CN110173442B - 流量可调的局部进气超临界工质闭式离心压缩机组及方法 - Google Patents

流量可调的局部进气超临界工质闭式离心压缩机组及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种流量可调的局部进气超临界工质闭式离心压缩机组及方法，该装置包括流量可调的局部进气超临界工质闭式离心压缩机、电动机、主轴、主轴支座、推力轴承、干气密封、梳齿密封、压缩机壳体、静叶、动叶、通流流道、叶顶环形盖板、非通流流道挡板、干气储罐和干气密封管路，通过成对的增加或减少超临界工质压缩流道的进口和出口处的非通流流道挡板数量，调整压缩机闭式叶轮上的通流流道个数，实现在设计压力不变的条件下改变压缩机的设计流量，本发明具有叶高尺寸大、外泄漏流量极小、加工简单、成本低、设计流量可调的优点，可在多个转速下对超临界工质进行高效压缩，解决小体积流量的高压力等级超临界工质压缩能效低、难实现的难题。

Description

流量可调的局部进气超临界工质闭式离心压缩机组及方法
技术领域
本发明涉及超临界工质压缩技术领域，具体涉及一种流量可调的局部进气超临界工质闭式离心压缩机组及工作方法。
背景技术
在超临界二氧化碳布雷顿循环或Allam循环的试验系统中，设计压力在20至32MPa之间，系统能量密度高，压缩机设备体积小。对于上述高设计压力参数的先进循环试验系统，压缩机的进口参数多选在临界点附近，为降低试验成本，许多研究机构的设计工况超临界工质的体积流量往往较小，这样就使超临界工质压缩机的叶高过小，压缩效率低。现有技术仅能为设计参数在5MPa以下的微小体积流量气体工质压缩提供可行方案，即采用螺杆压缩形式，而对于设计参数大于10MPa的微小体积流量气体工质压缩形式，采用现有离心压缩机形式设计的离心压缩机的叶高过短，等熵压缩效率低，且离心压缩机的设计流量和压力参数单一，无法实现在设计压力保持不变的情况下设计流量增加或减少。现有技术未提供高压力等级、设计流量可调的、高效的小体积流量超临界工质压缩方案。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种流量可调的局部进气超临界工质闭式离心压缩机组及工作方法，可以实现将小体积流量的高压力等级超临界工质进行高效压缩。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
流量可调的局部进气超临界工质闭式离心压缩机组，包括推力轴承1、主轴2、第一主轴支座3-1、第二主轴支座3-2、电动机4、干气密封5、梳齿密封6、压缩机壳体7、静叶8、通流流道出口9、动叶10、通流流道11、非通流流道挡板12、叶顶环形盖板13、压缩机转轮14、干气储罐15、干气密封管路16和流量可调的局部进气超临界工质闭式离心压缩机17，其中从主轴2的一端开始，主轴2上依次布置了推力轴承1、第一主轴支座3-1、电动机4、第二主轴支座3-2和流量可调的局部进气超临界工质闭式离心压缩机17；所述流量可调的局部进气超临界工质闭式离心压缩机17由干气密封5、梳齿密封6、压缩机壳体7、静叶8、动叶10、叶顶环形盖板13和压缩机转轮14构成，动叶10安装在压缩机转轮14上，动叶10的顶部与叶顶环形盖板13相连，动叶10、叶顶环形盖板13和压缩机转轮14构成压缩机闭式叶轮，动叶10一侧的加工面、压缩机转轮14的加工面、相邻动叶一侧的加工面以及叶顶环形盖板13上对应的内表面围成的扩张型孔状通道为超临界工质压缩流道，超临界工质压缩流道的最小截面处为超临界工质压缩流道的进口，超临界工质压缩流道的最大截面处为超临界工质压缩流道的出口，在超临界工质压缩流道的进口和出口处有非通流流道挡板12的流道为非通流流道，在超临界工质压缩流道的进口和出口处没有非通流流道挡板12的流道为通流流道11，在通流流道11的末端为通流流道出口9，静叶8安装于通流流道出口9整周径向方向外侧的压缩机壳体7上；干气储罐15通过干气密封管路16与干气密封5相连，干气密封5、梳齿密封6和流量可调的局部进气超临界工质闭式离心压缩机17的动叶10所在叶轮依次位于主轴2上，且干气密封5靠近第二主轴支座3-2。
所述流量可调的局部进气超临界工质闭式离心压缩机17的通流流道11的数量为大于或等于2的偶数，位置相对的两个通流流道11是以主轴中心线为中心线的空间中心对称结构。
