CN113685370A - 一种高负压蒸汽压缩机及叶轮 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高负压蒸汽压缩机及叶轮，叶轮盘由盘体和筒体构成，叶轮盘上设有沿圆周方向交替布置的多个主叶片和多个辅叶片，主叶片和辅叶片在盘体上共同形成离心结构，主叶片在筒体外壁形成涡轮结构。通过上述优化设计的高负压蒸汽压缩机用叶轮，主叶片和辅叶片形成位于内侧的涡轮结构和位于外侧的离心结构，蒸汽首先经过涡轮结构增加密度，然后通过离心结构快速提高压力，从而保证叶片强度的同时，能够引入外部高负压环境中的蒸汽，保证低压蒸汽的压缩比，大大提高蒸汽压缩等熵效率。

Description

一种高负压蒸汽压缩机及叶轮
技术领域
本发明涉及负压蒸汽压缩机技术领域，尤其涉及一种高负压蒸汽压缩机及叶轮。
背景技术
目前市场上有较多型号的常压和高压(绝压101kPa-500kPa)蒸汽压缩机，由于进口是常压和高压时候，蒸汽密度较大，低转速低压缩比，使得压缩机出口比压缩机进口升高温度较多，通常等熵效率仅仅在50％～70％左右。
在低温干燥，闪蒸系统，蒸馏系统等工况下，工作条件通常为绝压5000Pa-10000Pa高真空条件，此时需要压缩比达到1.5～2.7，从而要求等熵效率大于70％。市场上的高压蒸汽压缩机，在这种高负压环境中无法工作，甚至由于高转速要求造成叶片损坏。因此，需要一种高负压蒸汽压缩机，能够在普通电工况下压缩比达到1.5～2.7，并且便于密封。
发明内容
为解决背景技术中存在的技术问题，本发明提出一种高负压蒸汽压缩机及叶轮。
本发明提出的一种高负压蒸汽压缩机用叶轮，包括：叶轮盘；
叶轮盘中部设有轴孔，叶轮盘包括一体形成同轴布置的盘体和筒体，盘体靠近筒体一侧侧壁与筒体外壁圆滑过渡形成围绕所述轴孔布置的环形面；
所述环形面上设有沿圆周方向交替布置的多个主叶片和多个辅叶片，主叶片从盘体外缘沿径向经过筒体外壁向所述轴孔边缘延伸，辅叶片位于盘体上且从盘体外缘沿径向向所述轴孔方向延伸，主叶片和辅叶片在盘体上共同形成离心结构，主叶片在筒体外壁形成涡轮结构。
优选地，主叶片在盘体上形成离心部且在筒体外部形成涡轮部，涡轮部远离离心部一端向一侧相邻辅叶片方向弯曲。
优选地，所述离心部与辅叶片结构相同。
优选地，主叶片包括靠近盘体边缘的第一外端面、靠近所述轴孔的第一内端面和从第一外端面向第一内端面方向延伸的第一过渡端面，第一外端面沿盘体轴向延伸，第一内端面沿所述轴孔的径向延伸；
优选地，多个第一内端面位于所述轴孔同一轴截面上。
优选地，每个主叶片的第一内端面位于其弯曲方向一侧相邻主叶片的所述离心部所在径向上。
优选地，辅叶片包括靠近盘体外边缘的第二外端面、靠近筒体一端的第二内端面和从第二外端面向第二内端面方向延伸的第二过渡端面。
优选地，第二过渡端面的高度由内而外逐渐降低；
优选地，第二内端面向远离筒体方向倾斜布置。
优选地，第二外端面和第一外端面位于围绕轴孔的同一圆柱面上。
本发明中，所提出的高负压蒸汽压缩机用叶轮，叶轮盘由盘体和筒体构成，叶轮盘上设有沿圆周方向交替布置的多个主叶片和多个辅叶片，主叶片和辅叶片在盘体上共同形成离心结构，主叶片在筒体外壁形成涡轮结构。通过上述优化设计的高负压蒸汽压缩机用叶轮，主叶片和辅叶片形成位于内侧的涡轮结构和位于外侧的离心结构，蒸汽首先经过涡轮结构增加密度，然后通过离心结构快速提高压力，从而保证叶片强度的同时，能够引入外部高负压环境中的蒸汽，保证低压蒸汽的压缩比，大大提高蒸汽压缩等熵效率。
