CN110030195B - 一种带有中间冷却的双级蒸汽压缩机 - Google Patents

一种带有中间冷却的双级蒸汽压缩机 Download PDF

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Abstract

本发明涉及蒸汽压缩设备技术领域，提供了一种带有中间冷却的双级蒸汽压缩机，包括蒸发器、冷却器、第一离心叶轮和第二离心叶轮；蒸发器与冷却器、第一离心叶轮、第二离心叶轮分别通过第一管路相串联，冷却器设置在第一离心叶轮与第二离心叶轮之间；第一离心叶轮与第二离心叶轮分别连接驱动机构；本发明实现了对蒸发器输出的二次蒸汽进行多级压缩，蒸汽提高到相对较高的压力，并且通过在不同的压缩级之间设置中间冷却器，实现了在接近等温的状态下对蒸汽进行压缩做功，大大减少了对能量的消耗。

Description

一种带有中间冷却的双级蒸汽压缩机
技术领域
本发明涉及蒸汽压缩设备技术领域，尤其涉及一种带有中间冷却的双级蒸汽压缩机。
背景技术
近年来，由于人类对能源的需求越来越大，能源供应成为瓶颈问题。面对如此状况，节能成为目前摆脱能源短缺束缚的有效途径之一。蒸汽压缩技术是一项高效环保的节能技术，广泛应用于溶液的蒸发工艺过程中，如化工、轻工、食品、制药、海水淡化、污水处理等生产领域。
机械蒸汽再压缩技术是蒸汽压缩技术的典型代表，其基本原理是基于回收蒸发器所产生的二次蒸汽的潜热进行的，二次蒸汽经过蒸汽压缩机机械压缩，提高了二次蒸汽的压力和饱和温度，提高了热焓的二次蒸汽被送进蒸发系统用于补充或完全代替生蒸汽，因此蒸发所耗的能量仅仅是压缩机所耗的能量。根据机械蒸汽再压缩技术的原理可知，其效率取决于回收利用的潜热值与输入的机械功之间的比值，即回收的潜热值越高，所消耗机械压缩功越少，则机械蒸汽压缩系统的效率越高。
然而，传统的进行单级压缩作业的压缩机往往存在稳定性差、易喘振、温升高、效率低的问题，它难以将蒸发器产生的二次蒸汽提高到相对较高的压力。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的是提供一种能够实现对蒸发器产生的二次蒸汽进行多级压缩的带有中间冷却的双级蒸汽压缩机，用以解决传统的单级离心压缩机难以将二次蒸汽提高到相对较高的压力的问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种带有中间冷却的双级蒸汽压缩机，包括蒸发器、冷却器、第一离心叶轮和第二离心叶轮；
所述蒸发器与冷却器、第一离心叶轮、第二离心叶轮分别通过第一管路相串联，所述冷却器设置在所述第一离心叶轮与所述第二离心叶轮之间；
所述第一离心叶轮与所述第二离心叶轮分别连接驱动机构。
优选的，本发明中所述蒸发器与风机、所述冷却器通过第二管路相串联并构成闭环系统，所述冷却器用于对所述第一管路和所述第二管路中的蒸汽进行热交换。
优选的，本发明中在所述第一管路和所述第二管路上对应装有第一控制阀和第二控制阀。
优选的，本发明中所述驱动机构包括电机与单轴输入双轴输出的齿轮变速箱，所述齿轮变速箱的输入端连接所述电机的输出轴，所述齿轮变速箱的两个输出端分别连接所述第一离心叶轮与所述第二离心叶轮的叶轮轴。
优选的，本发明中所述第一离心叶轮与所述第二离心叶轮安装于一体式蜗壳中；
所述一体式蜗壳内设有对应与所述第一离心叶轮、所述第二离心叶轮匹配的第一蜗壳状气室和第二蜗壳状气室；
所述一体式蜗壳上设有对应连通所述第一蜗壳状气室的第一进气口和第一出气口，并设有对应连通所述第二蜗壳状气室的第二进气口和第二出气口。
优选的，本发明中所述一体式蜗壳包括底座和左、右拼装为一体的左壳盖、右壳盖；所述第一进气口和所述第二进气口设置在所述左壳盖上；所述第一出气口和所述第二出气口对应设置在左、右壳盖的对应拼装处。