所述流量可调的局部进气超临界工质闭式离心压缩机17通过成对的增加或减少超临界工质压缩流道的进口和出口处的非通流流道挡板14数量来调整通流流道11的数量，且调整数量后的位置相对的两个通流流道11仍为以主轴中心线为中心线的中心对称结构。
所述流量可调的局部进气超临界工质闭式离心压缩机17的进气方式为轴向进气，径向出气。
所述电动机具有2个或多个磁极对数，能够在1个或多个转速下工作。
所述流量可调的局部进气超临界工质闭式离心压缩机17采用一段或多段梳齿密封6内泄漏控制形式，且至少一段梳齿密封6布置于主轴2上，其余梳齿密封6选择布置在压缩机闭式叶轮与压缩机壳体7之间的任一间隙处。
所述的流量可调的局部进气超临界工质闭式离心压缩机组的工作方法，其特征在于：主要有三个过程，分为准备阶段、运行阶段、停机阶段，准备阶段由供油系统对第一主轴支座3-1和第二主轴支座3-2供润滑油、由干气储罐15通过干气密封管路16对干气密封5供高压纯净气体；准备工作就绪后进入运行阶段，电动机4启动并快速升至设计转速，沿压缩机壳体7轴向进口流入的超临界工质被吸入中心对称的压缩机闭式叶轮的通流流道11的进口，沿着扩张型的通流流道11升速扩压至通流流道出口9，随后进入压缩机壳体7上的静叶8通道进行减速升压，然后从压缩机壳体7的径向出口流出了流量可调的局部进气超临界工质闭式离心压缩机17；在停机阶段，电动机4停止提供动力，流量可调的局部进气超临界工质闭式离心压缩机17快速停下来，在流量可调的局部进气超临界工质闭式离心压缩机17停下来后，干气储罐15停止对干气密封5供高压纯净气体，供油系统对第一主轴支座3-1和第二主轴支座3-2供润滑油进行后润滑20分钟后停止工作。
所述的流量可调的局部进气超临界工质闭式离心压缩机组的修改设计流量的方法，在流量可调的局部进气超临界工质闭式离心压缩机组处于停机状态时，打开压缩机壳体7，取出流量可调的局部进气超临界工质闭式离心压缩机17的压缩机闭式叶轮，根据修正后的设计流量参数，成对的增加或减少超临界工质压缩流道的进口和出口处的非通流流道挡板14数量来调整通流流道11的数量，并使调整数量后压缩机闭式叶轮上的位置相对的两个通流流道11仍为以主轴中心线为中心线的中心对称结构，在将压缩机闭式叶轮放回原位，闭合压缩机壳体7。
本发明的有益效果在于：
目前，尚未见到可以用于解决超临界二氧化碳布雷顿循环或Allam循环试验系统中高压力等级、设计流量可调的、高效的小体积流量超临界工质压缩方案。本发明提出了一种造价低、可操作性高的流量可调的局部进气超临界工质闭式离心压缩机组，本发明通过设计一对或多对中心对称的局部进气通道的离心压缩机闭式叶轮，可以实现将小体积流量的高压力等级超临界工质进行高效压缩。与相同设计参数的全周进气的离心压缩机相比，本发明由于采用局部进气离心压缩机方案提升了叶片高度，因此具有叶高尺寸大的优势，可降低因叶高过低造成的端部附面层损失，所以等熵压缩效率高，并可通过成对增加或减小通流流道数量实现在设计压力保持不变的情况下设计流量增加或减少；同时本发明采用了干气密封装置，具有外泄漏工质流量接近零的优势，采用一对或多对磁极的电动机，使流量可调的局部进气超临界工质闭式离心压缩机组可以高效工作于多个转速下，根据试验系统的参数要求，提供多种压力和工质流量参数。
附图说明
图1是本发明流量可调的局部进气超临界工质闭式离心压缩机组的示意图。
图2是本发明新型流量可调的局部进气超临界工质闭式离心压缩机组的压缩机闭式叶轮的左视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图1所示，本发明流量可调的局部进气超临界工质闭式离心压缩机组，包括推力轴承1、主轴2、第一主轴支座3-1、第二主轴支座3-2、电动机4、干气密封5、梳齿密封6、压缩机壳体7、静叶8、通流流道出口9、动叶10、通流流道11、非通流流道挡板12、叶顶环形盖板13、压缩机转轮14、干气储罐15、干气密封管路16和流量可调的局部进气超临界工质闭式离心压缩机17，其中从主轴2的一端开始，主轴2上依次布置了推力轴承1、第一主轴支座3-1、电动机4、第二主轴支座3-2和流量可调的局部进气超临界工质闭式离心压缩机17；所述流量可调的局部进气超临界工质闭式离心压缩机17由干气密封5、梳齿密封6、压