CN115523163A - 一种15mw跨临界co2离心压缩机 - Google Patents

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祝海义
郭庆丰
刘阳
杨一鸣
吕天昊
翟彦恺
张健
李佳鹏
景禹淇
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Abstract

一种15MW跨临界CO2离心压缩机，属于机械制造技术领域。其包括齿轮箱、一级压缩机和二级压缩机，齿轮箱的两侧输出端分别与一级压缩机和二级压缩机建立连接，所述一级压缩机的一级排气口通过级间管道与二级压缩机的二级进气口建立连接；所述齿轮箱包括齿轮箱壳体、压缩机驱动主轴和驱动电机轴，压缩机驱动主轴和驱动电机轴转动安装在齿轮箱壳体内，压缩机驱动主轴和驱动电机轴通过传动齿轮组建立传动连接关系，驱动电机轴与驱动电机建立连接。本发明研发目的是为了解决现有的多级离心压缩机，内部结构复杂，体型过于庞大，不便于搬运、安装和维修的问题，具有结构紧凑、密封性好、效率高、启动灵活、运行安全可靠、检修维护简便的特点。

Description

一种15MW跨临界CO2离心压缩机
技术领域
本发明涉及一种15MW跨临界CO2离心压缩机，属于机械制造技术领域。
背景技术
压缩CO2储能是一种新型储能技术，跨临界CO2储能系统具有储能密度较高、绿色高效、不受地理条件限制等优点，具备很好的应用前景。目前，储能领域15MW等级跨临界CO2工质压缩机产品属于空白状态。
在其他应用领域，中国专利CN106151063A《一种CO循环气压缩机》一种CO循环气离心压缩机，它主要包括有：主轴、叶轮、隔套、推力盘、平衡盘、膜片联轴器、扩压器、回流器、弯道、进出口蜗室、密封、轴承组部件、壳体，其特征在于：(1)采用四个叶轮串联在同一主轴上，叶轮采用两两背对形式，前一个叶轮与后一个叶轮出口处直径相同，在相邻的两个叶轮之间，后一个叶轮的叶片设置相对于前一个叶轮的叶片偏转一定的角度；(2)扩压器采用无叶扩压器与与叶片扩压器的组合，无叶扩压器在前而叶片扩压器在后；(3)压缩机的隔板采用镶嵌结构，在平衡盘两侧均采用后一块隔板安装在前一块隔板上，形成组合隔板；(4)采用隔板两侧带加强筋的进出口蜗室；(5)进气方式采用双侧进气中间出气的结构。
上述发明离心压缩机工质为有毒气体CO，设计有其特殊性，通用性不强，不同工质对压缩机的内部结构要求不同。另外上述发明内部结构复杂，体型过于庞大，不便于搬运、安装和维修，同时4级压缩机采用同轴设计，单级效率无法按最优设计，影响整机效率。新开发一种离心压缩机工质为跨临界CO2，采用跨临界CO2循环技术，可以满足CO2储能系统的应用需求，可以帮助填补跨临界CO2离心压缩机产品的空白，提高储能系统整体效率。
因此，亟需提出一种新型的离心压缩机，以解决上述技术问题。
发明内容
本发明研发目的是为了响应市场需求，填补15MW等级CO2储能系统压缩机产品的空白，解决现有的多级离心压缩机，内部结构复杂，效率低，不便于搬运、安装和维修的问题，在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。
本发明的技术方案：
一种15MW跨临界CO2离心压缩机，包括齿轮箱、一级压缩机和二级压缩机，齿轮箱的两侧输出端分别与一级压缩机和二级压缩机建立连接，所述一级压缩机的一级排气口通过级间管道与二级压缩机的二级进气口建立连接；
所述齿轮箱包括齿轮箱壳体、压缩机驱动主轴和驱动电机轴，压缩机驱动主轴和驱动电机轴转动安装在齿轮箱壳体内，压缩机驱动主轴和驱动电机轴通过传动齿轮组建立传动连接关系，驱动电机轴与驱动电机建立连接。
优选的：所述一级压缩机和二级压缩机二者的结构相同。
优选的：所述一级压缩机包括叶轮、蜗壳、气封体、过渡段和进口法兰，蜗壳固定安装在齿轮箱一侧，叶轮设置在蜗壳内部，叶轮与压缩机驱动主轴的端部建立连接，气封体一侧通过进口法兰与蜗壳固定连接，气封体另一侧与叶轮外侧壁贴合，气封体的中部通孔通过过渡段与进口法兰的中部进气口连通，共同构成一级压缩机的一级进气口。
优选的：所述压缩机驱动主轴的端部外侧壁与蜗壳的内侧壁之间设置有干气密封组件。
优选的：所述叶轮与压缩机驱动主轴的端部建立花键连接，再通过拉杆螺栓紧固。
优选的：所述压缩机驱动主轴通过推力支撑轴承转动安装在齿轮箱内。
优选的：所述二级压缩机上设置有二级排气口，采用跨临界CO2做为工质，工质通过一级进气口进入一级压缩机，而后从一级排气口通过级间管道进入二级压缩机的二级进气口，进入二级压缩机的工质压缩后通过二级排气口排入熔盐换热器。
优选的：所述齿轮箱壳体通过地脚螺栓与待安装基架固定连接。
本发明具有以下有益效果：
1.本发明使用跨临界CO2做为工质，其具有密度大，且容易实现超临界状态的特点，使热源的放热温度曲线和CO2吸热温度曲线达到很好的匹配，提高了热力循环的平均吸热温度，具有较高的能源转换效率；
2.本发明由于跨临界CO2工质密度大，并且整机采用齿轮箱式设计，整体结构紧凑；
3.本发明的一级压缩机和二级压缩机背靠背布置于齿轮箱两侧，其目的是为了减小轴向力，并且一级压缩机和二级压缩机的叶轮背部均设计有背叶片；
