CN107559239B - 一种具有中心喷嘴结构的离心气体压缩机减温器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有中心喷嘴结构的离心气体压缩机减温器，所述离心气体压缩机包括压缩机机壳，所述压缩机机壳包括向压缩机旋转轴方向开口的进气口以及与该进气口相连的进气通路，还包括压缩机叶轮，所述压缩机叶轮以旋转轴的旋转轴线为中心可旋转的支撑于所述压缩机机壳内，用于对从进气口流入的气体进行压缩，所述压缩机叶轮上靠近进气口的一侧设有导流锥，所述导流锥向进气口方向处的进气通路中设有减温器喷嘴，所述减温器喷嘴用于向导流锥喷洒减温液体，通过设置减温器喷嘴喷洒液体的角度，使减温器喷嘴喷出的液体通过导流锥被吸入到压缩机叶轮的通道中与压缩机主流气体掺混，提高减温器效果，从而降低压缩功，提高压缩机效率。

Description

一种具有中心喷嘴结构的离心气体压缩机减温器

技术领域

本发明涉及气体压缩机技术领域，更具体地，涉及一种具有中心喷嘴结构的离心气体压缩机减温器。

背景技术

空气、水蒸汽等气体压缩技术在化学工业、制冷工业、废水处理等领域具有广阔的应用前景和巨大的发展潜力。机械压汽蒸馏技术、过热蒸汽干燥技术、以及在工业工程中使用的蒸汽风机等均涉及或依赖于水蒸汽压缩技术。研究并掌握气体压缩技术，可提高压缩效率，提高系统的可靠性和寿命，从而带来相关领域的革命性改变。

压缩机正常情况下仅吸入气体，然而在系统实际运行时，经常由于气液分离器运行不稳定、蒸发器液位过高等原因，或者为了减少压缩功而人为在压缩机进口喷入液滴的过程，都会造成压缩机吸入的是气体与液滴的混合物，因此压缩过程往往是气液混合的压缩过程，即含液压缩过程。在空气中，这种气液混合的压缩过程被称为湿压缩，由燃气轮机专家Kleinschmidt在上世纪40年代末提出。当前湿压缩大多数都是针对在燃气轮机领域的湿空气压缩过程的研究，乌克兰的GT15000燃机，美国GE公司的LM6000航改型燃气轮机均成功采用湿压缩技术使得机组输出功率得到提高。

在气体的含液压缩过程中，液滴和气体相互掺混进行的是传热和传质过程。液滴吸热蒸发，对主流进行冷却，降低主流温度，减少了过热蒸汽的过热度，从而使得主流气体的压缩过程更接近于等饱和压缩，使出口气体温度低于实际压缩时的温度，减少压缩过程的耗功，提高压缩效率。

但是含液压缩过程中水滴的存在，也会带来很多不利影响。由于含液压缩过程是一个两相传热传质过程，其机理非常复杂。若采取常规减温器采用在整个压缩机从低半径到高半径高度上均匀水平喷水方式，会引起如下问题：一、液滴的跟随性差会影响等饱和压缩的效果。由于液滴在高半径水平喷入，使其在压缩机的停留时间非常短，达到了毫秒量级；液滴若是不能很好的跟随流线运动，会大大减少蒸发时间，从而无法达到冷却主流的效果，这样减少压缩功的能力就会降低，湿压缩效果也随之降低；二、由于喷入的液滴与压缩机高半径叶片的旋转周向相对速度很高，这种液滴与压缩机叶片大的相对速度从而造成液滴高速撞击高半径处叶片表面，不仅很容易导致压缩机叶片冲击腐蚀，引起叶片水蚀破坏，更造成了额外的内部流动损失；从而造成压缩机效率下降、喘振裕度减少等问题，大大降低了压缩机的可靠性。

发明内容

本发明提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种具有中心喷嘴结构的离心气体压缩机减温器，解决了现有技术中液体冷却蒸发时间不够、无法有效达到冷却主流的效果，且冷却液滴冲击较大造成压缩机叶片易损坏的问题。