本发明还提出一种高负压蒸汽压缩机，包括上述的高负压蒸汽压缩机用叶轮。
优选地，还包括壳体和高速电机，壳体内部设有压缩腔，叶轮位于所述压缩腔内，高速电机通过驱动轴与叶轮连接用于驱动叶轮转动，所述压缩腔上设有进汽口和出汽口，所述进汽口位于叶轮轴向一侧，所述出汽口位于叶轮周向一侧，所述进汽口和所述出汽口之间形成压缩通道。
优选地，高速电机的驱动轴与壳体通过空气轴承配合。
本发明中，所提出的高负压蒸汽压缩机，其技术效果与上述叶轮类似，因此不再赘述。
附图说明
图1为本发明提出的一种高负压蒸汽压缩机用叶轮的侧视结构示意图。
图2为本发明提出的一种高负压蒸汽压缩机用叶轮的立体结构示意图。
图3为本发明提出的一种高负压蒸汽压缩机的叶轮与壳体配合结构示意图。
图4为本发明提出的一种高负压蒸汽压缩机的侧视结构示意图。
具体实施方式
如图1至4所示，图1为本发明提出的一种高负压蒸汽压缩机用叶轮的侧视结构示意图，图2为本发明提出的一种高负压蒸汽压缩机用叶轮的立体结构示意图，图3为本发明提出的一种高负压蒸汽压缩机的叶轮与壳体配合结构示意图，图4为本发明提出的一种高负压蒸汽压缩机的侧视结构示意图。
参照图1和2，本发明提出的一种高负压蒸汽压缩机用叶轮，包括：叶轮盘1；
叶轮盘1中部设有轴孔，叶轮盘1包括一体形成同轴布置的盘体和筒体，盘体靠近筒体一侧侧壁与筒体外壁圆滑过渡形成围绕所述轴孔布置的环形面；
所述环形面上设有沿圆周方向交替布置的多个主叶片2和多个辅叶片3，主叶片2从盘体外缘沿径向经过筒体外壁向所述轴孔边缘延伸，辅叶片3位于盘体上且从盘体外缘沿径向向所述轴孔方向延伸，主叶片2和辅叶片3在盘体上共同形成离心结构，主叶片2在筒体外壁形成涡轮结构。
为了详细说明本实施例的一种高负压蒸汽压缩机用叶轮的具体工作原理，参照图3和4，本实施例还提出一种高负压蒸汽压缩机，包括上述的高负压蒸汽压缩机用叶轮。
具体地，本实施例还包括壳体20和高速电机30，壳体20内部设有压缩腔，叶轮位于所述压缩腔内，高速电机30通过驱动轴与叶轮连接用于驱动叶轮转动，所述压缩腔上设有进汽口100和出汽口200，所述进汽口100位于叶轮轴向一侧，所述出汽口200位于叶轮周向一侧，所述进汽口100和所述出汽口200之间形成压缩通道。
在本实施例的高负压蒸汽压缩机的具体工作过程中，高速电机驱动叶轮高速转动，高负压环境中的蒸汽通过进汽口100被抽入压缩腔内，在叶轮高速旋转作用下，首先进入压缩腔的蒸汽经过主叶片的涡轮结构提高密度，然后随着蒸汽从叶轮中部向边缘流动，主叶片和辅叶片共同形成的离心结构，对蒸汽进行进一步离心作用，提高蒸汽的压力，从而实现对高负压蒸汽的高效压缩。
本实施例中，所提出的高负压蒸汽压缩机及叶轮，叶轮盘由盘体和筒体构成，叶轮盘上设有沿圆周方向交替布置的多个主叶片和多个辅叶片，主叶片和辅叶片在盘体上共同形成离心结构，主叶片在筒体外壁形成涡轮结构。通过上述优化设计的高负压蒸汽压缩机用叶轮，主叶片和辅叶片形成位于内侧的涡轮结构和位于外侧的离心结构，蒸汽首先经过涡轮结构增加密度，然后通过离心结构快速提高压力，从而保证叶片强度的同时，能够引入外部高负压环境中的蒸汽，保证低压蒸汽的压缩比，大大提高蒸汽压缩等熵效率。
