CN112943697A - 叶轮扩压器及水蒸气离心式压缩机及空调机组 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种叶轮扩压器及水蒸气离心式压缩机及空调机组。该叶轮扩压器的实施例包括扩压器本体和设置在扩压器本体上的叶片，扩压器本体上设置有喷液结构，喷液结构包括相连通的进液口和喷液口，进液口用于与高压低温冷却水管线相连通，喷液口用于与叶片所在的空间相连通。在使用时，通过高压低温冷却水管线对进液口通入高压低温冷却水，再通过喷液口将高压低温冷却水喷在叶片所在的空间，使得高压低温冷却水在冷却降低低压级排气过热度、将气体整流，改善高压级叶轮进口气流条件，提高高压级做功能力，于此同时还可以对级间补气提高压缩机做功能力。
Description
技术领域
本发明涉及制冷设备技术领域，具体而言，涉及一种叶轮扩压器及水蒸气离心式压缩机及空调机组。
背景技术
热泵技术是国内外公认的一种能有效回收余热的方法，利用热泵工质在蒸发器中蒸发吸热，回收工业余热，蒸发出来的蒸汽经过压缩机压缩升温、升压后，提高其能源品位并在冷凝器中冷凝，释放出的热量可用于工业加热等，冷凝后的液体工质再经过节流阀回到蒸发器中完成循环。
工业领域中存在着大量80-90℃的余热，同时也有着120-130℃的热源需求，水或水蒸汽(R718)作为自然工质，其ODP及GWP都为0，廉价无毒，而且水蒸汽存在压力小、潜热大的特点，其制热COP会比较高，另有理论研究表明，蒸发冷凝温差大于20℃，蒸发温度高于35℃时，水或水蒸汽(R718)能达到高于其他常规制冷工质的COP，而工业余热回收时，热泵蒸发温度一般都高于35℃；另一方面水蒸汽临界温度达373.95℃，意味着所对应热泵系统的最高冷凝温度能达到373℃，其能很好地满足高温热泵的工业需求。因此，水蒸汽高温热泵在工业余热回收及利用上，有很大的市场前景及节能价值，开发出廉价、高效和大流量的水蒸汽压缩机势在必行。
水蒸气离心式压缩机的排气温度一般在150℃～300℃，其中低压级叶轮排气温度一般也达到100℃以上，所以高压级叶轮吸气温度非常高，在此高温下，过热水蒸气的比体积很大，受到压缩机的气动流道尺寸限制，压缩机的单位质量做功能力不高。
发明内容
本发明实施例提供了一种叶轮扩压器及水蒸气离心式压缩机及空调机组，以解决现有技术中水蒸气离心式压缩机存在的由于级间水蒸气温度过高所导致的压缩机单位质量做功能力不高的技术问题。
本申请实施方式提供了一种叶轮扩压器，包括扩压器本体和设置在扩压器本体上的叶片，扩压器本体上设置有喷液结构，喷液结构包括相连通的进液口和喷液口，进液口用于与高压低温冷却水管线相连通，喷液口用于与叶片所在的空间相连通。
在一个实施方式中，喷液结构还包括形成在扩压器本体内的储液腔，进液口和喷液口分别与储液腔相连通。
在一个实施方式中，喷液口包括多个间隔开设在扩压器本体上的喷液孔，多个喷液孔分别与储液腔相连通。
在一个实施方式中，多个喷液孔在扩压器本体上沿扩压器本体的中心呈圆形间隔分布。
在一个实施方式中，储液腔在扩压器本体上沿扩压器本体的中心呈圆环形分布。
在一个实施方式中，喷液孔为雾化喷孔。
在一个实施方式中，进液口和喷液口与叶片位于扩压器本体的同一侧面上。
本申请还提供了一种水蒸气离心式压缩机，包括：转轴；一级叶轮和二级叶轮，分别安装在转轴上；叶轮扩压器，安装在转轴上并与一级叶轮相适配地安装；叶轮扩压器为上述叶轮扩压器。
在一个实施方式中，水蒸气离心式压缩机还包括冷却喷管，冷却喷管与进液口相连，用于对进液口供给高压低温冷却水。
在一个实施方式中，水蒸气离心式压缩机还包括流量控制器，流量控制器设置在冷却喷管上，用于控制冷却喷管的流量。
在一个实施方式中，水蒸气离心式压缩机还包括温度传感器，温度传感器用于检测一级叶轮和二级叶轮之间的水蒸气的温度值，流量控制器与温度传感器电连接，流量控制器接收温度值，并根据温度值控制流量控制器。
本申请还提供了一种空调机组，包括水蒸气离心式压缩机，水蒸气离心式压缩机为上述的水蒸气离心式压缩机。
