CN115614294A - 一种兆瓦级齿箱式低温空气离心压缩机 - Google Patents

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祝海义
郭庆丰
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杨一鸣
徐鹏
翟彦恺
张健
李佳鹏
景禹祺
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Abstract

一种兆瓦级齿箱式低温空气离心压缩机，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、驱动电机轴和透平轴，压缩机驱动主轴、驱动电机轴和透平轴依次并排平行转动安装在齿轮箱壳体内，驱动电机轴通过传动齿轮组分别与压缩机驱动主轴和透平轴建立传动连接关系，驱动电机轴与驱动电机建立连接，透平轴与透平建立连接。本发明研发目的是为了解决现有的低温空气离心压缩机，内部结构复杂，效率低，不便于搬运、安装和维修的问题，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

一种兆瓦级齿箱式低温空气离心压缩机
技术领域
本发明涉及一种兆瓦级齿箱式低温空气离心压缩机，属于机械制造技术领域。
背景技术
压缩空气储能可以不受场地限制，其储能容量大、响应速度快、功率范围大、场地适应性强，因而受到了极大重视，目前发展极为迅速。压缩空气储能系统包括储压和储热两种模式，其中储热是指将压缩机压缩空气的过程中产生的压缩热进行存储，在发电释能过程中利用存储的压缩热加热压缩空气驱动空气透平做功。现有技术的压缩空气储热系统为新开发储能系统，市场上现有的离心压缩机的在此系统上的适配性不好，针对性不强，工作效率不高。
因此，亟需提出一种新型的兆瓦级齿箱式低温空气离心压缩机，以解决上述技术问题。
发明内容
本发明研发目的是为了解决现有技术的压缩空气储热系统为新开发储能系统，市场上现有的离心压缩机的在此系统上的适配性不好，针对性不强，工作效率不高的问题，且压缩空气储热系统的参数需求在设备层应得以实现，完成整个系统的验证。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：
一种兆瓦级齿箱式低温空气离心压缩机，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、驱动电机轴和透平轴，压缩机驱动主轴、驱动电机轴和透平轴依次并排平行转动安装在齿轮箱壳体内，驱动电机轴通过传动齿轮组分别与压缩机驱动主轴和透平轴建立传动连接关系，驱动电机轴与驱动电机建立连接，透平轴与透平建立连接。
优选的：所述一级压缩机包括第一叶轮、第一蜗壳、第一气封体、第一扩压器、第一进气法兰和进口可调导叶，第一蜗壳一端固定安装在齿轮箱一侧，第一蜗壳另一端设有第一扩压器，第一扩压器通过进口法兰与第一蜗壳固定连接，第一叶轮设第一置在蜗壳内部，第一叶轮安装于压缩机驱动主轴的端部，第一气封体一侧与第一叶轮外侧壁贴合，并与第一扩压器固定连接，第一气封体另一侧通过进口可调导叶与第一进气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第一蜗壳的内侧壁之间设置有第一碳环密封组件。
优选的：所述第一叶轮与压缩机驱动主轴的端部建立花键连接，再通过第一拉杆螺栓紧固。
优选的：所述二级压缩机包括第二叶轮、第二蜗壳、第二气封体、第二扩压器、第二进气法兰和过渡段，第二蜗壳一端固定安装在齿轮箱另一侧，第二蜗壳另一端设有第二扩压器，第二扩压器通过第二进气法兰与第二蜗壳固定连接，第二叶轮设第一置在第二蜗壳内部，第二叶轮安装于压缩机驱动主轴的端部，第二气封体一侧与第二叶轮外侧壁贴合，并与第二扩压器固定连接，第二气封体另一侧通过过渡段与第二进气法兰的中部进气口连通，共同构成二级压缩机的二级进气口。
优选的：所述第二叶轮与压缩机驱动主轴的端部建立花键连接，再通过第二拉杆螺栓紧固。
优选的：所述二级压缩机上设置有二级排气口，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：所述一级压缩机的一级进气口上设置有气动调节阀。
优选的：所述传动齿轮组包括传动轴、第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮和第四齿轮，传动轴转动安装于齿轮箱壳体上，并设置于压缩机驱动主轴和驱动电机轴之间，压缩机驱动主轴上安装有第一齿轮，传动轴上安装有第二齿轮，驱动电机轴上安装有第三齿轮，透平轴上安装有第四齿轮，第二齿轮分别与第一齿轮和第三齿轮啮合，第三齿轮和第四齿轮啮合。
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.本发明一级压缩机的进气温度可达到-20℃，根据低温特点进行选材及结构设计，压缩机整体结构的针对性更强；