优选的，本发明中所述第一离心叶轮、所述第二离心叶轮和所述冷却器各设有一台。
优选的，本发明所述蒸汽压缩机的输出压比Π为：
Figure BDA0002045421950000031
其中，n表示所述电机的转速，Z表示所述齿轮变速箱中与所述电机联结的齿轮的齿数，Z1和Z2表示所述齿轮变速箱中分别与第一离心叶轮、第二离心叶轮相联结的齿轮的齿数，P0表示从所述蒸发器流出至所述第一管路的生蒸气静压，K1表示第一离心叶轮的特性系数、K2表示第二离心叶轮的特性系数，K1＞0，K2＞0。
优选的，本发明中所述第一离心叶轮与所述第二离心叶轮沿着所述第一管路中的蒸汽输送方向对应设置在所述冷却器的前、后侧，并且所述第一离心叶轮的输出压比大于所述第二离心叶轮的输出压比。
优选的，本发明中所述第一离心叶轮的输出压比范围为2.0-2.5，并且所述第一离心叶轮的转速范围为20000r/min-24000r/min；所述第二离心叶轮的输出压比范围为1.5-1.8，并且所述第二离心叶轮的转速范围为16000r/min-18000r/min。
(三)技术效果
本发明提供的蒸汽压缩机，通过设置第一离心叶轮与第二离心叶轮，可实现对蒸发器输出的二次蒸汽进行多级压缩，蒸汽提高到相对较高的压力，并且通过在不同的压缩级之间设置冷却器，实现了不同的压缩级在接近等温的状态下对蒸汽进行压缩做功，大大减少了对能量的消耗。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1所述的带有中间冷却的双级蒸汽压缩机的结构示意图；
图2为本发明实施例2所述的带双级压缩的蒸汽压缩机的正等轴测图；
图3为本发明实施2所述的一体式蜗壳的爆炸结构示意图。
图中：1-蒸发器，2-第一离心叶轮，3-冷却器，4-第二离心叶轮，5-第一管路，6-第一控制阀，7-风机，8-第二管路，9-第二控制阀，10-电机，11-齿轮变速箱，12-一体式蜗壳，12a-底座，12b-左壳盖，12c-右壳盖，13-第一蜗壳状气室，14-第二蜗壳状气室，15-第一进气口，16-第一出气口，17-第二进气口，18-第二出气口。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
参见图1，本实施例提供了一种带有中间冷却的双级蒸汽压缩机，具有蒸发器1，蒸发器1与第一离心叶轮2、第二离心叶轮4、冷却器3分别通过第一管路5相串联；在实际使用过程中，第一离心叶轮2、冷却器3和第二离心叶轮4这三台依次连接的设备构成一组压缩单元，可在第一管路5上设置一组或多组压缩单元，其中，在图1中只显示有一组压缩单元，并在每组压缩单元中，冷却器3位于第一离心叶轮2与第二离心叶轮4之间，即每组压缩单元均对管路中的蒸汽实现双级压缩功能。
在第一管路5上装有第一控制阀6，其中，第一控制阀6具体可采用截止阀，并设置在蒸发器1到第一离心叶轮2之间的第一管路5上；
第一离心叶轮2与第二离心叶轮4分别连接驱动机构。
本实施例所述的蒸汽压缩机的工作过程如下：首先，蒸发器1输出的低温低压蒸汽经过第一组压缩单元，由该压缩单元中的第一离心叶轮2吸入并加压，加压后输出的高温高压蒸汽经过冷却器3进行降温，接着，经过降温后的高压蒸汽经过第二离心叶轮4进行二次增压，经过二次增压后的蒸汽进行下一个压缩单元继续增压或直接供给至执行设备。
公知，由多级压缩机构组成的蒸汽压缩系统在压缩做功过程中，每级压缩机构以等温过程进行压缩做功时对能量的损耗最少。然而，由于压缩系统的复杂性，这导致完全实现等温过程是难以实现的，但根据这样的理论可以推出，蒸汽压缩机越靠近等温过程越能减少损耗。因而，本实施例所述的蒸汽压缩机通过在第一离心叶轮2与第二离心叶轮4之间设置冷却器3，实现了每组压缩单元均在接近等温的状态下对蒸汽进行压缩做功，大大减少了对能量的消耗。