在叶轮的具体设计方式中，主叶片2在盘体上形成离心部且在筒体外部形成涡轮部，涡轮部远离离心部一端向一侧相邻辅叶片3方向弯曲，保证蒸汽在涡轮的涡轮增密效果，并且保证叶片强度，避免由于高速转动造成叶片损伤。
进一步地，所述离心部与辅叶片3结构相同，主叶片的离心部与辅叶片在盘体上沿径向延伸，一方面提高离心效果，另一方面形成均匀的离心结构，保证离心结构周向受理均衡，并且保证离心的叶片可靠性。
为了保证涡轮效果，在主叶片的其他具体实施方式中，主叶片2包括靠近盘体边缘的第一外端面21、靠近所述轴孔的第一内端面22和从第一外端面21向第一内端面22方向延伸的第一过渡端面31，第一外端面21沿盘体轴向延伸，第一内端面22沿所述轴孔的径向延伸。具体地，多个第一内端面22位于所述轴孔同一轴截面上。
在进一步具体设计方式中，每个主叶片2的第一内端面22位于其弯曲方向一侧相邻主叶片2的所述离心部所在径向上；相邻主叶片的涡轮部和离心部结构相匹配，保证汽流经过时叶片的机械强度。
为了保证离心效果，在辅叶片的具体实施方式中，辅叶片3包括靠近盘体外边缘的第二外端面31、靠近筒体一端的第二内端面32和从第二外端面31向第二内端面32方向延伸的第二过渡端面33。具体地，第二过渡端面33的高度由内而外逐渐降低。
更进一步地，第二内端面32向远离筒体方向倾斜布置。第二外端面31和第一外端面21位于围绕轴孔的同一圆柱面上。
此外，在其他具体设计方式中，第二过渡端面的最高点至盘体所在平面的距离为H1，第一过渡端面的最高点至盘体所在平台的距离为H2，3H1≤H2≤6H1。
为了详细说明本实施例的高负压蒸汽压缩机的具体压缩情况，采用本实施例的高负压蒸汽压缩机进行了高负压条件下蒸汽压缩试验，试验条件如下：
首先，高负压蒸汽压缩机的进口绝压5kPa-10kPa高真空条件下，密度约为0.003～0.006kg/m3，通过高转速95000转/分，将闪蒸蒸汽通过涡轮和离心共同作用，出口变为绝压7.5kPa-27kPa真空条件下的过热蒸汽。然后，绝压7.5kPa-27kPa真空条件下的过热蒸汽在板换中与产生蒸汽的原目标液体换热，目标液体升温后继续闪蒸，同时过热蒸汽放热降温液化，配合闪蒸系统的真空泵维持系统中的真空度，从而实现能量的高效回收利用。下表1为高负压蒸汽压缩机试验数据。
表1高负压蒸汽压缩机试验数据
Figure BDA0003277479550000061
根据上述通过高负压蒸汽压缩机的具体工作环境和试验数据可知：
绝压5kPa-10kPa高真空条件的低温闪蒸蒸汽，在高负压蒸汽压缩机压缩功作用下，转换为7.5kPa-27kPa高真空条件下的负压过热蒸汽，温度为升高至60℃～120℃，与原有需加热的目标液体换热后，原有需加热液体升温后，闪蒸效率大幅提高，从而使得能源利用效率大幅度提高。
具体地：
Q出口热焓＝Q进口热焓+Q压缩功>Q目标液体闪蒸热焓+Q换热损失。
Q进口热焓＝Q目标液体闪蒸热焓
Q压缩功>Q换热损失
即高负压蒸汽压缩机提供的压缩功，大于出口蒸汽与目标液体换热过程中热能量损失。
因此，通过上述试验表明，本实施例的高负压蒸汽压缩机在高负压工况下能够对蒸汽进行高效压缩。