4.本发明的叶轮叶顶处的气封体设计为装配式结构，安装工艺性好，可以更精确调整叶顶间隙值，保证效率；
5.本发明的蜗壳360°排气，排气腔室每个截面按流量等比例渐变，并通过三维气动软件进行气动效率核算，反复比对优化，确保气动损失最小。
6.本发明的端部气封采用干气密封组件，将端部泄露控制到低水平，提高压缩机效率
7.本实施方式结构简单且紧凑，可采用整体发货，即所有部套在设备制造厂内完成装配，直接整体运至现场连接地脚螺栓即可，减少现场工作量，降低安装难度，提升施工效率。
附图说明
图1是一种15MW跨临界CO2离心压缩机的主视图；
图2是一种15MW跨临界CO2离心压缩机的俯视图；
图3是一种15MW跨临界CO2离心压缩机的左视图；
图4是一种15MW跨临界CO2离心压缩机的右视图；
图5是一种15MW跨临界CO2离心压缩机的结构示意图；
图6是一种15MW跨临界CO2离心压缩机的齿轮箱的结构示意图；
图中1-齿轮箱，2-一级压缩机，3-二级压缩机，4-级间管道，2-1-一级排气口，2-2-一级进气口，3-1-二级进气口，3-2-二级排气口，11-齿轮箱壳体，12-压缩机驱动主轴，13-驱动电机轴，14-推力支撑轴承，15-传动齿轮组，21-叶轮，22-蜗壳，23-气封体，24-过渡段，25-进口法兰，26-干气密封组件，27-拉杆螺栓，31-二级叶轮，32-二级蜗壳，33-二级气封体，34-二级过渡段，35-二级进口法兰，36-二级干气密封组件，37-二级拉杆螺栓。
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了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
本发明所提到的连接分为固定连接和可拆卸连接，所述固定连接即为不可拆卸连接包括但不限于折边连接、铆钉连接、粘结连接和焊接连接等常规固定连接方式，所述可拆卸连接包括但不限于螺纹连接、卡扣连接、销钉连接和铰链连接等常规拆卸方式，未明确限定具体连接方式时，默认为总能在现有连接方式中找到至少一种连接方式能够实现该功能，本领域技术人员可根据需要自行选择。例如：固定连接选择焊接连接，可拆卸连接选择铰链连接。
具体实施方式一：结合图1-图6说明本实施方式，本实施方式的一种15MW跨临界CO2离心压缩机，包括齿轮箱1、一级压缩机2和二级压缩机3，齿轮箱1的两侧输出端分别与一级压缩机2和二级压缩机3建立连接，所述一级压缩机2的一级排气口2-1通过级间管道4与二级压缩机3的二级进气口3-1建立连接；
所述齿轮箱1包括齿轮箱壳体11、压缩机驱动主轴12和驱动电机轴13，所述压缩机驱动主轴12通过推力支撑轴承14转动安装在齿轮箱1内，驱动电机轴13转动安装在齿轮箱壳体11内，压缩机驱动主轴12和驱动电机轴13通过传动齿轮组15建立传动连接关系，所述传动齿轮组15包括两个啮合的传动齿轮，两个啮合的传动齿轮分别安装于压缩机驱动主轴12和驱动电机轴13上，驱动电机轴13与驱动电机通过膜片联轴器建立连接，所述齿轮箱壳体11通过地脚螺栓与待安装基架固定连接，驱动电机为一级压缩机2和二级压缩机3的压缩运行提供动力；
所述一级压缩机2和二级压缩机3二者的结构相同。
所述一级压缩机2包括叶轮21、蜗壳22、气封体23、过渡段24、进口法兰25、干气密封组件26和拉杆螺栓27；
所述二级压缩机3包括二级叶轮31、二级蜗壳32、二级气封体33、二级过渡段34、二级进口法兰35、二级干气密封组件36和二级拉杆螺栓37；
所述蜗壳22和二级蜗壳32分别固定安装在齿轮箱壳体11的左右两侧，叶轮21设置在蜗壳22内部，二级叶轮31设置在二级蜗壳32内部，所述叶轮21与压缩机驱动主轴12的一侧端部建立花键连接，通过花键传递扭矩，再通过拉杆螺栓27紧固，所述二级叶轮31与压缩机驱动主轴12的另一侧端部建立花键连接，通过花键传递扭矩，再通过二级拉杆螺栓37紧固；
所述气封体23一侧通过进口法兰25与蜗壳22固定连接，气封体23另一侧与叶轮21外侧壁贴合，气封体23的中部通孔通过过渡段24与进口法兰25的中部进气口连通，共同构成一级压缩机2的一级进气口2-2，二级气封体33一侧通过二级进口法兰35与二级蜗壳32固定连接，二级气封体33另一侧与二级叶轮31外侧壁贴合，二级气封体33的中部通孔通过二级过渡段34与二级进口法兰35的中部进气口连通，共同构成二级压缩机3的二级进气口3-1；
所述一级压缩机2的一级进气口2-2上设置有气动调节阀，满足工况调节需求。所述压缩机驱动主轴12的端部外侧壁与蜗壳22的内侧壁之间设置有干气密封组件26，叶轮21和二级叶轮31的背部均设计有背叶片。
本实施方式包括推力支撑轴承14在内的所有轴承均采用推力支持轴承，能够吸收各自轴的轴向力。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
需要说明的是，在以上实施例中，只要不矛盾的技术方案都能够进行排列组合，本领域技术人员能够根据排列组合的数学知识穷尽所有可能，因此本发明不再对排列组合后的技术方案进行一一说明，但应该理解为排列组合后的技术方案已经被本发明所公开。
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 (9)