2.本发明的整机采用齿轮箱式设计，整体结构紧凑，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；
3.本发明的透平、驱动电机和压缩机分别为不同的转速，对此采用齿轮箱式的设计可以实现差速传动，且每个轴的轴承均采用推力支持轴承，能够吸收各自轴的轴向力；
4.本发明的每级叶轮叶顶气封体、扩压器均设计为装配式结构，安装工艺性好，可以更精确调整叶顶间隙值，保证效率，同时360°排气蜗壳通过反复气动核算优化，确保气动损失最小；
5.本发明的压缩机驱动主轴端部气封采用成熟的碳环密封结构，将端部泄露控制到很低水平，提高压缩机效率。
6.本发明的采用进口可调导叶和进口调节阀相结合进行变工况调节，调整范围大，经济性好。
附图说明
图1是一种兆瓦级齿箱式低温空气离心压缩机的齿轮箱的结构示意图；
图2是一种兆瓦级齿箱式低温空气离心压缩机的主视图；
图3是一种兆瓦级齿箱式低温空气离心压缩机的俯视图；
图4是一种兆瓦级齿箱式低温空气离心压缩机的左视图；
图5是一种兆瓦级齿箱式低温空气离心压缩机的右视图；
图6是一种兆瓦级齿箱式低温空气离心压缩机的结构示意图；
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-透平轴，15-传动齿轮组，21-第一叶轮，22-第一蜗壳，23-第一气封体，24-第一扩压器，25-第一进气法兰，26-第一碳环密封组件，27-进口可调导叶，28-第一拉杆螺栓，31-第二叶轮，32-第二蜗壳，33-第二气封体，34-第二扩压器，35-第二进气法兰，36-第二碳环密封组件，37-过渡段，38-第二拉杆螺栓，151-传动轴，152-第一齿轮，153-第二齿轮，154-第三齿轮，155-第四齿轮。
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，本实施方式的一种兆瓦级齿箱式低温空气离心压缩机，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、驱动电机轴13和透平轴14，压缩机驱动主轴12、驱动电机轴13和透平轴14依次并排平行转动安装在齿轮箱壳体11内，驱动电机轴13通过传动齿轮组15分别与压缩机驱动主轴12和透平轴14建立传动连接关系，驱动电机轴13通过膜片联轴器与驱动电机建立连接，透平轴14通过膜片联轴器与透平建立连接，所述传动齿轮组15包括传动轴151、第一齿轮152、第二齿轮153、第三齿轮154和第四齿轮155，传动轴151转动安装于齿轮箱壳体11上，并设置于压缩机驱动主轴12和驱动电机轴13之间，压缩机驱动主轴12上安装有第一齿轮152，传动轴151上安装有第二齿轮153，驱动电机轴13上安装有第三齿轮154，透平轴14上安装有第四齿轮155，第二齿轮153分别与第一齿轮152和第三齿轮154啮合，第三齿轮154和第四齿轮155啮合，所述齿轮箱壳体11通过地脚螺栓与待安装基架固定连接，启动阶段时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，当透平达到一定负荷后转换为驱动，启动电机转化为发电机模式；
所述一级压缩机2包括第一叶轮21、第一蜗壳22、第一气封体23、第一扩压器24、第一进气法兰25和进口可调导叶27，第一蜗壳22一端固定安装在齿轮箱1一侧，第一蜗壳22另一端设有第一扩压器24，第一扩压器24通过进口法兰25与第一蜗壳22固定连接，第一叶轮21设第一置在蜗壳22内部，第一叶轮21安装于压缩机驱动主轴12的端部，并二者建立花键连接，通过花键传递扭矩，再通过第一拉杆螺栓28紧固，第一气封体23一侧与第一叶轮21外侧壁贴合，并与第一扩压器24固定连接，第一气封体23另一侧通过进口可调导叶27与第一进气法兰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，所述压缩机驱动主轴12的端部外侧壁与第一蜗壳22的内侧壁之间设置有第一碳环密封组件26。
所述二级压缩机3包括第二叶轮31、第二蜗壳32、第二气封体33、第二扩压器34、第二进气法兰35和过渡段37，第二蜗壳32一端固定安装在齿轮箱1另一侧，第二蜗壳32另一端设有第二扩压器34，第二扩压器34通过第二进气法兰35与第二蜗壳32固定连接，第二叶轮31设第一置在第二蜗壳32内部，第二叶轮31安装于压缩机驱动主轴12的端部，并二者建立花键连接，通过花键传递扭矩，再通过第二拉杆螺栓38紧固，第二气封体33一侧与第二叶轮31外侧壁贴合，并与第二扩压器34固定连接，第二气封体33另一侧通过过渡段37与第二进气法兰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，所述压缩机驱动主轴12的端部外侧壁与第二蜗壳32的内侧壁之间设置有第二碳环密封组件36。