缩机壳体7、静叶8、动叶10、叶顶环形盖板13和压缩机转轮14构成，动叶10安装在压缩机转轮14上，动叶10的顶部与叶顶环形盖板13相连，动叶10、叶顶环形盖板13和压缩机转轮14构成压缩机闭式叶轮，动叶10一侧的加工面、压缩机转轮14的加工面、相邻动叶一侧的加工面以及叶顶环形盖板13上对应的内表面围成的扩张型孔状通道为超临界工质压缩流道，超临界工质压缩流道的最小截面处为超临界工质压缩流道的进口，超临界工质压缩流道的最大截面处为超临界工质压缩流道的出口，在超临界工质压缩流道的进口和出口处有非通流流道挡板12的流道为非通流流道，在超临界工质压缩流道的进口和出口处没有非通流流道挡板12的流道为通流流道11，在通流流道11的末端为通流流道出口9，静叶8安装于通流流道出口9整周径向方向外侧的压缩机壳体7上；干气储罐15通过干气密封管路16与干气密封5相连，干气密封5、梳齿密封6和流量可调的局部进气超临界工质闭式离心压缩机17的动叶10所在叶轮依次位于主轴2上，且干气密封5靠近第二主轴支座3-2。
作为本发明的优选实施方式，所述流量可调的局部进气超临界工质闭式离心压缩机17的通流流道11的数量为大于或等于2的偶数，位置相对的两个通流流道11是以主轴中心线为中心线的空间中心对称结构。
作为本发明的优选实施方式，所述流量可调的局部进气超临界工质闭式离心压缩机17通过成对的增加或减少超临界工质压缩流道的进口和出口处的非通流流道挡板14数量来调整通流流道11的数量，且调整数量后的位置相对的两个通流流道11仍为以主轴中心线为中心线的中心对称结构。
作为本发明的优选实施方式，所述流量可调的局部进气超临界工质闭式离心压缩机17的进气方式为轴向进气，径向出气。
作为本发明的优选实施方式，所述电动机具有2个或多个磁极对数，能够在1个或多个转速下工作。
作为本发明的优选实施方式，所述流量可调的局部进气超临界工质闭式离心压缩机17采用一段或多段梳齿密封6内泄漏控制形式，且至少一段梳齿密封6布置于主轴2上，其余梳齿密封6选择布置在压缩机闭式叶轮与压缩机壳体7之间的任一间隙处。
本发明所述的流量可调的局部进气超临界工质闭式离心压缩机组的工作方法，主要有三个过程，分为准备阶段、运行阶段、停机阶段，准备阶段由供油系统对第一主轴支座3-1和第二主轴支座3-2供润滑油、由干气储罐15通过干气密封管路16对干气密封5供高压纯净气体；准备工作就绪后进入运行阶段，电动机4启动并快速升至设计转速，沿压缩机壳体7轴向进口流入的超临界工质被吸入中心对称的压缩机闭式叶轮的通流流道11的进口，沿着扩张型的通流流道11升速扩压至通流流道出口9，随后进入压缩机壳体7上的静叶8通道进行减速升压，然后从压缩机壳体7的径向出口流出了流量可调的局部进气超临界工质闭式离心压缩机17；在停机阶段，电动机4停止提供动力，流量可调的局部进气超临界工质闭式离心压缩机17快速停下来，在流量可调的局部进气超临界工质闭式离心压缩机17停下来后，干气储罐15停止对干气密封5供高压纯净气体，供油系统对第一主轴支座3-1和第二主轴支座3-2供润滑油进行后润滑20分钟后停止工作。
本发明所述的流量可调的局部进气超临界工质闭式离心压缩机组的修改设计流量的方法，在流量可调的局部进气超临界工质闭式离心压缩机组处于停机状态时，打开压缩机壳体7，取出流量可调的局部进气超临界工质闭式离心压缩机17的压缩机闭式叶轮，根据修正后的设计流量参数，成对的增加或减少超临界工质压缩流道的进口和出口处的非通流流道挡板14数量来调整通流流道11的数量，并使调整数量后压缩机闭式叶轮上的位置相对的两个通流流道11仍为以主轴中心线为中心线的中心对称结构，在将压缩机闭式叶轮放回原位，闭合压缩机壳体7。

Claims (6)