根据本发明的一个方面，提供一种具有中心喷嘴结构的气体压缩机减温器，所述气体压缩机包括压缩机机壳，所述压缩机机壳包括向压缩机旋转轴方向开口的进气口以及与该进气口相连的进气通路，还包括压缩机叶轮，所述压缩机叶轮以旋转轴的旋转轴线为中心可旋转的支撑于所述压缩机机壳内，用于对从进气口流入的气体进行压缩，所述压缩机叶轮上靠近进气口的一侧设有减温器喷嘴，所述减温器喷嘴用于喷洒减温液体，将减温液体喷入到压缩机叶轮的通道中。

作为优选的，所述压缩机叶轮上靠近进气口的一侧还设有导流锥，所述导流锥用于将减温液体及气体导入到压缩机叶轮的通道中。

作为优选的，所述导流锥锥头与所述减温器喷嘴的距离为L，所述减温器喷嘴的喷液方向沿导流锥的中心线方向以θ夹角喷出，所述压缩机机壳与所述导流锥的最小间隙为d _min ，最大间隙为d _max ，所述L的取值范围为[d _min /tanθ, d _max /tanθ]。

作为优选的，所述导流锥为一体成型，其外表面为光滑面。

作为优选的，所述导流锥呈圆锥形或子弹头形，所述减温器喷嘴设于导流锥的锥头一侧。

作为优选的，所述压缩机叶轮与所述导流锥相接，所述导流锥与压缩机叶轮在相接处的外表面平齐，用于将减温液体导流至压缩机叶轮。

作为优选的，所述压缩机叶轮套设于所述旋转轴上，所述导流锥固定于所述旋转轴上并与所述压缩机叶轮相接，且所述导流锥的轴心线与所述旋转轴线重合。

作为优选的，所述减温器喷嘴连接有进液管，所述进液管固定于所述压缩机机壳上并延伸至压缩机机壳外部。

作为优选的，所述减温液体为水。

本发明提出一种具有中心喷嘴结构的离心气体压缩机减温器，使减温器喷嘴其喷液方向沿导流锥的中心线方向以夹角θ喷出，进气道中的喷嘴向导流锥的入口中心轴处沿导流锥表面方向喷水，工作时由于压缩机叶轮旋转产生的负压，减温器喷嘴喷出的液体通过导流锥吸入到压缩机叶轮的通道中与压缩机主流气体掺混，增强液体与主流跟随性，避免直接撞击，避免由于和压缩机叶片相对速度过大造成的冲击水蚀，并且能增加液滴在流道中的蒸发时间，提高减温器的效果，从而降低压缩功，提高压缩机效率。

附图说明图1为根据本发明实施例的气体压缩机减温器结构框图；

图2为根据本发明实施例的图1中I部分结构放大图。

具体实施方式下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1所示，图中示出了一种具有中心喷嘴结构的气体压缩机减温器，所述气体压缩机包括压缩机机壳6，所述压缩机机壳6包括向压缩机旋转轴方向开口的进气口1以及与该进气口相连的进气通路，还包括压缩机叶轮5，所述压缩机叶轮5以旋转轴的旋转轴线为中心可旋转的支撑于所述压缩机机壳6内，旋转轴由高速电机8驱动，所述压缩机叶轮5上靠近气体压缩机进气口1的一侧依次设有导流锥3、减温器喷嘴2，所述减温器喷嘴2用于喷洒减温液体，所述导流锥用于将主流和减温液体导入到压缩机叶轮5的通道中。

在本实施例中，所述导流锥为一体成型，其外表面为光滑面；具体的，上述导流锥3呈圆锥形或子弹头形，其半径由锥头至锥尾逐渐增大，所述减温器喷嘴2设于导流锥3的锥头一侧。所述压缩机叶轮5与所述导流锥3相接，所述导流锥3与压缩机叶轮5在相接处的外表面平齐，用于将减温液体导流至压缩机叶轮5。使得减温液体及压缩气体能够导流至压缩机叶轮5。