在上述实施例中，在使用时，通过高压低温冷却水管线对进液口通入高压低温冷却水，再通过喷液口将高压低温冷却水喷在叶片所在的空间，使得高压低温冷却水在冷却降低低压级排气过热度、将气体整流，改善高压级叶轮进口气流条件，提高高压级做功能力，于此同时还可以对级间补气提高压缩机做功能力。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是根据本发明的叶轮扩压器的实施例的立体结构示意图；
图2是图1的叶轮扩压器的剖视结构示意图；
图3是根据本发明的水蒸气离心式压缩机的半剖结构示意图。
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明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
基于现有技术中的技术问题，本发明设计了一种新型的级间补气冷却结构，通过对叶轮扩压器进行改进，并引入高压低温冷却水对级间高温水蒸气进行冷却，能够快速降低水蒸气压缩机低压级排气过热度，同时对高压级进口气体进行整流，改善高压级叶轮进口气流条件，用于级间冷却的低温冷却水也会被高压级叶轮做功，压缩机整体的做功量进一步提高。具体的，如图1和图2所示，本发明的叶轮扩压器的实施例包括扩压器本体10和设置在扩压器本体10上的叶片20，扩压器本体10上设置有喷液结构，喷液结构包括相连通的进液口11和喷液口，进液口11用于与高压低温冷却水管线相连通，喷液口用于与叶片20所在的空间相连通。
在使用时，通过高压低温冷却水管线对进液口11通入高压低温冷却水，再通过喷液口将高压低温冷却水喷在叶片20所在的空间，使得高压低温冷却水在冷却降低低压级排气过热度、将气体整流，改善高压级叶轮进口气流条件，提高高压级做功能力，于此同时还可以对级间补气提高压缩机做功能力。
使用本发明的技术方案，可以降低级间排气过热度，提高循环性能，改善压缩机内部气动条件，拓宽压缩机运行范围，有效改善水蒸气压缩机的气动循环条件，在不改变压缩机体积尺寸的情况下提高其做功能力，而可靠性也能大大提高。
更为优选的，如图2所示，在本实施例的技术方案中，喷液结构还包括形成在扩压器本体10内的储液腔13，进液口11和喷液口分别与储液腔13相连通。通过储液腔13来储存高压低温冷却水，当高温蒸汽流经叶轮扩压器表面时，蒸汽温度降低从而降低过热度。
在本实施例的技术方案中，如图1所示，喷液口包括多个间隔开设在扩压器本体10上的喷液孔12，多个喷液孔12分别与储液腔13相连通。通过多个喷液孔12可以将高压低温冷却水更为均匀地喷洒在叶片20所在的空间，对高温蒸汽实现更为均匀地降温。作为一种可选的实施方式，多个喷液孔12在扩压器本体10上沿扩压器本体10的中心呈圆形间隔分布。作为其他的可选的实施方式，多个喷液孔12也可以呈其他形状间隔分布，以实现对高温蒸汽更为均匀地降温为宜。
更为优选的，在本实施例的技术方案中，喷液孔12为喇叭形孔，以实现能将高压低温冷却水雾化喷洒为宜。作为其他的可选的实施方式，喷液孔12也可以为其他形状或结构的雾化喷孔。
优选的，在本实施例的技术方案，储液腔13在扩压器本体10上沿扩压器本体10的中心呈圆环形分布。一方面，储液腔13与喷液孔12的分布相对应，另一方面储液腔13可以更为充分地分布在扩压器本体10内，有助于提高扩压器本体10对于蒸汽的冷却效果。
如图1所示，在本实施例的技术方案，进液口11和喷液口与叶片20位于扩压器本体10的同一侧面上。作为其他的可选的实施方式，也可以将进液口11设置在扩压器本体10的顶部，而将喷液口与叶片20设置在扩压器本体10的同一侧面。
采用本发明的叶轮扩压器结构，通过将叶轮扩压器结构设计成中空结构的储液腔13来储存高压低温冷却水，当高温蒸汽流经叶轮扩压器表面时，蒸汽温度降低从而降低过热度。而且与储液腔13通过喷液孔12与叶片侧的气动流道连通，通过控制喷液孔12的孔径可以实现孔中喷出的冷却水迅速雾化与压缩机中的蒸汽融合，从而进一步降低蒸汽过热度。在压缩机运行在小负荷工况时，喷液孔12还能有效抑制叶片附近的气体分离，拓宽压缩机的运行范围，更加充分节能。