1.流量可调的局部进气超临界工质闭式离心压缩机组，其特征在于：包括推力轴承(1)、主轴(2)、第一主轴支座(3-1)、第二主轴支座(3-2)、电动机(4)、干气储罐(15)、干气密封管路(16)和流量可调的局部进气超临界工质闭式离心压缩机(17)，其中从主轴(2)的一端开始，主轴(2)上依次布置了推力轴承(1)、第一主轴支座(3-1)、电动机(4)、第二主轴支座(3-2)和流量可调的局部进气超临界工质闭式离心压缩机(17)；所述流量可调的局部进气超临界工质闭式离心压缩机(17)由干气密封(5)、梳齿密封(6)、压缩机壳体(7)、静叶(8)、动叶(10)、叶顶环形盖板(13)和压缩机转轮(14)构成，动叶(10)安装在压缩机转轮(14)上，动叶(10)的顶部与叶顶环形盖板(13)相连，动叶(10)、叶顶环形盖板(13)和压缩机转轮(14)构成压缩机闭式叶轮，动叶(10)一侧的加工面、压缩机转轮(14)的加工面、相邻动叶一侧的加工面以及叶顶环形盖板(13)上对应的内表面围成的扩张型孔状通道为超临界工质压缩流道，超临界工质压缩流道的最小截面处为超临界工质压缩流道的进口，超临界工质压缩流道的最大截面处为超临界工质压缩流道的出口，在超临界工质压缩流道的进口和出口处有非通流流道挡板(12)的流道为非通流流道，在超临界工质压缩流道的进口和出口处没有非通流流道挡板(12)的流道为通流流道(11)，在通流流道(11)的末端为通流流道出口(9)，静叶(8)安装于通流流道出口(9)整周径向方向外侧的压缩机壳体(7)上；干气储罐(15)通过干气密封管路(16)与干气密封(5)相连，干气密封(5)、梳齿密封(6)和流量可调的局部进气超临界工质闭式离心压缩机(17)的动叶(10)所在叶轮依次位于主轴(2)上，且干气密封(5)靠近第二主轴支座(3-2)；
所述流量可调的局部进气超临界工质闭式离心压缩机(17)的通流流道(11)的数量为大于或等于2的偶数，位置相对的两个通流流道(11)是以主轴中心线为中心线的空间中心对称结构；
所述流量可调的局部进气超临界工质闭式离心压缩机(17)通过成对的增加或减少超临界工质压缩流道的进口和出口处的非通流流道挡板数量来调整通流流道(11)的数量，且调整数量后的位置相对的两个通流流道(11)仍为以主轴中心线为中心线的中心对称结构。
2.根据权利要求1所述的流量可调的局部进气超临界工质闭式离心压缩机组，其特征在于：所述流量可调的局部进气超临界工质闭式离心压缩机(17)的进气方式为轴向进气，径向出气。
3.根据权利要求1所述的流量可调的局部进气超临界工质闭式离心压缩机组，其特征在于：所述电动机具有2个或多个磁极对数，能够在1个或多个转速下工作。
4.根据权利要求1所述的流量可调的局部进气超临界工质闭式离心压缩机组，其特征在于：所述流量可调的局部进气超临界工质闭式离心压缩机(17)采用一段或多段梳齿密封(6)内泄漏控制形式，且至少一段梳齿密封(6)布置于主轴(2)上，其余梳齿密封(6)选择布置在压缩机闭式叶轮与压缩机壳体(7)之间的任一间隙处。
5.权利要求1至4任一项所述的流量可调的局部进气超临界工质闭式离心压缩机组的工作方法，其特征在于：主要有三个过程，分为准备阶段、运行阶段、停机阶段，准备阶段由供油系统对第一主轴支座(3-1)和第二主轴支座(3-2)供润滑油、由干气储罐(15)通过干气密封管路(16)对干气密封(5)供高压纯净气体；准备工作就绪后进入运行阶段，电动机(4)启动并快速升至设计转速，沿压缩机壳体(7)轴向进口流入的超临界工质被吸入中心对称的压缩机闭式叶轮的通流流道(11)的进口，沿着扩张型的通流流道(11)升速扩压至通流流道出口(9)，随后进入压缩机壳体(7)上的静叶(8)通道进行减速升压，然后从压缩机壳体(7)的径向出口流出了流量可调的局部进气超临界工质闭式离心压缩机(17)；在停机阶段，电动机(4)停止提供动力，流量可调的局部进气超临界工质闭式离心压缩机(17)快速停下来，在流量可调的局部进气超临界工质闭式离心压缩机(17)停下来后，干气储罐(15)停止对干气密封(5)供高压纯净气体，供油系统对第一主轴支座(3-1)和第二主轴支座(3-2)供润滑油进行后润滑20分钟后停止工作。
6.权利要求1至4任一项所述的流量可调的局部进气超临界工质闭式离心压缩机组的修改设计流量的方法，其特征在于：在流量可调的局部进气超临界工质闭式离心压缩机组处于停机状态时，打开压缩机壳体(7)，取出流量可调的局部进气超临界工质闭式离心压缩机(17)的压缩机闭式叶轮，根据修正后的设计流量参数，成对的增加或减少超临界工质压缩流道的进口和出口处的非通流流道挡板数量来调整通流流道(11)的数量，并使调整数量后压缩机闭式叶轮上的位置相对的两个通流流道(11)仍为以主轴中心线为中心线的中心对称结构，在将压缩机闭式叶轮放回原位，闭合压缩机壳体(7)。
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