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，进口可调导叶27和气动调节阀的设置可满足工况调节需求。第一叶轮21和二级叶轮31的背部均设计有背叶片。
本实施方式压缩机驱动主轴12、驱动电机轴13和透平轴14均采用推力支持轴承实现转动安装，推力支持轴承能够吸收各自轴的轴向力。
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 (10)

1.一种兆瓦级齿箱式低温空气离心压缩机，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)、驱动电机轴(13)和透平轴(14)，压缩机驱动主轴(12)、驱动电机轴(13)和透平轴(14)依次并排平行转动安装在齿轮箱壳体(11)内，驱动电机轴(13)通过传动齿轮组(15)分别与压缩机驱动主轴(12)和透平轴(14)建立传动连接关系，驱动电机轴(13)与驱动电机建立连接，透平轴(14)与透平建立连接。
2.根据权利要求1所述的一种兆瓦级齿箱式低温空气离心压缩机，其特征在于：所述一级压缩机(2)包括第一叶轮(21)、第一蜗壳(22)、第一气封体(23)、第一扩压器(24)、第一进气法兰(25)和进口可调导叶(27)，第一蜗壳(22)一端固定安装在齿轮箱(1)一侧，第一蜗壳(22)另一端设有第一扩压器(24)，第一扩压器(24)通过进口法兰(25)与第一蜗壳(22)固定连接，第一叶轮(21)设置在第一蜗壳(22)内部，第一叶轮(21)安装于压缩机驱动主轴(12)的端部，第一气封体(23)一侧与第一叶轮(21)外侧壁贴合，并与第一扩压器(24)固定连接，第一气封体(23)另一侧通过进口可调导叶(27)与第一进气法兰(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)。
3.根据权利要求2所述的一种兆瓦级齿箱式低温空气离心压缩机，其特征在于：所述压缩机驱动主轴(12)的端部外侧壁与第一蜗壳(22)的内侧壁之间设置有第一碳环密封组件(26)。
4.根据权利要求3所述的一种兆瓦级齿箱式低温空气离心压缩机，其特征在于：所述第一叶轮(21)与压缩机驱动主轴(12)的端部建立花键连接，再通过第一拉杆螺栓(28)紧固。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种兆瓦级齿箱式低温空气离心压缩机，其特征在于：所述二级压缩机(3)包括第二叶轮(31)、第二蜗壳(32)、第二气封体(33)、第二扩压器(34)、第二进气法兰(35)和过渡段(37)，第二蜗壳(32)一端固定安装在齿轮箱(1)另一侧，第二蜗壳(32)另一端设有第二扩压器(34)，第二扩压器(34)通过第二进气法兰(35)与第二蜗壳(32)固定连接，第二叶轮(31)设第一置在第二蜗壳(32)内部，第二叶轮(31)安装于压缩机驱动主轴(12)的端部，第二气封体(33)一侧与第二叶轮(31)外侧壁贴合，并与第二扩压器(34)固定连接，第二气封体(33)另一侧通过过渡段(37)与第二进气法兰(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)。
6.根据权利要求5所述的一种兆瓦级齿箱式低温空气离心压缩机，其特征在于：所述压缩机驱动主轴(12)的端部外侧壁与第二蜗壳(32)的内侧壁之间设置有第二碳环密封组件(36)，所述第二叶轮(31)与压缩机驱动主轴(12)的端部建立花键连接，再通过第二拉杆螺栓(38)紧固。
7.根据权利要求1所述的一种兆瓦级齿箱式低温空气离心压缩机，其特征在于：所述二级压缩机(3)上设置有二级排气口(3-2)，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7所述的一种兆瓦级齿箱式低温空气离心压缩机，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。
9.根据权利要求1所述的一种兆瓦级齿箱式低温空气离心压缩机，其特征在于：所述传动齿轮组(15)包括传动轴(151)、第一齿轮(152)、第二齿轮(153)、第三齿轮(154)和第四齿轮(155)，传动轴(151)转动安装于齿轮箱壳体(11)上，并设置于压缩机驱动主轴(12)和驱动电机轴(13)之间，压缩机驱动主轴(12)上安装有第一齿轮(152)，传动轴(151)上安装有第二齿轮(153)，驱动电机轴(13)上安装有第三齿轮(154)，透平轴(14)上安装有第四齿轮(155)，第二齿轮(153)分别与第一齿轮(152)和第三齿轮(154)啮合，第三齿轮(154)和第四齿轮(155)啮合。
10.根据权利要求1所述的一种兆瓦级齿箱式低温空气离心压缩机，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。
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