为了保证本实施例压缩机的使用寿命，可采用钛合金材料制成，高速电机采用高性能耐温绝缘材料。在90％真空条件下，加调谐超声波后，进行宽频振动后实现，制程时间约为12小时，从而能够满足低温干燥，闪蒸系统，蒸馏系统等工艺需求。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高负压蒸汽压缩机用叶轮，其特征在于，包括：叶轮盘(1)；
叶轮盘(1)中部设有轴孔，叶轮盘(1)包括一体形成同轴布置的盘体和筒体，盘体靠近筒体一侧侧壁与筒体外壁圆滑过渡形成围绕所述轴孔布置的环形面；
所述环形面上设有沿圆周方向交替布置的多个主叶片(2)和多个辅叶片(3)，主叶片(2)从盘体外缘沿径向经过筒体外壁向所述轴孔边缘延伸，辅叶片(3)位于盘体上且从盘体外缘沿径向向所述轴孔方向延伸，主叶片(2)和辅叶片(3)在盘体上共同形成离心结构，主叶片(2)在筒体外壁形成涡轮结构。
2.根据权利要求1所述的高负压蒸汽压缩机用叶轮，其特征在于，主叶片(2)在盘体上形成离心部且在筒体外部形成涡轮部，涡轮部远离离心部一端向一侧相邻辅叶片(3)方向弯曲。
3.根据权利要求2所述的高负压蒸汽压缩机用叶轮，其特征在于，所述离心部与辅叶片(3)结构相同。
4.根据权利要求2所述的高负压蒸汽压缩机用叶轮，其特征在于，主叶片(2)包括靠近盘体边缘的第一外端面(21)、靠近所述轴孔的第一内端面(22)和从第一外端面(21)向第一内端面(22)方向延伸的第一过渡端面(31)，第一外端面(21)沿盘体轴向延伸，第一内端面(22)沿所述轴孔的径向延伸；
优选地，多个第一内端面(22)位于所述轴孔同一轴截面上。
5.根据权利要求4所述的高负压蒸汽压缩机用叶轮，其特征在于，每个主叶片(2)的第一内端面(22)位于其弯曲方向一侧相邻主叶片(2)的所述离心部所在径向上。
6.根据权利要求5所述的高负压蒸汽压缩机用叶轮，其特征在于，辅叶片(3)包括靠近盘体外边缘的第二外端面(31)、靠近筒体一端的第二内端面(32)和从第二外端面(31)向第二内端面(32)方向延伸的第二过渡端面(33)；
优选地，第二过渡端面(33)的高度由内而外逐渐降低。
7.根据权利要求6所述的高负压蒸汽压缩机用叶轮，其特征在于，第二内端面(32)向远离筒体方向倾斜布置。
8.根据权利要求6所述的高负压蒸汽压缩机用叶轮，其特征在于，第二外端面(31)和第一外端面(21)位于围绕轴孔的同一圆柱面上。
9.一种高负压蒸汽压缩机，其特征在于，包括根据权利要求1-7任一项所述的高负压蒸汽压缩机用叶轮。
10.根据权利要求9所述的高负压蒸汽压缩机，其特征在于，还包括壳体(20)和高速电机(30)，壳体(20)内部设有压缩腔，叶轮位于所述压缩腔内，高速电机(30)通过驱动轴与叶轮连接用于驱动叶轮转动，所述压缩腔上设有进汽口(100)和出汽口(200)，所述进汽口(100)位于叶轮轴向一侧，所述出汽口(200)位于叶轮周向一侧，所述进汽口(100)和所述出汽口(200)之间形成压缩通道；
优选地，高速电机(30)的驱动轴与壳体(20)通过空气轴承配合。
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