、舰船燃气轮机、航空发动机、超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统、化工系统等轴流压气机。
本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种间冷式多级轴流压气机，其特征在于，包括机匣(5)、轮毂(2)、若干动叶(1)及若干静叶(3)，各动叶(1)与各静叶(3)沿工作介质流通的方向依次交错分布，且动叶(1)的下端与轮毂(2)相连接，静叶(3)的上端与机匣(5)相连接，静叶(3)的下端与轮毂(2)活动连接，机匣(5)上设有若干冷气进气环腔(7)及若干冷气排气环腔(4)，机匣(5)内开设有若干第一内冷流道(8)及若干第二内冷流道(9)，静叶(3)内设有第三内冷流道(6)，一个静叶(3)对应一个冷气进气环腔(7)、一个冷气排气环腔(4)、一个第一内冷流道(8)及一个第二内冷流道(9)，冷气进气环腔(7)的冷却介质出口依次经对应第一内冷流道(8)、对应静叶(3)中的第三内冷流道(6)及对应第二内冷流道(9)与对应冷气排气环腔(4)的冷却介质入口相连通。
2.根据权利可要求1所述的间冷式多级轴流压气机，其特征在于，轮毂(2)的侧面设有若干环形凹槽，其中，一个环形凹槽对应一个静叶(3)，静叶(3)的下端内嵌于对应环形凹槽内。
3.根据权利可要求1所述的间冷式多级轴流压气机，其特征在于，第一内冷流道(8)的横截面为方形、梯形、多边形、圆形或椭圆形；
第二内冷流道(9)的横截面为方形、梯形、多边形、圆形或椭圆形；
第三内冷流道(6)的横截面为方形、梯形、多边形、圆形或椭圆形。
4.根据权利可要求1所述的间冷式多级轴流压气机，其特征在于，第一内冷流道(8)为直通道结构、折转通道结构、突扩结构、突缩结构、肋结构、冲击腔室结构或冲击套筒结构；
第二内冷流道(9)为直通道结构、折转通道结构、突扩结构、突缩结构、肋结构、冲击腔室结构或冲击套筒结构；
第三内冷流道(6)为直通道结构、折转通道结构、突扩结构、突缩结构、肋结构、冲击腔室结构或冲击套筒结构。
5.根据权利可要求1所述的间冷式多级轴流压气机，其特征在于，沿工作介质流通的方向，各静叶(3)的尺寸逐渐减小。
6.根据权利可要求1所述的间冷式多级轴流压气机，其特征在于，沿工作介质流通的方向，各动叶(1)的尺寸逐渐减小。
7.一种权利要求1所述的间冷式多级轴流压气机的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：
冷气进气环腔(7)输出的冷却介质依次经对应第一内冷流道(8)、对应静叶(3)中的第三内冷流道(6)及对应第二内冷流道(9)进入到对应冷气排气环腔(4)中，实现对静叶(3)及机匣(5)的冷却，工作介质流经轮毂(2)与机匣(5)之间的通道，其中，动叶(1)对工作介质进行做功，使工作介质的温度及压力升高，工作介质与静叶(3)及机匣(5)进行换热，通过冷却介质与工作介质进行换热，使工作介质的温度降低。
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