具体的，所述压缩机叶轮套设于所述旋转轴上，所述导流锥固定于所述旋转轴上并与所述压缩机叶轮相接，且所述导流锥的轴心线与所述旋转轴线重合。

在本实施例中，所述压缩机叶轮5上设有以旋转轴线为中心可旋转的轮毂12，所述轮毂12沿旋转轴线的剖面边缘成弧形，所述轮毂12沿垂直旋转轴线的截面成圆形，且所述轮毂12靠近进气口1的一侧与所述导流锥3连接，所述导流锥3的轴心线与所述旋转轴线重合，且导流锥3与轮毂12在连接处的半径相等，使得轮毂12与导流锥3在连接处的表面重合，使得减温液体能够通过导流锥3引入轮毂12，并通过轮毂12进入压缩机叶轮的通道中与压缩机主流气体掺混。

在本实施例中，所述轮毂12外周面设有多枚叶片13（翼），所述轮毂12与所述旋转轴结合，通过被旋转驱动，叶片13将空气从进气口1吸入，并经过进气通路进行压缩，在本实施例中，叶片13的形状没有特别限定，在叶片上行程有上游侧的缘部即前缘11，下游侧的缘部即后缘9，径向外侧的缘部即外周缘10，该外周缘10是指空气压缩机客体的护罩部所覆盖的侧缘部分，且外周缘10配置成通过护罩部的内表面附近。

在本实施例中，压缩机叶轮5通过旋转轴的旋转驱动力以旋转轴线为中心被旋转驱动，外部空气从进气口1被引入，在压缩机叶轮5的多枚叶片13间进行流动，且减温器喷嘴喷2出的液体经由导流锥3被吸入到压缩机叶轮5的通道中与压缩机主流气体掺混，减温器喷嘴2喷出的液滴所呈现的轨迹特征是在沿着导流锥3由小半径运动到高半径，即从减温液体被导流锥3引导进入轮毂12表面并进入叶片13中与空气掺混，在压缩机叶轮5的多枚叶片13间进行流动，主要在压力上升以后，沿径向外侧扩散至旋涡状的空气通路7排出。然后，作为内燃机的进气进行供给。在压缩过程中，水滴蒸发吸收热量，主流得到冷却，温度下降，综合结果使得压缩过程更接近于等饱和压缩，降低了压缩功。

在本实施例中，所述减温器喷嘴连接有进液管，所述进液管固定于所述压缩机机壳上并延伸至压缩机机壳外部。

在本实施例中，如图2所示，图2为图 1中I部分的放大图，为了减少减温液体撞击叶片表面造成额外的损失，需要使减温器喷嘴喷出的减温液体沿导流锥切线的方向，使喷出的液滴将沿着主流的流线方向运动，从而减少了液滴撞击叶片表面造成了额外的损失。所述导流锥锥头与所述减温器喷嘴的距离为L，所述喷嘴的喷液方向沿导流锥的中心线方向以θ夹角喷出，所述压缩机机壳与所述导流锥的最小间隙为d _min ，最大间隙为d _max ，所述L的取值范围为[d _min /tanθ, d _max /tanθ]。所述减温器喷嘴的方向θ根据压缩机叶片，导流锥的设计确定。