图3示出了本发明的水蒸气离心式压缩机的实施例，该水蒸气离心式压缩机包括转轴30、一级叶轮40和二级叶轮50以及叶轮扩压器，其中一级叶轮40和二级叶轮50，分别安装在转轴30上，上述叶轮扩压器安装在转轴30上并与一级叶轮40相适配地安装。在使用时，通过高压低温冷却水管线对进液口11通入高压低温冷却水，再通过喷液口将高压低温冷却水喷在叶片20所在的空间，使得高压低温冷却水在冷却降低低压级排气过热度、将气体整流，改善高压级叶轮进口气流条件，提高高压级做功能力，于此同时还可以对级间补气提高压缩机做功能力。此外，由于补气气流与整体流道气流流动方向一致，在小负荷工况下，可以有效改善流道气流条件，抑制气体分离，拓宽压缩机的运行范围，整体上提高了压缩机的能力和稳定性。
除了上述结构之外，水蒸气离心式压缩机还包括扩压器A81、扩压器B82、回流器83、弯道84以及梳齿密封85、蜗室86等水蒸气离心式压缩机的常规部件。
如图3所示，在本实施例的技术方案中，水蒸气离心式压缩机还包括冷却喷管60，冷却喷管60与进液口11相连，用于对进液口11供给高压低温冷却水。更为优选的，水蒸气离心式压缩机还包括流量控制器61，流量控制器61设置在冷却喷管60上，用于控制冷却喷管60的流量。这样一来，在针对不同的水蒸气离心式压缩机的负载时，控制冷却喷管60的流量与负载相对应。
由于不同工况对蒸汽的温度要求是不一样的，那么增加的温度传感器装置中针对不同的工况可以预设好要求的温度范围，然后通过与流量控制器61通信来实现高压低温冷却水流量的动态控制，将整个压缩机的级间蒸汽温度控制在最佳运行范围内，最大程度保证压缩机的运行效率。此发明的运用整体有效提高了水蒸气压缩机的运行可靠性，而且提高了压缩机的运行效率和运行范围。因此，如图3所示，在本实施例的技术方案中，水蒸气离心式压缩机还包括温度传感器70，温度传感器70用于检测一级叶轮40和二级叶轮50之间的水蒸气的温度值，流量控制器61与温度传感器70电连接。在使用时，通过流量控制器61接收温度值，并根据温度值控制流量控制器61。当温度值高时，就只控制流量控制器61控制冷却喷管60的流量大；当温度值低时，就只控制流量控制器61控制冷却喷管60的流量小。一级叶轮40所在为低压级，二级叶轮50所在为高压级。
如图3所示，在本实施例的技术方案中，流量控制器61与温度传感器70通过导线电连接，作为其他的可选的实施方式，流量控制器61与温度传感器70也可以通过无线数据传输的方式实现电连接。
具体的，在压缩机运行过程中，高压低温冷却水经过流量控制器61所在的冷却喷管60流入叶轮扩压器内部储液腔13内，叶轮扩压器在与回流器83形成气动流道面的一侧加工有周向倾斜的雾化喷孔，雾化喷孔朝向与叶轮扩压器在回流器83侧扩压整流叶片旋向一致，低压级的压缩蒸汽流经叶轮扩压器扩压整流叶片时，蒸汽顺着叶片旋向流动，与此同时，雾化喷孔中喷射出的汽液混合的冷却水与蒸汽混合，迅速降低蒸汽的温度，然后一起进入高压级叶轮被压缩。温度传感器70安装在高压级叶轮进口处，用于监测低压级压缩蒸汽的温度，当温度偏高的时候，温度传感器70输出信号给流量控制器61，加大冷却水流量，从而将低压级压缩蒸汽降低至设定温度；当温度偏低的时候，温度传感器70输出信号给流量控制器61，减小冷却水流量，从而将低压级压缩蒸汽升高至设定温度，从而将低压级压缩蒸汽温度动态控制在设定范围，改善高压级叶轮气动运行条件，提高做功能力。
