CN109779979B - 一种简单高效离心压缩机无叶扩压器扩稳系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种简单高效离心压缩机无叶扩压器扩稳系统。本扩稳系统在所述无叶扩压器的内侧壁上设置有两端带有开口的回流通道，回流通道沿无叶扩压器的径向呈直线状排布。回流通道设置有若干个，若干个回流通道沿无叶扩压器的周向排布；本发明中还设置有动态压力传感器，动态压力传感器在无叶扩压器的周向上的分布与回流通道的排布相一致，动态压力传感器在无叶扩压器的径向上的分布位置至少包括回流通道的回流进口和回流出口两处位置。回流通道中设置有启闭装置，控制器对任一回流通道中的启闭装置均可实现单独控制。本发明通过主动式的智能化调控方式，从而在不影响压缩机设计工况下的性能和效率的情况下，实现无叶扩压器的主动和智能扩稳。

Description

一种简单高效离心压缩机无叶扩压器扩稳系统

本申请是申请日为2016年8月2日、申请号为“201610624126.5”、发明创造名称为“一种离心压缩机无叶扩压器扩稳系统”的发明专利的分案申请。

技术领域

本发明属于压缩机技术领域，具体涉及一种简单高效离心压缩机无叶扩压器扩稳系统。

背景技术

离心压缩机由于其压比高、流量大、结构简单等优点，被广泛用于石化、冶金、空调、汽车等领域。随着生产的发展，近年来，对压缩机的稳定运行和扩稳技术提出了更高的要求。影响压缩机稳定工作范围的关键因素之一就是低流量工况下的旋转失速以及喘振，这些不稳定流动现象使压缩机性能恶化，进一步地引起叶轮等部件的振动和破坏，造成停机甚至重大事故。扩压器是除叶轮之外旋转失速最常发生的关键部件。

针对离心压缩机的扩压器失稳特性，学者们进行了扩稳技术的研究，主要有壁面开槽、入口注气等。然而，现有技术中的扩稳技术往往针对的是叶片式扩压器，而无叶扩压器的旋转失速机理与叶片式扩压器有很大的差异；此外，为了扩稳而做出的结构上的改进在压缩机原本稳定工况下会影响其内部流动，造成压缩机性能和效率下降。

发明内容

针对上述的不足，本发明要解决的技术问题是提供一种简单高效离心压缩机无叶扩压器扩稳系统，本扩稳系统在不影响压缩机设计工况下的性能和效率的情况下，可以自适应地拓展无叶扩压器的稳定的工作范围。

为了实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种简单高效离心压缩机无叶扩压器扩稳系统，所述无叶扩压器的内侧壁上设置有两端带有开口的回流通道，所述回流通道沿无叶扩压器的径向呈直线状排布。

进一步的，所述回流通道的回流进口设置为靠近无叶扩压器的出口一侧，回流通道的回流出口设置为靠近无叶扩压器的进口一侧。

进一步的，所述回流通道在无叶扩压器的两内侧壁上分别设置有若干个，若干个回流通道沿无叶扩压器的周向排布。

优选的，所述回流出口与无叶扩压器进口之间的间距大于所述回流进口与无叶扩压器出口之间的间距。

更进一步的，所述回流通道中设置有用于使回流通道在流通和关闭两个状态之间切换的启闭装置；所述启闭装置与控制器电联接。

再进一步的，本系统中还设置有用于监测无叶扩压器中的压力分布和压力脉动状况的动态压力传感器，所述动态压力传感器的输出端与数据采集器的输入端相连，所述数据采集器的输出端与所述控制器相连。

优选的，所述回流通道设置有若干个，若干个回流通道沿无叶扩压器的周向排布；所述动态压力传感器在无叶扩压器的周向上的分布与所述回流通道的排布相一致，所述动态压力传感器在无叶扩压器的径向上的分布位置至少包括所述回流通道的回流进口和回流出口两处位置。

优选的，所述控制器对任一回流通道中的启闭装置均可实现单独控制。

本发明的有益效果在于：

1)本发明在无叶扩压器的内侧壁上设置有回流通道，正常情况下即无叶扩压器内运行稳定时，回流通道内虽然也有气体回流，但此时回流通道既不会对压缩机的性能和效率产生积极影响，也不对压缩机的性能和效率产生什么不利影响；而当无叶扩压器运行接近旋转失速或者已经处于旋转失速状态时，此时处于无叶扩压器的一部分气体在压差的作用下通过回流通道回流至无叶扩压器入口处，从而显著地改善了无叶扩压器内的流动状态，有效地实现了扩稳的目的。