本实施例中的减温器在工作时，主流气体从压缩机机壳进气口1处进入压缩机，减温器喷嘴2在压缩机进气口导流锥3头部靠近轴心的正前方，由进水管4供水，其喷液方向沿导流锥3的中心线方向以θ夹角喷出。在高速电机8带动下，压缩机叶轮5旋转压缩主流。由于压缩机叶轮旋转产生的负压，减温器喷嘴2喷出的液体经由导流锥3被吸入到压缩机叶轮5的通道中与压缩机主流气体掺混，喷出的液滴所呈现的轨迹特征是在沿着导流锥3由小半径运动到高半径。在压缩过程中，水滴蒸发吸收热量，主流得到冷却，温度下降。综合结果使得压缩过程更接近于等饱和压缩，降低了压缩功。而由于减温器喷嘴2的喷射方向使沿着导流锥3的切线方向，喷出的液滴将沿着主流的流线方向运动，从而减少了液滴撞击叶片表面造成了额外的损失。增加了液滴与主流间的传热效果，提高了含液压缩的效率。除此之外，由于撞击叶片的液滴减少了，液滴对叶片造成的水蚀就会变弱更，从而压缩机的寿命得到延长，可靠性得到提高。最终被压缩的气体压力升高，从压缩机机壳空气通路7处排出。

在本实施例中，所述减温液体为水，也可为其他可通过蒸发吸收热量的化学性质稳定的液体。

综上所述，本发明提出一种具有离心气体压缩机减温器使减温器喷嘴在压缩机进气口通过导流锥引流，其喷液方向沿导流锥的中心线方向以夹角θ喷出，进气道中的喷嘴向导流锥的入口中心轴处沿导流锥表面方向喷水，工作时由于压缩机叶轮旋转产生的负压，减温器喷嘴喷出的液体通过导流锥被吸入到压缩机叶轮的通道中与压缩机主流气体掺混，可减少对喷出的液体相对于压缩机叶片的相对速度，避免由于和压缩机叶片相对速度过大造成的冲击水蚀，并且能增加液滴在流道中的蒸发时间，提高减温器的效果，从而降低压缩功，提高压缩机效率。

最后，本申请的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种具有中心喷嘴结构的离心气体压缩机减温器，所述离心气体压缩机包括压缩机机壳，所述压缩机机壳包括向压缩机旋转轴方向开口的进气口以及与该进气口相连的进气通路，还包括压缩机叶轮，所述压缩机叶轮以旋转轴的旋转轴线为中心可旋转的支撑于所述压缩机机壳内，用于对从进气口流入的气体进行压缩，其特征在于，所述压缩机叶轮上靠近进气口的一侧设有减温器喷嘴，所述减温器喷嘴用于喷洒减温液体，将减温液体喷入到压缩机叶轮的通道中；

所述压缩机叶轮上靠近进气口的一侧还设有导流锥，所述导流锥用于将减温液体及气体导入到压缩机叶轮的通道中；

所述导流锥锥头与所述减温器喷嘴的距离为L，所述减温器喷嘴的喷液方向沿导流锥的中心线方向以θ夹角喷出，所述压缩机机壳与所述导流锥的最小间隙为d_min，最大间隙为d_max，所述L的取值范围为[d_min/tanθ, d_max/tanθ]。

2.根据权利要求1所述的具有中心喷嘴结构的离心气体压缩机减温器，其特征在于，所述导流锥为一体成型，其外表面为光滑面。

3.根据权利要求1所述的具有中心喷嘴结构的离心气体压缩机减温器，其特征在于，所述导流锥呈圆锥形或子弹头形，所述减温器喷嘴设于导流锥的锥头一侧。

4.根据权利要求3所述的具有中心喷嘴结构的离心气体压缩机减温器，其特征在于，所述压缩机叶轮与所述导流锥相接，所述导流锥与压缩机叶轮在相接处的外表面平齐，用于将减温液体导流至压缩机叶轮。

5.根据权利要求4所述的具有中心喷嘴结构的离心气体压缩机减温器，其特征在于，所述压缩机叶轮套设于所述旋转轴上，所述导流锥固定于所述旋转轴上并与所述压缩机叶轮相接，且所述导流锥的轴心线与所述旋转轴线重合。

6.根据权利要求1所述的具有中心喷嘴结构的离心气体压缩机减温器，其特征在于，所述减温器喷嘴连接有进液管，所述进液管固定于所述压缩机机壳上并延伸至压缩机机壳外部。

7.根据权利要求1所述的具有中心喷嘴结构的离心气体压缩机减温器，其特征在于，所述减温液体为水。