如图1和图3所示，叶轮扩压器结构左侧与扩压器A共同形成低压级叶轮扩压流道，用于低压级叶轮压缩后的蒸汽减速提压；叶轮扩压器右侧设计有整流叶片，与回流器一起形成二次整流流道，经过一级扩压流道的低压级压缩蒸汽进入此整流流道后，蒸汽会被减速提压，且强迫按照叶片之间的流道流动，为气流进入高压级叶轮被压缩做好准备，改善高压级叶轮进口条件。叶轮扩压器内部是中空结构的储液腔13，经过流量控制器61所在的冷却喷管60的高压低温冷却水可以进入此储液腔13中，压缩机正常运行过程中此储液腔13中会充满高压低温冷却水，低压级叶轮压缩后的水蒸气从流道中流过会与叶轮扩压器换热，从而降低过热度；叶片之间还加工有管路朝向和叶片旋向一致的喷液孔12，喷液孔12出口呈喇叭口状，小孔与叶轮扩压器储液腔13连通，压缩机正常运行过程中，高压低温冷却水会从小孔中向叶片间流道呈雾状喷射出，与低压级叶轮压缩后的蒸汽混合后一起进入高压级叶轮中被压缩，压缩机运行在低负荷工况时，由于叶轮扩压器叶片形状已经定了，那么次工况下在叶片上会局部出现分离损失，如果分离损失扩散开来就会出现喘振的情况，压缩机无法运行，而从喷液孔12中喷射出的高压气能有效抑制气体分离，大大拓宽压缩机的运行范围。
更为优选的，本发明还提供了一种空调机组，该空调机组包括上述的水蒸气离心式压缩机，采用上述的水蒸气离心式压缩，可以提高空调机组的能效，以及拓宽负载运行范围。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。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 (12)
1.一种叶轮扩压器，其特征在于，包括扩压器本体(10)和设置在所述扩压器本体(10)上的叶片(20)，所述扩压器本体(10)上设置有喷液结构，所述喷液结构包括相连通的进液口(11)和喷液口，所述进液口(11)用于与高压低温冷却水管线相连通，所述喷液口用于与所述叶片(20)所在的空间相连通。
2.根据权利要求1所述的叶轮扩压器，其特征在于，所述喷液结构还包括形成在所述扩压器本体(10)内的储液腔(13)，所述进液口(11)和所述喷液口分别与所述储液腔(13)相连通。
3.根据权利要求2所述的叶轮扩压器，其特征在于，所述喷液口包括多个间隔开设在所述扩压器本体(10)上的喷液孔(12)，多个所述喷液孔(12)分别与所述储液腔(13)相连通。
4.根据权利要求3所述的叶轮扩压器，其特征在于，多个所述喷液孔(12)在所述扩压器本体(10)上沿所述扩压器本体(10)的中心呈圆形间隔分布。
5.根据权利要求4所述的叶轮扩压器，其特征在于，所述储液腔(13)在所述扩压器本体(10)上沿所述扩压器本体(10)的中心呈圆环形分布。
6.根据权利要求3所述的叶轮扩压器，其特征在于，所述喷液孔(12)为雾化喷孔。
7.根据权利要求1所述的叶轮扩压器，其特征在于，所述进液口(11)和所述喷液口与所述叶片(20)位于所述扩压器本体(10)的同一侧面上。
8.一种水蒸气离心式压缩机，包括：
转轴(30)；
一级叶轮(40)和二级叶轮(50)，分别安装在所述转轴(30)上；
叶轮扩压器，安装在所述转轴(30)上并与所述一级叶轮(40)相适配地安装；
其特征在于，所述叶轮扩压器为权利要求1至6中任一项所述叶轮扩压器。
9.根据权利要求8所述的水蒸气离心式压缩机，其特征在于，所述水蒸气离心式压缩机还包括冷却喷管(60)，所述冷却喷管(60)与所述进液口(11)相连，用于对所述进液口(11)供给高压低温冷却水。
10.根据权利要求9所述的水蒸气离心式压缩机，其特征在于，所述水蒸气离心式压缩机还包括流量控制器(61)，所述流量控制器(61)设置在所述冷却喷管(60)上，用于控制所述冷却喷管(60)的流量。
11.根据权利要求10所述的水蒸气离心式压缩机，其特征在于，所述水蒸气离心式压缩机还包括温度传感器(70)，所述温度传感器(70)用于检测所述一级叶轮(40)和所述二级叶轮(50)之间的水蒸气的温度值，所述流量控制器(61)与所述温度传感器(70)电连接，所述流量控制器(61)接收所述温度值，并根据所述温度值控制所述流量控制器(61)。
12.一种空调机组，包括水蒸气离心式压缩机，其特征在于，所述水蒸气离心式压缩机为权利要求8至11中任一项所述的水蒸气离心式压缩机。
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