2)本发明还在所述回流通道中设置有用于使回流通道在流通和关闭两个状态之间切换的启闭装置；所述启闭装置与控制器电联接，即扩稳系统可以通过控制器实现对回流通道启闭状态的主动控制。回流通道的主动控制使得扩稳系统的适应性和扩稳效果更好。

3)本发明还采用动态压力传感器实现对无叶扩压器内的压力分布和压力脉动的监测，所述动态压力传感器通过数据采集器与控制器相连接，从而控制器能够实时地判断无叶扩压器内的运行情况和旋转失速发生的可能性。如果无叶扩压器内运行稳定，则关闭回流通道，不对压缩机的性能和效率产生影响；如果判断无叶扩压器运行接近旋转失速或者已经旋转失速，则通过控制器打开回流通道，使一部分气体通过回流通道回流至无叶扩压器入口，改善无叶扩压器内的流动状态，实现扩稳目的。

4)本发明在无叶扩压器的两相对设置的内侧壁上设置有若干沿径向排布的回流通道，同时所述控制器对任一回流通道中的启闭装置均可实现单独控制。回流通道的分别控制可以使得无叶扩压器的扩稳实现实时调节和非对称调节，即控制器可以通过分析动态压力传感器的监测结果，实时地调整处于开启状态的回流通道数目以控制回流流量，优化扩稳效果并提高效率；并且可以实现回流通道非对称开启，例如带蜗壳非对称的出口压力条件，增加某些位置回流通道的开启个数，实现最优化的扩稳效果。

5)本发明结构简单而便于实现，其通过主动式的智能化调控方式，从而实现无叶扩压器的主动和智能扩稳；较之于传统的通过内部结构固定变化，只能被动扩稳的方式，本发明实际使用时灵活多变，可以不影响稳定运行时的性能和效率，同时扩稳工作时的损耗也小；并且能够智能地适应实时工况条件和非对称出口压力条件。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1的A-A剖面图。

图3为图2的B部局部放大图。

图4为图3的回流状态示意图。

图5为图1的俯视图。

图6为图1的仰视图。

图7为未设置回流通道的无叶扩压器的流场模拟图。

图8为设置有回流通道的无叶扩压器的流场模拟图，本图回流通道的回流出口与无叶扩压器进口之间的间距为20mm。

图9为设置有回流通道的无叶扩压器的流场模拟图，本图回流通道的回流出口与无叶扩压器进口之间的间距为30mm。

图中标记的含义如下：

10-压缩机 11-叶轮 12-无叶扩压器 121-回流通道

122-回流进口 123-回流出口 124-启闭装置 125-盖板

13-动态压力传感器

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

如图2～4所示，一种简单高效离心压缩机无叶扩压器扩稳系统，所述无叶扩压器12的内侧壁上设置有两端带有开口的回流通道121，所述回流通道121沿无叶扩压器12的径向呈直线状排布。所述回流通道121的回流进口122设置为靠近无叶扩压器12的出口一侧，回流通道121的回流出口123设置为靠近无叶扩压器12的进口一侧。

所述回流出口123与无叶扩压器12进口之间的间距大于所述回流进口122与无叶扩压器12出口之间的间距，此时无叶扩压器12中的流场状况更好。如图8、9所示。图8、9中所示的流场中的两个水平向的直线段即为盖板125，两直线段与无叶扩压器12之间围成的狭长流道即为回流通道121。

所述回流通道121为径向直通道，并在无叶扩压器12的周向上离散分布，其周向分布状况可以根据无叶扩压器后的流道决定，并可以对称分布或者非对称分布。

所述回流通道121浅埋于无叶扩压器12的内侧壁面内。加工制造时可以先在无叶扩压器12的内侧壁面上开设径向凹槽，然后在径向凹槽上盖设盖板125即可得到回流通道121。所述回流通道121的尺寸可以根据所需的回流量、扩压器压升、流动阻力系数综合考虑选择。

如图2～4所示，所述回流通道121在无叶扩压器12的两内侧壁上分别设置有若干个，若干个回流通道121沿无叶扩压器12的周向排布。

如图2、3所示，所述回流通道121中设置有用于使回流通道121在流通和关闭两个状态之间切换的启闭装置124；所述启闭装置124与控制器电联接。所述控制器对任一回流通道121中的启闭装置124均可实现单独控制，以配合不同工况条件以及非对称的出口条件。