进一步的，本实施例中蒸发器1与风机7、冷却器3分别通过第二管路8相串联并构成闭环系统，其中，冷却器3采样换热器结构，冷却器3内设两条换热通道，分别用于对第一管路5和第二管路8中输送的蒸汽进行热交换；在第二管路8上装有第二控制阀9，其中，第二控制阀9具体可采用截止阀，并且第二控制阀9和风机7依次设置在蒸发器1到冷却器3之间的第二管路8上。
在实际使用中，所述冷却器3通常采用外部冷源对经过第一离心叶轮2加压后输出的高温高压蒸汽进行降温，但是外部冷源需要额外的空间存储冷源，增大了设备的体积、占地面积，提高了设备成本。相反，在本实施例中，所述的冷却器3充分利用了蒸发器1中低温低压的二次蒸汽，通过该蒸汽对经过第一离心叶轮2加压后输出的高温高压蒸汽进行降温，这不仅减小了第二离心叶轮4在对蒸汽进行再次压缩做功时所消耗的能量，相应地减小了蒸汽压缩机总体的压缩功，而且可以规避外带冷源的冷却器所带来的缺点，从而使得蒸汽压缩机整体结构更加紧凑，效率也更高。
进一步的，本实施例中所述驱动机构包括电机10和单轴输入双轴输出的齿轮变速箱11，齿轮变速箱11的输入端连接电机10的输出轴，齿轮变速箱11的两个输出端分别连接第一离心叶轮2和第二离心叶轮4的叶轮轴。在使用过程中，由于第一离心叶轮2和第二离心叶轮4是由电机10通过齿轮变速箱11进行同步驱动的，并且齿轮变速箱11可根据需求进行选取、匹配，灵活性高，这使得操作人员可以根据实际需求选择合适的齿轮变速箱，并通过调节电机10的转速同时改变第一离心叶轮2和第二离心叶轮4的运行工况，操作更加便捷，也使得蒸汽压缩机不同压缩级的级间配合更加紧密，确保了蒸汽压缩机运行的稳定性。
实施例2
本实施例基于实施例1所述的蒸汽压缩机，在本实施例中第一离心叶轮2、第二离心叶轮4和冷却器3各设有一台，从而本实施例所述的方案采用了一组压缩单元，并以此构成了一个带双级压缩的蒸汽压缩机，参见图2。
进一步的，参见图3，本实施例中所述第一离心叶轮2与所述第二离心叶轮4安装于一体式蜗壳12中；
所述一体式蜗壳12内设有对应与所述第一离心叶轮2、所述第二离心叶轮4匹配的第一蜗壳状气室13和第二蜗壳状气室14；
所述一体式蜗壳12上设有对应连通所述第一蜗壳状气室13的第一进气口15和第一出气口16，并设有对应连通所述第二蜗壳状气室14的第二进气口17和第二出气口18，其中，第一出气口16和第二出气口18均设为喇叭状结构，以便出气端气流减速增压，回收气流的动能。
进一步的，本实施例中所述一体式蜗壳12包括底座12a和左、右拼装为一体的左壳盖12b、右壳盖12c；所述第一进气口15和所述第二进气口17设置在所述左壳盖12b上；所述第一出气口16和所述第二出气口18对应设置在左、右壳盖的对应拼装处。
对于本实施例所述的蒸汽压缩机，设定n表示电机10的转速，Z表示齿轮变速箱11中与电机10联结的齿轮的齿数，Z1和Z2表示齿轮变速箱11中分别与第一离心叶轮2、第二离心叶轮4的叶轮轴相联结的齿轮的齿数，P0表示从蒸发器1流出至第一管路5的蒸气的静压，K1表示第一离心叶轮2的特性系数、K2表示第二离心叶轮4的特性系数，K1＞0，K2＞0。
根据齿轮变速箱11中的齿轮啮合比，设置第一离心叶轮2转速为n1，则
Figure BDA0002045421950000071
设置第二离心叶轮4的转速为n2，则
Figure BDA0002045421950000072
由于离心叶轮的压升正比于其转速的二次方，则蒸汽经过第一离心叶轮2的压升Δp1＝K1n1 2；蒸汽经过第二离心叶轮4的压升Δp2＝K2n2 2；
因而，该蒸汽压缩机的压比Π为：
Figure BDA0002045421950000081