1.一种15MW跨临界CO2离心压缩机，其特征在于：包括齿轮箱(1)、一级压缩机(2)和二级压缩机(3)，齿轮箱(1)的两侧输出端分别与一级压缩机(2)和二级压缩机(3)建立连接，所述一级压缩机(2)的一级排气口(2-1)通过级间管道(4)与二级压缩机(3)的二级进气口(3-1)建立连接；
所述齿轮箱(1)包括齿轮箱壳体(11)、压缩机驱动主轴(12)和驱动电机轴(13)，压缩机驱动主轴(12)和驱动电机轴(13)转动安装在齿轮箱壳体(11)内，压缩机驱动主轴(12)和驱动电机轴(13)通过传动齿轮组(15)建立传动连接关系，驱动电机轴(13)与驱动电机建立连接。
2.根据权利要求1所述的一种15MW跨临界CO2离心压缩机，其特征在于：所述一级压缩机(2)和二级压缩机(3)二者的结构相同。
3.根据权利要求2所述的一种15MW跨临界CO2离心压缩机，其特征在于：所述一级压缩机(2)包括叶轮(21)、蜗壳(22)、气封体(23)、过渡段(24)和进口法兰(25)，蜗壳(22)固定安装在齿轮箱(1)一侧，叶轮(21)设置在蜗壳(22)内部，叶轮(21)与压缩机驱动主轴(12)的端部建立连接，气封体(23)一侧通过进口法兰(25)与蜗壳(22)固定连接，气封体(23)另一侧与叶轮(21)外侧壁贴合，气封体(23)的中部通孔通过过渡段(24)与进口法兰(25)的中部进气口连通，共同构成一级压缩机(2)的一级进气口(2-2)。
4.根据权利要求3所述的一种15MW跨临界CO2离心压缩机，其特征在于：所述压缩机驱动主轴(12)的端部外侧壁与蜗壳(22)的内侧壁之间设置有干气密封组件(26)。
5.根据权利要求4所述的一种15MW跨临界CO2离心压缩机，其特征在于：所述叶轮(21)与压缩机驱动主轴(12)的端部建立花键连接，再通过拉杆螺栓(27)紧固。
6.根据权利要求1所述的一种15MW跨临界CO2离心压缩机，其特征在于：所述压缩机驱动主轴(12)通过推力支撑轴承(14)转动安装在齿轮箱(1)内。
7.根据权利要求1所述的一种15MW跨临界CO2离心压缩机，其特征在于：所述二级压缩机(3)上设置有二级排气口(3-2)，采用跨临界CO2做为工质，工质通过一级进气口(2-2)进入一级压缩机(2)，而后从一级排气口(2-1)通过级间管道(4)进入二级压缩机(3)的二级进气口(3-1)，进入二级压缩机(3)的工质压缩后通过二级排气口(3-2)排入熔盐换热器。
8.根据权利要求1所述的一种15MW跨临界CO2离心压缩机，其特征在于：所述齿轮箱壳体(11)通过地脚螺栓与待安装基架固定连接。
9.根据权利要求7所述的一种15MW跨临界CO2离心压缩机，其特征在于：所述一级压缩机(2)的一级进气口(2-2)上设置有气动调节阀。
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