所述回流通道121中间的启闭装置124应当能快速反应，以实现迅速调节无叶扩压器内的流动状态的目的。具体的，启闭装置124可以设置为由电磁控制的阀门。

如图5、6所示，本系统中还设置有用于监测无叶扩压器12中的压力分布和压力脉动状况的动态压力传感器13，所述动态压力传感器13在无叶扩压器12的周向上的分布与所述回流通道121的排布相一致，所述动态压力传感器13在无叶扩压器12的径向上的分布位置至少包括所述回流通道121的回流进口122和回流出口123两处位置。所述动态压力传感器13的输出端与数据采集器的输入端相连，所述数据采集器的输出端与所述控制器相连。

如图5、6所示，所述动态压力传感器13同时分布在无叶扩压器12的两个盘面上。

下面结合附图对本发明的工作过程做进一步说明。

所述启闭装置124与控制器(图中未示出)的输出端相连，所述动态压力传感器13的输出端与数据采集器(图中未示出)的输入端相连，所述数据采集器的输出端与所述控制器相连。所述动态压力传感器13阵列监测无叶扩压器12内的压升和压力脉动情况，动态压力传感器13监测所得压力状况传输给控制器以分析出无叶扩压器12内的运行状态。当控制器判断无叶扩压器的运行状态为稳定运行时，所有的回流通道121中的启闭装置124均处于关闭状态，此时本扩稳系统不进行相应调控，不影响离心压缩机10正常运行的性能和效率；当控制器判断压缩机运行状态为非稳定运行时或即将进入非稳定运行时，控制器发出信号给回流通道121上的启闭装置124，以开启全部或部分回流通道121，使无叶扩压器12出口附近的部分气体能够在压差的作用下回流到无叶扩压器12的入口，此时回流通道121中的流动状况如图4所示(图4中的箭头所指方向即为气体的流动方向)，进而改善无叶扩压器12入口的流动状况，增加入口的流量，从而扩大无叶扩压器的稳定运行范围。

由于控制器可以分别控制各个回流通道121上的启闭装置124，在回流量过大的情况下，控制器关闭部分回流通道可以优化扩稳效果并提高工作效率。对于例如带蜗壳非对称的出口压力条件，增加相应位置回流通道的开启个数，能够匹配非对称出口压力条件，增加扩稳效果。

Claims (2)

1.一种简单高效离心压缩机无叶扩压器扩稳系统，其特征在于：所述无叶扩压器(12)的内侧壁上设置有两端带有开口的回流通道(121)，所述回流通道(121)沿无叶扩压器(12)的径向呈直线状排布；

所述回流通道(121)中设置有用于使回流通道(121)在流通和关闭两个状态之间切换的启闭装置(124)；所述启闭装置(124)与控制器电联接；

本系统中还设置有用于监测无叶扩压器(12)中的压力分布和压力脉动状况的动态压力传感器(13)，所述动态压力传感器(13)的输出端与数据采集器的输入端相连，所述数据采集器的输出端与所述控制器相连；

所述回流通道(121)设于所述无叶扩压器(12)的内侧壁面内，其制作过程为：先在所述无叶扩压器(12)的内侧壁面上开设径向凹槽，然后在径向凹槽上盖设盖板(125)即可得到所述回流通道(121)；

所述回流通道(121)设置有若干个，若干个回流通道(121)沿无叶扩压器(12)的周向排布；所述动态压力传感器(13)在无叶扩压器(12)的周向上的分布与所述回流通道(121)的排布相一致，所述动态压力传感器(13)在无叶扩压器(12)的径向上的分布位置至少包括所述回流通道(121)的回流进口(122)和回流出口(123)两处位置；

所述回流通道(121)的回流进口(122)设置为靠近无叶扩压器(12)的出口一侧，回流通道(121)的回流出口(123)设置为靠近无叶扩压器(12)的进口一侧；

所述回流出口(123)与无叶扩压器(12)进口之间的间距大于所述回流进口(122)与无叶扩压器(12)出口之间的间距。

2.根据权利要求1所述的一种简单高效离心压缩机无叶扩压器扩稳系统，其特征在：所述回流通道(121)在无叶扩压器(12)的两内侧壁上分别设置有若干个，若干个回流通道(121)沿无叶扩压器(12)的周向排布。

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