进一步的，本实施例中第一离心叶轮2与第二离心叶轮4沿着第一管路5中的蒸汽输送方向对应设置在所述冷却器3的前、后侧，并且第一离心叶轮2的输出压比大于第二离心叶轮4的输出压比。通过这种配置，有利于由第一离心叶轮2将蒸发器1输出的低温低压蒸汽一次性加压至高温高压状态，并由冷却器3进行一次性降温，然后再次由第二离心叶轮4对蒸汽进行增压，从而大大提高了对蒸汽进行双级压缩的效率，也减少了对能量的消耗。
进一步的，本实施例中所述第一离心叶轮2的输出压比范围为2.0-2.5，转速范围为20000r/min-24000r/min；所述第二离心叶轮4的输出压比范围为1.5-1.8，转速范围为16000r/min-18000r/min。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种带有中间冷却的双级蒸汽压缩机，其特征在于，包括蒸发器、冷却器、第一离心叶轮和第二离心叶轮；
所述蒸发器与冷却器、第一离心叶轮、第二离心叶轮分别通过第一管路相串联，所述冷却器设置在所述第一离心叶轮与所述第二离心叶轮之间；
所述第一离心叶轮与所述第二离心叶轮分别连接驱动机构；
所述蒸发器与风机、所述冷却器通过第二管路相串联并构成闭环系统，所述冷却器用于对所述第一管路和所述第二管路中的蒸汽进行热交换；
所述驱动机构包括电机与单轴输入双轴输出的齿轮变速箱，所述齿轮变速箱的输入端连接所述电机的输出轴，所述齿轮变速箱的两个输出端分别连接所述第一离心叶轮与所述第二离心叶轮的叶轮轴；
所述蒸发器用于产生二次蒸汽，所述第一离心叶轮与所述第二离心叶轮沿着所述第一管路中的蒸汽输送方向对应设置在所述冷却器的前、后侧，并且所述第一离心叶轮的输出压比大于所述第二离心叶轮的输出压比。
2.根据权利要求1所述的带有中间冷却的双级蒸汽压缩机，其特征在于，在所述第一管路和所述第二管路上对应装有第一控制阀和第二控制阀。
3.根据权利要求2所述的带有中间冷却的双级蒸汽压缩机，其特征在于，所述第一离心叶轮与所述第二离心叶轮安装于一体式蜗壳中；
所述一体式蜗壳内设有对应与所述第一离心叶轮、所述第二离心叶轮匹配的第一蜗壳状气室和第二蜗壳状气室；
所述一体式蜗壳上设有对应连通所述第一蜗壳状气室的第一进气口和第一出气口，并设有对应连通所述第二蜗壳状气室的第二进气口和第二出气口。
4.根据权利要求3所述的带有中间冷却的双级蒸汽压缩机，其特征在于，所述一体式蜗壳包括底座和左、右拼装为一体的左壳盖、右壳盖；所述第一进气口和所述第二进气口设置在所述左壳盖上；所述第一出气口和所述第二出气口对应设置在左、右壳盖的对应拼装处。
5.根据权利要求3或4所述的带有中间冷却的双级蒸汽压缩机，其特征在于，所述第一离心叶轮、所述第二离心叶轮和所述冷却器各设有一台。
6.根据权利要求5所述的带有中间冷却的双级蒸汽压缩机，其特征在于，所述蒸汽压缩机的输出压比Π为：
Figure FDA0002655566500000021
其中，n表示电机的转速，Z表示所述齿轮变速箱中与所述电机联结的齿轮的齿数，Z1和Z2表示所述齿轮变速箱中分别与第一离心叶轮、第二离心叶轮的叶轮轴相联结的齿轮的齿数，P0表示从所述蒸发器流出至所述第一管路的蒸气的静压，K1表示第一离心叶轮的特性系数、K2表示第二离心叶轮的特性系数，K1＞0，K2＞0。
7.根据权利要求1所述的带有中间冷却的双级蒸汽压缩机，其特征在于，所述第一离心叶轮的输出压比范围为2.0-2.5，并且所述第一离心叶轮的转速范围为20000r/min-24000r/min；所述第二离心叶轮的输出压比范围为1.5-1.8，并且所述第二离心叶轮的转速范围为16000r/min-18000r/min 。
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